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FSK水声通信系统仿真

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水声通信FSK调制系统性能仿真

钟方盛 石亦敏 张杰峰

一．仿真要求

仿真一下单发单收、FSK调制下的水下通信系统性能。

中心频率有两个：21~27KHz，带宽6KHz；55~65KHz，带宽10KHz；

信道：AWGN及单径Rayleigh衰落；

通信距离1Km、8Km；

通信速率：未定（通过仿真确定）；

给出BER vs SNR 的曲线；

其他可以认为是理想的；

二．带宽、码元速率和频率间隔分析

带宽W；波特率sR；一共有NM2个频率点Mfff,...,,21，相邻频率间隔1iifff。

1.基带信号带宽B和波特率sR

2/)1(sRrB，)(log/2MRRbs

其中bR是比特率，r为滚降因子。取r=1，则基带系统所需带宽

sRB

2.带宽W与波特率sR、频率间隔f

sRfMBfMW2)1(2)1(

页脚内容4 3.频率点Mifi,...,2,1,设置

频段为),(HLff，其中Lf为最小频率，Hf为最大频率，则中心频率为2/)(LHcfff，带宽为LHffW。

设波特率为sR，那么相邻频率间隔为)1/()2(MRWfs。

因此，可以设计频率点Mifi,...,2,1,的值为

fMiffci)21(。

三．信道建模和最佳接收

1. 信道建模

对于MFSK，经过单径Rayleigh衰落及AWGN噪声，可以将信号建模成

)()2sin()(tntfAtxiii，nTtTn)1(

其中iA服从参数为的瑞利分布，i服从)2,0[的均匀分布，)(tn高斯噪声，if是MFSK调制中的频点。

由于若X、Y相互独立且都服从),0(N，那么22YXZ服从参数为的瑞利分布。因此，可以根据这个来设计瑞利分布。

2.最佳接收

经过理论推导，可以得到检测统计量ij，1ij，对于ijMj,,...,2,1都成立，则判为if。

而这等价于ijMjqqji,,...,2,1,都成立，这判为if，其中20202)2cos()()2sin()(TiTiidttftxdttftxq

四．不同瑞利分布参数和速率下的BER-SNR仿真曲线

注：

页脚内容4 (1)以下曲线中，X坐标为SNR(dB),Y坐标为BER(误比特率，对数坐标)；不同颜色代表不同有效比特速率，即经过1/2卷积码信道编码。

(2)在比特速率bR和SNR确定时，瑞利分布参数对BER有很大影响，越小信道越优良，误比特BER越小。因此为了折衷考虑，选择=0.5来进行仿真。

1. 中心频率21~27KHz，带宽6KHz

（1）2FSK，瑞利分布参数=0.5，

有效比特率为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2kbps

（2）4FSK，瑞利分布参数=0.5，

有效比特率为0.8、1.2、1.6、2.0、2.4kbps

页脚内容4

（注：在X轴范围内，未显示出来的曲线表示其Y值很小，在对数曲线显示不出来。）

2. 中心频率55~65KHz，带宽10KHz

（1）2FSK，瑞利分布参数=0.5，

有效比特率为0.4、0.8、1.2、1.6、2.0kbps

（2）4FSK，瑞利分布参数=0.5，

有效比特率为0.8、1.6、2.4、3.2、4.0kbps

页脚内容4

（注：在X轴范围内，未显示出来的曲线表示其对应点Y值很小，在对数曲线显示不出来。）

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fsk论文

fsk论文

FSK解调系统的仿真与设计

FSK demodulation system simulation and

design

摘 要

此文阐述频移键控(FSK)解调系统的仿真与设计的方法，结果分析。用软Systemview件实现通信系统仿真的方法，并以二进制移频键控(2FSK)为例，详细论述了仿真过程，研究此技术的目的主要为了更好的利用通信信道的带宽并使信号能够传送更大的距离，必须对数字信号进行调制，，另外无线通信系统也只能传输经过调制的数字信号。

此研究试验主要用Systemview这个通信系统仿真软件，利用FSK原理对波形进行仿真分析，二进制频控键移是用载波的频率来携带二进制信息的调制方式。主要方法，FSK解调方式相干解调和非相干解调，其中本文以非相干解调系统仿真，在非相干解调里面又以包络检波为主要解调方式，输入信号用两个窄带的分路滤波器分别滤出高频脉冲，经包络检测后分别取出它们的包络，把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。

仿真结果表明，通过用Systemview软件仿真，可以很方便地得到所设计电路的输出结果与分析波形．从中体现用SystemView仿真优秀的特点和二进制频控键移实现容易，抗噪声性能也比较好，在较早的数字通信系统中有着广泛的应用的优点。

关键词：FSK；systemview；通信系统；仿真；解调

Abstract

This article on the Frequency Shift Keying (FSK) demodulation system simulation

and design methods.the results of analysis. Systemview with pieces of soft

communications system simulation methods,and binary frequency shift keying (2FSK) as

FSK通信系统的设计

FSK通信系统的设计

目录

摘要……………………………………………………………………………………1

1二进制频移键控的原理……………………………………………………………2

1.1一般原理与实现方法…………………………………………………………2

1.2 FSK信号的解调………………………………………………………………4

2单元电路设计………………………………………………………………………7

2.1 2FSK调制系统…………………………………………………………………7

2.2 2FSK解调系统………………………………………………………………8

3总体电路图设计…………………………………………………………………10

4仿真结果…………………………………………………………………………11

5系统元件…………………………………………………………………………12

5.1电子开关…………………………………………………………………12

5.2 元件清单……………………………………………………………………13

6实物制作与调试…………………………………………………………………14

6.1 调试步骤……………………………………………………………………14

6.2 注意事项……………………………………………………………………14

6.3 故障诊断……………………………………………………………………15

7心得体会…………………………………………………………………………16

参考文献……………………………………………………………………………17

武汉理工大学《数字通信系统》课程设计说明书

1 摘要

数字频率调制又称频移键控（Fsk—Frequency Shift Keying）,二进制频移键控记作2FSK,数字频移键控是用载波的频率来传递数字信息，即用所传的数字信息控制载波的频率。2FSK信号是符号“1”对应于载频，“0”对应于另一载频的已调波形，而且之间的改变是瞬时完成的。从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现，模拟调频法是利用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调频，是频移键控通信方式早期采用的实现方式，2FSK键控法则是利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个独立的频率源进行选通。键控法的特点是转换速度快，波形好，稳定度高且易于实现，故广泛应用。

水下航行器远程水声通讯技术研究

水下航行器远程水声通讯技术研究

２００６年增刊　声学与电子工程　淅出增刊（２００６）第４９号　

水下航行器远程水声通讯技术研究　

王海燕申晓红潘地宏　

（西＝ＩＬ＿Ｔ－业大学航海学院，西安，７１００７２）　

摘要：在传统的ＭＦＳＫ、ＭＰＳＫ通信技术基础上，提出了基于ＭＦＳＫ．ＭＰＳＫ交互调制的远程水声通　

信新方法，建立了远程水声通信的信道模型，研究了ＭＦＳＫ－ＭＰＳＫ交互调制解调的原理，采用基于ＲＬＳ　

算法的自适应信道均衡技术对８０ｋｍ不同ＳＮＲ下的误比特率进行了仿真实验，并与２ＦＳＫ下的８０ｋｍ海上　

通信试验结果进行对比分析，取得了远程水声通信有参考价值的结论。　

关键词：水声远程通信：ＭＦＳＫ．ＭＰＳＫ调制：信道均衡：误比特率　

ｕｕｖ与母艇之间的控制指令、载体的状态及　

获取的水下信息的反馈，目前还是以水声通信的　

方式来实现。ｕｕＶ的水声通信技术是复杂的，水　

声通信的距离受到载波频率和发射功率的限制，　

另外也受到复杂水声信道，尤其是信道多径效应　

和信道衰落的影响，使目前ＵＵＶ的水声通信距　

离在１０　ｋｍ左右。水声通信系统性能的一个度量　

是最大可得到的距离．数据率乘积。另外，水下通　

信信道中可以利用的带宽受到传播损失的严重限　

制，传播损失随着频率和传播路径的增加而不断　

增加，因此远程水声通信的频率移向低频并且数　

据传输率较低。通信中采用数字编码的ＦＳＫ调制　

技术对于时间和频率扩展的信道来说是相当稳健　

的，但ＦＳＫ调制非相干系统的低带宽利用率与水　

声传输的带宽限制使其对高速率应用是不合适　

的。要提高数据传输率，人们需要应用ＰＳＫ相干　

解调技术。　

本文是在ＭＦＳＫ非相干系统海上试验距离　

８０　ｋｍ，以５　ｂｉｔ／ｓ数据传输率通信成功之后，提出　

了基于ＭＦＳＫ技术与ＭＰＳＫ技术交互的　

ＭＦＳＫ．ＭＰＳＫ调制解调技术，以便获得更高的通　

信数据率，以及提高ＵＵＶ与母艇间远程（＞８Ｏ　ｋｍ）　

通信的数据率。　

１远程水声通信的信道模型　

水声信道是所有通信信道中最为复杂的信道　

水声CDMA多用户通信系统仿真研究

水声CDMA多用户通信系统仿真研究

第２７卷第４期　计算机仿真　２０１０年４月　

文章编号：１００６—９３４８（２０１０）ｏ４—００９９—０３　

水声ＣＤＭＡ多用户通信系统仿真研究　

和麟，孙超　

（西北工业大学声学工程研究所，陕西西安７１００７２）　

摘要：针对水声环境通信系统码间干扰和相位偏移问题是水下多用户通信面ｌ临的主要问题，水下有限的发射功率使接收机　对远距离用户信号的接收性能较低。提出了一种水声码分多址多用户通信系统，系统采用多输人多输出（ＭＩＭ０）判决反馈　

均衡器补偿码间干扰、抑制多址干扰，同时利用扩频增益提高接收性能并进行仿真验证。计算机仿真结果表明，当扩频码长　度为１５、输入信噪比为１６ｄＢ、远距离用户信号功率比近距离用户低１４ｄＢ时，接收机能够对各用户信号无误码地接收，证明　了系统的有效性。　关键词：水声通信；多用户；码分多址；多数人多输出均衡；远近效应　

中图分类号：ＴＮ９１１．５　文献标识码：Ａ　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＤＭＡ　Ｍｕｌｔｉｕｓｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ｆ０ｒ　Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｃｈａｎｎｅｌｓ　

ＨＥ　Ｌｉｎ。ＳＵＮ　Ｃｈａｏ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　７１００７２，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｒｅｃｔ—ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｃｏｄｅ—ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ａｃｃｅｓｓ（ＣＤＭＡ）ｓｙｅｔｅｍ　ｄｅｐｅｎｄｓ　ｐｒｉ－　

ｍａｒｉｌｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｄｅｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｄｅｓｔｒｏｙｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　

ｃｈａｎｎｅ１．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ＣＤＭＡ　ｍｕｈｉｕｓｅｒ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａ　ＭＩＭＯ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ