矢量多载波多元差分混沌移位键控在水声信道下的性能研究
发布时间：2021-11-19 07:20
水声信道具有严重的时频双选择衰落特性,使得设计性能稳健的水声通信系统极为困难。为了克服水声信道时频双选择衰落带来的信道难以跟踪的挑战,提出一种采用非相干检测的多载波混沌通信系统,该系统基于差分混沌移位键控,将参考信号以及经扩频调制的信息承载信号当作矢量组,对这些矢量组进行离散傅里叶逆变换（inverse discrete Flourier transform, IDFT）完成多载波调制,经串-并转换后输出。在时频双选择性衰落信道下的仿真表明该系统具有良好的抗多普勒频移的特性,此外,在仿真水声信道和实测水声信道下的实验结果表明,该系统在水声信道下能够获得稳健的性能,相对于已有的多载波多元差分混沌调制方案,具有更好的抗时频双选择衰落的性能。
【文章来源】：重庆邮电大学学报(自然科学版). 2020,32(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
矢量差分混沌移位键控多载波调制系统框图
仿真的系统参数说明如下: CP均设置为0,调制阶数M=4,即调制星座为QPSK。图2展示的是归一化多普勒扩展对系统BER性能的影响,该结果的仿真参数设置为多径数L=15,每一径的平均功率满足约束E[α 1 2 ]=E[α 12 2 ]=…=E[α 16 2 ]=1/16, ∑ i=1 L E [α i 2 ]=1 ,即为等功率抽头延时信道。从图2可以看到,在归一化多普勒扩展为10-4的时候,系统的BER基本能够降低到10-4水平以下,但当N较大时,如256,系统性能恶化比较严重,这主要是由于随着N的增加,传输块长度增加,fd带来的时变性的影响范围增加,使得系统BER升高。因此,从图2我们可以看到,当扩频因子较小(SF8)时性能表现更好。图3比较了矢量差分混沌移位键控多载波调制与文献[9]中提出的多进制差分混沌移位键控多载波调制在不同多径数L下的BER性能。仿真参数如下:SF=16,N=64,CP=0,fd=0,即信道为静态块衰落等功率抽头延时信道。从图3a可以看出,随着多径抽头数L的增加,BER下降明显,即在不同的L下,BER曲线表现出不同的斜率,表明该系统能够有效的获取路径分集增益。与此相对应的,图3b给出了MM-DCSK[9]中的多进制DCSK多载波系统在不同的L下的性能表现,可以看出,随着L的增加系统性能变差,这是由于该系统是采用前一个子载波作为下一个子载波的参考信号,随着L的增加,信道的频率选择性增加,当L很大时,就不能够保证相邻子载波的信道响应一致,从而导致性能恶化。此外,从图3可以看到,MM-DCSK系统的BER到Eb/N0为30 dB时依然难以降到10-4水平以下。
图3比较了矢量差分混沌移位键控多载波调制与文献[9]中提出的多进制差分混沌移位键控多载波调制在不同多径数L下的BER性能。仿真参数如下:SF=16,N=64,CP=0,fd=0,即信道为静态块衰落等功率抽头延时信道。从图3a可以看出,随着多径抽头数L的增加,BER下降明显,即在不同的L下,BER曲线表现出不同的斜率,表明该系统能够有效的获取路径分集增益。与此相对应的,图3b给出了MM-DCSK[9]中的多进制DCSK多载波系统在不同的L下的性能表现,可以看出,随着L的增加系统性能变差,这是由于该系统是采用前一个子载波作为下一个子载波的参考信号,随着L的增加,信道的频率选择性增加,当L很大时,就不能够保证相邻子载波的信道响应一致,从而导致性能恶化。此外,从图3可以看到,MM-DCSK系统的BER到Eb/N0为30 dB时依然难以降到10-4水平以下。图4仿真了高速移动无线衰落信道下的BER性能,仿真参数:L=6, PDP=[-3,0,-2,-6,-8,-10]dB,tau=[0,0.2,0.5,1.6,2.3,5.0]×10-6,带宽B=2 MHz,相对移位速率V=250 Km/h。从图4中可以看出,随着子载波数N的增加系统BER恶化,其原因与图1的结果类似,当收发机之间高速移动时,存在较大的多普勒扩展。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多通道混沌调相扩频方式及其在水声通信中的应用[J]. 舒秀军,王海斌,汪俊,杨晓霞. 声学学报. 2017(02)
[2]载人潜水器“蛟龙”号的水声通信信号处理[J]. 朱维庆,朱敏,武岩波,杨波,徐立军,傅翔,潘锋. 声学学报. 2012(06)
本文编号：3504556
【文章来源】：重庆邮电大学学报(自然科学版). 2020,32(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
矢量差分混沌移位键控多载波调制系统框图
仿真的系统参数说明如下: CP均设置为0,调制阶数M=4,即调制星座为QPSK。图2展示的是归一化多普勒扩展对系统BER性能的影响,该结果的仿真参数设置为多径数L=15,每一径的平均功率满足约束E[α 1 2 ]=E[α 12 2 ]=…=E[α 16 2 ]=1/16, ∑ i=1 L E [α i 2 ]=1 ,即为等功率抽头延时信道。从图2可以看到,在归一化多普勒扩展为10-4的时候,系统的BER基本能够降低到10-4水平以下,但当N较大时,如256,系统性能恶化比较严重,这主要是由于随着N的增加,传输块长度增加,fd带来的时变性的影响范围增加,使得系统BER升高。因此,从图2我们可以看到,当扩频因子较小(SF8)时性能表现更好。图3比较了矢量差分混沌移位键控多载波调制与文献[9]中提出的多进制差分混沌移位键控多载波调制在不同多径数L下的BER性能。仿真参数如下:SF=16,N=64,CP=0,fd=0,即信道为静态块衰落等功率抽头延时信道。从图3a可以看出,随着多径抽头数L的增加,BER下降明显,即在不同的L下,BER曲线表现出不同的斜率,表明该系统能够有效的获取路径分集增益。与此相对应的,图3b给出了MM-DCSK[9]中的多进制DCSK多载波系统在不同的L下的性能表现,可以看出,随着L的增加系统性能变差,这是由于该系统是采用前一个子载波作为下一个子载波的参考信号,随着L的增加,信道的频率选择性增加,当L很大时,就不能够保证相邻子载波的信道响应一致,从而导致性能恶化。此外,从图3可以看到,MM-DCSK系统的BER到Eb/N0为30 dB时依然难以降到10-4水平以下。
图3比较了矢量差分混沌移位键控多载波调制与文献[9]中提出的多进制差分混沌移位键控多载波调制在不同多径数L下的BER性能。仿真参数如下:SF=16,N=64,CP=0,fd=0,即信道为静态块衰落等功率抽头延时信道。从图3a可以看出,随着多径抽头数L的增加,BER下降明显,即在不同的L下,BER曲线表现出不同的斜率,表明该系统能够有效的获取路径分集增益。与此相对应的,图3b给出了MM-DCSK[9]中的多进制DCSK多载波系统在不同的L下的性能表现,可以看出,随着L的增加系统性能变差,这是由于该系统是采用前一个子载波作为下一个子载波的参考信号,随着L的增加,信道的频率选择性增加,当L很大时,就不能够保证相邻子载波的信道响应一致,从而导致性能恶化。此外,从图3可以看到,MM-DCSK系统的BER到Eb/N0为30 dB时依然难以降到10-4水平以下。图4仿真了高速移动无线衰落信道下的BER性能,仿真参数:L=6, PDP=[-3,0,-2,-6,-8,-10]dB,tau=[0,0.2,0.5,1.6,2.3,5.0]×10-6,带宽B=2 MHz,相对移位速率V=250 Km/h。从图4中可以看出,随着子载波数N的增加系统BER恶化,其原因与图1的结果类似,当收发机之间高速移动时,存在较大的多普勒扩展。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多通道混沌调相扩频方式及其在水声通信中的应用[J]. 舒秀军,王海斌,汪俊,杨晓霞. 声学学报. 2017(02)
[2]载人潜水器“蛟龙”号的水声通信信号处理[J]. 朱维庆,朱敏,武岩波,杨波,徐立军,傅翔,潘锋. 声学学报. 2012(06)
本文编号：3504556
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