现代水声通信第三讲

第三章常用的单载波调制方法性能分析水声通信中常用的数字调制信号频移键控调制（FSK）相移键控调制（PSK）正交幅度调制（QAM）在MPSK调制中，M个信号波形可表示为是信号脉冲形状是载波的M个可能的相位信号波形具有相等的能量

3.1M元PSK调制

k个信息比特到M=2k个相位映射用格雷编码。

选择和作为正交基信号，构成二维空间，并且在该空间内来解调信号，从而构成星座空间的概念，星座空间内每个调制信号所对应的点被称作星座点。abc

MPSK信号星座图格雷编码及星座图3.1M元PSK调制

Amc和Ams是承载信息的正交载波的信号幅度3.2M元QAM调制

3.2M元QAM调制

M＝4QAM信号星座图M＝8MQAM信号星座图星座图等价于N维向量

3.3M元FSK调制

-T/2T/213.3M元FSK调制

MFSK信号空间图

3.3M元FSK调制

空间图加性高斯白噪声干扰的接收信号数学模型

n(t)表示具有功率谱密度(W/Hz)的加性高斯白噪声的样本函数，N0为加性噪声的平均功率谱密度。3.4加性高斯白噪声信道的性能比较用最佳接收机接收后，不同调制方式的符号错误概率、比特错误概率及带宽利用率如表所示符号错误概率比特错误概率带宽利用率PSKQAMFSK非相干检测3.4加性高斯白噪声信道的性能比较MPSK比特错误概率

3.4加性高斯白噪声信道的性能比较MQAM比特错误概率

3.4加性高斯白噪声信道的性能比较MFSK比特错误概率

3.4加性高斯白噪声信道的性能比较不同调制方式发送1比特信息所需的信噪比单位：dB误比特率调制方式M=2M=4M=8M=16M=32Pb=10-6PSK10.5110.5113.9518.4223.34QAM10.5113.2514.3916.59FSK13.5110.759.238.217.44Pb=10-4PSK8.398.3911.7116.1421.01QAM8.3911.2812.1914.41FSK11.398.777.356.435.763.4加性高斯白噪声信道的性能比较Pb=10-6三种调制方式的频带利用率与比特SNR的关系曲线。3.4加性高斯白噪声信道的性能比较频率选择性衰落信道若声源发射信号为s(t)，则在多途信道中的接收波形为第i径信号幅度第i径信号时延

通过一个两径传播的例子来分析多径信道中的频率选择性衰落。假定

传递函数的幅频特性

相对多径时延

3.5频率选择性衰落信道与均衡3.5频率选择性衰落信道与均衡频率选择性衰落信道幅频响应特性3.5频率选择性衰落信道与均衡频率选择性衰落信道3.5频率选择性衰落信道与均衡频率选择性衰落信道3.5频率选择性衰落信道与均衡均衡器原理3.5频率选择性衰落信道与均衡均衡器结构线性结构3.5频率选择性衰落信道与均衡均衡器结构非线性结构（DFE）3.5频率选择性衰落信道与均衡均衡器算法LMS算法3.5频率选择性衰落信道与均衡均衡器算法RLS算法是一个小的正常数，0.005~0.01对于每一个时刻的

k=1，2，…，计算均衡器频域性能分析具有ISI的水声通信系统的方框图

零ISI的条件Xrc(f)为接收信号的期望频谱特性，可设计满足补偿信道失真的均衡器频率响应为

3.5频率选择性衰落信道与均衡均衡器时域性能分析

如果在时刻t=kT,k=0,1,2,…..被采样，时间扩展造成的ISI的符号数为L=[Tm/T]，接收滤波器的输出信号可表示为

k=0,1,2,….表示，表示3.5频率选择性衰落信道与均衡线性均衡器时域性能分析

其中xk表示k时刻采样瞬间所期望的信号值，表示k时刻采样瞬间的ISI，线性均衡器的作用就是选择合适的滤波器阶数及系数，使3.5频率选择性衰落信道与均衡

当第一条达到多径信号不是能量最强的多径，或在通带内频率衰落较大时，线性均衡器会在它的频率响应中引入一个大的增益去补偿，由此噪声也大为增强，通信质量剧烈下降。观察

xk为当前信号，xk-1、xk-2、……已被检测到，可认为已知，而xk＋1、xk＋2、……未知。若从ISI减去xk-1、xk-2、……相对于线性均衡器，由于反馈部分消除了由先前被检测符号引起的ISI，因此，加入判决反馈部分可得到性能上相当大的增益。结论：当判决差错对性能影响可忽略时，DFE优于线性均衡器3.5频率选择性衰落信道与均衡DFE均衡器时域性能分析BPSK调制相乘法相位选择法BPSK调制M=10;%发送符号数scode=randint(1,M);%发送bitTb=1/5;%码元宽度f0=1600;%载波频率fs=5*f0;%采样频率t=1/fs:1/fs:Tb;%码元采样时间N=length(t);%码元采样点数x=cos(2*pi*f0*t);%产生载波信号fori=1:Mdd=(repmat(scode(i)‘,1,N))’;source=dd(:)';r=[r,x*source];endBPSK调制M=1000;%发送符号数scode=randint(1,M);%发送bitTb=1/5;%码元宽度f0=1600;%载波频率fs=5*f0;%采样频率phi1=0;%载波相位phi2=pi;%载波相位t=1/fs:1/fs:Tb;%码元采样时间N=length(t);%码元采样点数r=[];%调制信号fori=1:Mifscode(i)==1r=[r,cos(2*pi*f0*t+phi1)];elser=[r,cos(2*pi*f0*t+phi2)];endendBPSK解调BPSK解调u=cos(2*pi*f0*t);％载波恢复Wp=200/fs;Ws=450/fs;[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,3,40);[A,B]=butter(n,Wn);%A=1;%B=[1,-0.9];l=round(N/2);fori=1:Mrr=r((i-1)*N+1:i*N);rc=filter(A,B,rr.*u);out(i)=rc(l);ifout(i)>0out1(i)=1;elseout1(i)=0;endend串－并转换电平产生电平产生90度相移载波发生器二进制信息Q(t)I(t)QPSK信号QPSK调制QPSK调制M=1000;%发送符号数scode=randint(1,M);%发送bitTb=1/5;%码元宽度f0=1600;%载波频率fs=5*f0;%采样频率t=1/fs:1/fs:Tb;%码元采样时间N=length(t);%码元采样点数rs=[];fori=1:2:Mrs=[rs，scode(i)*cos(2*pi*f0*t)+scode(i+1)*sin(2*pi*f0*t)];%getthegroup_numbersegmentsoffrequencycodingendQPSK解调l=round(N/2);Wp=200/fs;Ws=450/fs;[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,3,40);[A,B]=butter(n,Wn);fori=1:M/2rr=r((i-1)*N+1:i*N);r1=filter(A,B,rr.*cos(2*pi*f0*t));r2=filter(A,B,rr.*sin(2*pi*f0*t));out1(i)=r1(l);out2(i)=r2(l);out=[out,out1(i),