第三章常用的單載波調(diào)制方法性能分析水聲通信中常用的數(shù)字調(diào)制信號頻移鍵控調(diào)制（FSK）相移鍵控調(diào)制（PSK）正交幅度調(diào)制（QAM）在MPSK調(diào)制中，M個信號波形可表示為是信號脈沖形狀是載波的M個可能的相位信號波形具有相等的能量

3.1M元PSK調(diào)制

k個信息比特到M=2k個相位映射用格雷編碼。

選擇和作為正交基信號，構(gòu)成二維空間，并且在該空間內(nèi)來解調(diào)信號，從而構(gòu)成星座空間的概念，星座空間內(nèi)每個調(diào)制信號所對應(yīng)的點被稱作星座點。abc

MPSK信號星座圖格雷編碼及星座圖3.1M元PSK調(diào)制

Amc和Ams是承載信息的正交載波的信號幅度3.2M元QAM調(diào)制

3.2M元QAM調(diào)制

M＝4QAM信號星座圖M＝8MQAM信號星座圖星座圖等價于N維向量

3.3M元FSK調(diào)制

-T/2T/213.3M元FSK調(diào)制

MFSK信號空間圖

3.3M元FSK調(diào)制

空間圖加性高斯白噪聲干擾的接收信號數(shù)學(xué)模型

n(t)表示具有功率譜密度(W/Hz)的加性高斯白噪聲的樣本函數(shù)，N0為加性噪聲的平均功率譜密度。3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較用最佳接收機(jī)接收后，不同調(diào)制方式的符號錯誤概率、比特錯誤概率及帶寬利用率如表所示符號錯誤概率比特錯誤概率帶寬利用率PSKQAMFSK非相干檢測3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較MPSK比特錯誤概率

3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較MQAM比特錯誤概率

3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較MFSK比特錯誤概率

3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較不同調(diào)制方式發(fā)送1比特信息所需的信噪比單位：dB誤比特率調(diào)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加性高斯白噪聲信道的性能比較Pb=10-6三種調(diào)制方式的頻帶利用率與比特SNR的關(guān)系曲線。3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較頻率選擇性衰落信道若聲源發(fā)射信號為s(t)，則在多途信道中的接收波形為第i徑信號幅度第i徑信號時延

通過一個兩徑傳播的例子來分析多徑信道中的頻率選擇性衰落。假定

傳遞函數(shù)的幅頻特性

相對多徑時延

3.5頻率選擇性衰落信道與均衡3.5頻率選擇性衰落信道與均衡頻率選擇性衰落信道幅頻響應(yīng)特性3.5頻率選擇性衰落信道與均衡頻率選擇性衰落信道3.5頻率選擇性衰落信道與均衡頻率選擇性衰落信道3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器原理3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器結(jié)構(gòu)線性結(jié)構(gòu)3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器結(jié)構(gòu)非線性結(jié)構(gòu)（DFE）3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器算法LMS算法3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器算法RLS算法是一個小的正常數(shù)，0.005~0.01對于每一個時刻的

k=1，2，…，計算均衡器頻域性能分析具有ISI的水聲通信系統(tǒng)的方框圖

零ISI的條件Xrc(f)為接收信號的期望頻譜特性，可設(shè)計滿足補(bǔ)償信道失真的均衡器頻率響應(yīng)為

3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器時域性能分析

如果在時刻t=kT,k=0,1,2,…..被采樣，時間擴(kuò)展造成的ISI的符號數(shù)為L=[Tm/T]，接收濾波器的輸出信號可表示為

k=0,1,2,….表示，表示3.5頻率選擇性衰落信道與均衡線性均衡器時域性能分析

其中xk表示k時刻采樣瞬間所期望的信號值，表示k時刻采樣瞬間的ISI，線性均衡器的作用就是選擇合適的濾波器階數(shù)及系數(shù)，使3.5頻率選擇性衰落信道與均衡

當(dāng)?shù)谝粭l達(dá)到多徑信號不是能量最強(qiáng)的多徑，或在通帶內(nèi)頻率衰落較大時，線性均衡器會在它的頻率響應(yīng)中引入一個大的增益去補(bǔ)償，由此噪聲也大為增強(qiáng)，通信質(zhì)量劇烈下降。觀察

xk為當(dāng)前信號，xk-1、xk-2、……已被檢測到，可認(rèn)為已知，而xk＋1、xk＋2、……未知。若從ISI減去xk-1、xk-2、……相對于線性均衡器，由于反饋部分消除了由先前被檢測符號引起的ISI，因此，加入判決反饋部分可得到性能上相當(dāng)大的增益。結(jié)論：當(dāng)判決差錯對性能影響可忽略時，DFE優(yōu)于線性均衡器3.5頻率選擇性衰落信道與均衡DFE均衡器時域性能分析BPSK調(diào)制相乘法相位選擇法BPSK調(diào)制M=10;%發(fā)送符號數(shù)scode=randint(1,M);%發(fā)送bitTb=1/5;%碼元寬度f0=1600;%載波頻率fs=5*f0;%采樣頻率t=1/fs:1/fs:Tb;%碼元采樣時間N=length(t);%碼元采樣點數(shù)x=cos(2*pi*f0*t);%產(chǎn)生載波信號fori=1:Mdd=(repmat(scode(i)‘,1,N))’;source=dd(:)';r=[r,x*source];endBPSK調(diào)制M=1000;%發(fā)送符號數(shù)scode=randint(1,M);%發(fā)送bitTb=1/5;%碼元寬度f0=1600;%載波頻率fs=5*f0;%采樣頻率phi1=0;%載波相位phi2=pi;%載波相位t=1/fs:1/fs:Tb;%碼元采樣時間N=length(t);%碼元采樣點數(shù)r=[];%調(diào)制信號fori=1:Mifscode(i)==1r=[r,cos(2*pi*f0*t+phi1)];elser=[r,cos(2*pi*f0*t+phi2)];endendBPSK解調(diào)BPSK解調(diào)u=cos(2*pi*f0*t);％載波恢復(fù)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－并轉(zhuǎn)換電平產(chǎn)生電平產(chǎn)生90度相移載波發(fā)生器二進(jìn)制信息Q(t)I(t)QPSK信號QPSK調(diào)制QPSK調(diào)制M=1000;%發(fā)送符號數(shù)scode=randint(1,M);%發(fā)送bitTb=1/5;%碼元寬度f0=1600;%載波頻率fs=5*f0;%采樣頻率t=1/fs:1/fs:Tb;%碼元采樣時間N=length(t);%碼元采樣點數(shù)rs=[];fori=1:2:Mrs=[rs，scode(i)*cos(2*pi*f0*t)+scode(i+1)*sin(2*pi*f0*t)];%getthegroup_numbersegmentsoffrequencycodingendQPSK解調(diào)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),