水声数字通信系统的仿真

第20卷第4期 2001颦12舅 海 洋 技 术 ()CEANTEC瓣NOI。OGV V01．20．No．4 Dec．2001 水声数字通信系统的仿真 郭继杰 (厦门大学369信箱，361005) 摘要 本文介绍了利用计算机仿真水声数字通信系统。介绍了数字通信系统的组成部分之后，重点介绍水声倍道的 仿真以及调制方法的选取。通过计算机的仿真提高了水声通傣系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的有效性，对实际出海实验很有帮助。 关键词：水声数字通信仿真 中阑分类号：P733．2，TB56文献标识码：B 在水声通信系统的设计中，经常需要对系统进 行测试、试验，以便发现问题加以改进。这可以通过 在承溅中初步实验，然后再滋海进毒亏系统测试。然 而，计算机技术的发展使得我们可以通过计算机的 仿真来完成系统的初步设计，这可以节约大量时间、 经费。 在本文中，我们使用matlab5．3来进行仿真。 Matlab是一套高性能的数值计算和可视化软件，它 信息源一匝基匠卜 信息受主—_{二三至垂亟} 集数值 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、矩阵运算、信号处理、图形显示等各功 能于一体，构成了一个方便、界丽友好的用户环境。 l水声通信系统的组成 承声通信系统秘其{夔数字通信系统一样，如图 1所示，由7个部分构成。 圈l 信患源编码宠成对信息的数字化与编码。铡如 水下语音通信系统中，信息源编码可以采用 DPCM、子带编码、线性预测编码I。PC等其它方式。 僖道编码是为了免除信道中存巍的噪声积予抗 对信号传输正确性的影响。目前较多使用的是舆有 长约束长度的卷积码，并采用交织技术。 信道熬特性逡接影镌通信系统的设计。水声数 字通信系统的仿冀重点也在于水声信道的仿真。 调制是为了更有效利用传输媒质，利用基带信 收稿日期：2000—10—20 号对载波某些参量进行控制。勰调是在接收端将已 谪信号恢复为原始基带信号的越程。 针对水声通信系统的特点，本文着重在于信号 调制、解调以及信道的模拟上。 2信道的仿真 信道的仿真是否符合实际赢接关系到永声数字 通信仿真系统的成功与否，并且影响调制方式的选 取。 海洋声道∞类似予传播电波的变参通信信道， 万方数据 58 海 洋 技 术 第2()卷 具有随机时、空变化特性。现在，有关海面、海底及海 洋媒质本身的特性及其对信号参数的影响，尚无完 整的 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 描述。因此，我们在模拟水声信道时，也无 法精确描述，而只能根据系统的特点，考虑影响水声 信息传输的主要因素。 比较简单的方法是直接利用有关文献给出的典 型水声信道D]。例如，考虑基带传输系统，信号采样 率10khz。声速为常数的均匀介质信道的信道传递 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 。 Ⅳ(：)=1+0．599971：一2。 均匀介质信道的信道传递函数： H(2)一0．734189+Z一13—0．406511z一14 —0．295130z一55 负声速梯度信道的信道传递函数： Ⅳ(2)一1+0．263112Z一7+0．151214zq9 —0．391599z一67 深海声道轴信道的传递函数： H(：)一0．076+0．122：_1+21”o 当然，这些信道的传递函数在系统仿真中对于 系统调制方式等的选取中会有所帮助。但为了更针 对当地的信道特点，则需从水声信道的传输模型入 手。比较直接的方法是采用射线法。但是如果选取 过多的水声传播途径，并考虑海底、海面的边界效 应，海洋内部的不均匀性，则容易导致射线混沌。因 此，仿真水声信道时，可选取主要的三条途径，即直 达通道以及海底、海面的反射通道。这时可以利用 matlab编写的程序，根据水声速度随深度的分布曲 线、接收以及发射水声换能器的深度、传播距离来求 出在接收端接收到的信号。因而这种方法具有更强 的灵活性。 设信道传递函数为： (叫)一∑HH H，(叫)(叫)一厶，(叫) 14，≤3 这里，i等于1、2、3分别对应于直达通道、海底、海 面反射通道，并且该函数未考虑时变效应。 H，(叫)一T((U，以。)A，(倒)R(∞，0，。)exp(一jwr，) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1) 式中，丁和R函数分别考虑了接收、发射换能器的 指向性，第i条途径中换能器的发射、接收角度。A 函数则考虑第i条途径与频率有关的哀落特性。t 是第i条途径的时延。上式将海面看成静止的镜面。 如果还需考虑海面的波动，可将i一3情况修正为： H3(山，t)一H3(叫)p(wo，t) 式中，H。(∞)为海面静止时的传递函数10(山。，f)为反 映海面波动的、与载波频率cU。有关的时变反射函 数，例如可取为零均值的高斯过程。 前面介绍的两种方法都是应用传递函数描述确 定性信道。也可以根据信道的统计特性来描述信道。 对于水声信道，除了深海里短途直达信道，在一般通 信系统中所经常使用的加性白高斯噪声的信道模型 (AWGN)却往往不适用于此。对于多径哀落信道， 经常使用的是瑞利(Rayleigh)哀落概率模型。在多 径数目较多且各路径长度差不多时，接收信号幅度 成瑞利分布，相位服从高斯分布。如果在传输中有一 条主要路径，通过主要路径传输来的信号有一个稳 定的幅度、相位，则辐度服从莱斯(Rice)分布。对于 这两种概率模型，在计算机上仿真出这两种信道，还 是比较容易。关键是，对于水声信道，如何确定描述 瑞利分布所需要的各种参数。同样，不同的水声信 道，它的分布参数各不相同。为了更符合水声信道的 时变特性，描述瑞利分布的参数可以采用随时间变 化的变量。图2是应用MatlabSimulink设计的一 个仿真通信系统。信息源用随机数发生器产生5000 个大小介于o～7之间的随机整数，应用MFSK调 制，通过参数随时间变化(用高斯噪声发生器产生时 变参数)的Rayleigh哀落信道后，用非相干解调方 法解调。将原始数据与解调出的数据通过误信率计 算模块的计算后，得到误信率。 3调制与解调 图2 由于水声信道随机时变、多途现象严重的特点， 以往比较经常使用的是抗哀落性能较强的MFSK 调制，并采用非相干解调方法。而无论从理论计算， 还是应用仿真系统都得出了在Rayleigh哀落信道 中使用象MPSK这样的相位调制方法以及需要相 万方数据 第4期 水声数字通信系统的仿真 59 位信息的解调方法的误码率较高的结论。但随着信 道均衡技术的发展，人们又逐渐重视相干解调方法。 因此，使用仿真数字通信系统寻找较好适合水声的 信道均衡技术、相干解调方法是正式出海实验的重 要准备。目前，基于计算机仿真技术，一些信道均衡 方法已相继提出。而应用于高频无线信道的扩谱技 术也在尝试着应用于水声领域。图3是Matlbab仿 真的基带_直接序列扩谱通信系统。护谱码使用最大 长度序列(寄存器级数6级)，经过信道传输后，加入 的噪声使得未解扩的误码率为lo．16％，解扩后误 码率为0．02％。 图3 通过仿真水声数字通信系统，我们可以方便地 改变调制方式，增加信道编码，改变水声信道特性， 仿真得到的结果有助于提高出海实验的有效性。 参考文献 1卢光英等译．水声遥测．海洋版社．1983 2艾宇慧等．水声信道相关均衡器仿真研究，声学学报，1999．24(6)：589 3姚庆栋等．数字无线传输．浙江大学出版社．1992 Computer--BasedSimulationforUnderwaterAcousticDigital CommunicationSystem GUOJijie (P．o．Box369，XiamenUniversity．361005) Abstract Thispaperintroducesasimulationtoolforunderwateracousticdigitalcommunicationsystem．After proposingthewholesystemdesign，theauthoremphasizestheunderwateracousticchannelsimulationand lhemodulation．Computer～basedsimulationsimprovethevalidityoftheacousticcommunicationsystem design，andincreasethesuccessoffieldexperiments． Keywords：underwateracoustic，digitalcommunication，simulation 万方数据 水声数字通信系统的仿真 作者： 郭继杰， Guo Jijie 作者单位： 厦门大学369信箱,361005 刊名： 海洋技术 英文刊名： OCEAN TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2001,20(4) 被引用次数： 1次 参考文献(3条) 1.卢光英 水声遥测 1983 2.艾字慧 水声信道相关均衡器仿真研究 1999(06) 3.姚庆栋 数字无线传输 1992 本文读者也读过(10条) 1. 夏雪.王静.施继红.吴长敏.李伟 CMA盲均衡算法在水声通信中的应用[会议论文]-2007 2. 李霞.桑恩方.黄小萍 水声扩频通信中的快速编解码的研究与仿真[会议论文]-2003 3. 熊省军 水声数字语音通信系统的设计与实现[学位论文]2006 4. 孙大为 数字化单边带水声语音通信系统的研究与实现[学位论文]2010 5. 余平 水声通信系统在保温保压取芯钻具中的应用研究[学位论文]2006 6. 王瑜.王辉.相敬林 时频编码水声通信技术及性能分析[期刊论文]-西北工业大学学报2004,22(5) 7. 王瑛.陈美玲.潘云.WANG Ying.CHEN Mei-ling.PAN Yun 基于LabVIEW的水声遥控系统测试平台的设计[期刊论文 ]-测控技术2009,28(8) 8. 郑磊.于洪涛.张宁.徐全发.周波.杜峰 仿真显控系统的VC实现及水声定位中的应用[期刊论文]-科技创新导报 2009(26) 9. 吴志强.李斌.WU Zhiqiang.LI Bin 基于电流场的水下高速数字通信方法及实现[期刊论文]-传感技术学报 2010,23(11) 10. 张涛.黄建国.何成兵.阎振华.ZHANG Tao.HUANG Jian-guo.HE Cheng-bing.YAN Zhen-hua 基于UW帧结构水声通 信系统及其性能分析[期刊论文]-计算机工程与应用2008,44(21) 引证文献(1条) 1.涂峰.黄瑞光 水声信道的建模与仿真研究[期刊论文]-微计算机信息(测控仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 自动化) 2003(5) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hyjs200104012.aspx