第三章常用的單載波調制方法性能分析水聲通信中常用的數字調制信號頻移鍵控調制（FSK）相移鍵控調制（PSK）正交幅度調制（QAM）在MPSK調制中，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，構成二維空間，并且在該空間內來解調信號，從而構成星座空間的概念，星座空間內每個調制信號所對應的點被稱作星座點。abc

MPSK信號星座圖格雷編碼及星座圖3.1M元PSK調制

Amc和Ams是承載信息的正交載波的信號幅度3.2M元QAM調制

3.2M元QAM調制

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調制

-T/2T/213.3M元FSK調制

MFSK信號空間圖

3.3M元FSK調制

空間圖加性高斯白噪聲干擾的接收信號數學模型

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，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接收后，不同調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制方式發送1比特信息所需的信噪比單位：dB誤比特率調制方式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=10-6三種調制方式的頻帶利用率與比特SNR的關系曲線。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構線性結構3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器結構非線性結構（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，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，可設計滿足補償信道失真的均衡器頻率響應為

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，時間擴展造成的ISI的符號數為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及系數，使3.5頻率選擇性衰落信道與均衡

當第一條達到多徑信號不是能量最強的多徑，或在通帶內頻率衰落較大時，線性均衡器會在它的頻率響應中引入一個大的增益去補償，由此噪聲也大為增強，通信質量劇烈下降。觀察

xk為當前信號，xk-1、xk-2、……已被檢測到，可認為已知，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大的增益。結論：當判決差錯對性能影響可忽略時，DFE優于線性均衡器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調制相乘法相位選擇法BPSK調制M=10;%發送符號數scode=randint(1,M);%發送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x=cos(2*pi*f0*t);%產生載波信號fori=1:Mdd=(repmat(scode(i)‘,1,N))’;source=dd(:)';r=[r,x*source];endBPSK調制M=1000;%發送符號數scode=randint(1,M);%發送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r=[];%調制信號fori=1:Mifscode(i)==1r=[r,cos(2*pi*f0*t+phi1)];elser=[r,cos(2*pi*f0*t+phi2)];endendBPSK解調BPSK解調u=cos(2*pi*f0*t);％載波恢復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－并轉換電平產生電平產生90度相移載波發生器二進制信息Q(t)I(t)QPSK信號QPSK調制QPSK調制M=1000;%發送符號數scode=randint(1,M);%發送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),