水声通信仿真报告

Underwater acoustic communication Simulation report

1.水声通信仿真模型

图一、水声通信仿真模型 ## 2.调制方法及信道设置要求：MFSK、带宽20kHz-30kHz、采样率80kHz、通信速率2kbps。 ### 2.1调制方式设置 1. 4FSK 采用4FSK调制方式，码元速率为1000波特，通信速率为2kbps。码元宽度为1ms，其中保护间隔为0.2ms，采样频率为80KHz。选取的载波频率为12kHz、19kHz、25kHz和32kHz，通信带宽约为20kHz。 2. 8FSK 采用8FSK调制方式，码元速率为1000波特，通信速率为2kbps。码元宽度为1ms，其中保护间隔为0.2ms，采样频率为80KHz。。码元结构为LFM同步信号-信息码元-LFM同步信号。选取的载波频率为12kHz、15kHz、18kHz、21kHz、24kHz、27kHz、30kHz和32kHz，通信带宽约为20kHz。 ### 2.2信道设置 1. 莱斯信道莱斯信道：采样频率选取80Khz，由于水声信道衰弱可以暂时简化，只考虑五条路径，路径长度假设为[100,115,130,160,220,250]。由于水下声速大概为1450-1540m/s,因此相较于直线传播的时延设置为[0 15 30 60 120 150]/1.5e3。信道增益设置为 [0 -10 -13 -15 -18 -22]。k=5 莱斯信道K-factor ,k为标量的时候第一条路径服从莱斯分布,其余路径服从瑞利分布。采用Matlab自带函数构造莱斯信道： chan = ricianchan(Ts,fD,k,pathDelays, avgPathGains);

瑞利信道

瑞利信道：采样频率选取80Khz，由于水声信道衰弱可以暂时简化，只考虑五条路径，路径长度假设为[100,115,130,160,220,250]。由于水下声速大概为1450-1540m/s,因此相较于直线传播的时延设置为[0 15 30 60 120 150]/1.5e3。

信道增益设置为[0 -10 -13 -15 -18 -22]。

采用Matlab自带函数构造瑞利信道：

chan = rayleighchan(Ts, fD, pathDelays, avgPathGains);

高斯信道

高斯信道即为恒参信道，即信号通过信道后叠加一个高斯噪声，其中k为信噪比单位为dB，如下所示：

y2=awgn(y1,snr(k),'measured');

3. 仿真结果

4FSK、8FSK在高斯信道、瑞利信道和莱斯信道，不同信噪比下的误码率：

a.4FSK不同信道下误码性能对比图片名称

b.8FSK不同信道下误码性能对比

4FSK、8FSK在 [-10,10]噪声强度下的平均误码率对比

信道	4FKS	8FSK
高斯信道误码率	0.0425	0.0.452
瑞利信道误码率	0.1201	0.1609
莱斯信道误码率	0.0764	0.1144

</center>

分析：

4FSK在莱斯信道中传播误码率相比8FSK降低了7.4%。
4FSK在瑞利信道中传播误码率相比8FSK降低了21.07%。
4FSK在高斯信道中传播误码率相比8FSK降低了20.2%。

通过仿真结果可以看出，误码率随着信噪比的升高而降低，与符合理论计算值。实验中加入了保护间隔，序列长度为1000。

结论：

4FSK在相同信噪比时，不论是在高斯信道、瑞利信道还是莱斯信道误码率都要小于8FSK，说明4FSK相比8FSK的抗噪性能会更好。
同样的信噪比下不论是通过4FSK还是8FSK调制，高斯信道的误码率要小于莱斯信道小于瑞利信道。

点击下载PDF文档

code_download

水声通信冲激响应

Underwater acoustic communication impulse response

1. 通过MATLAB进行仿真

水声信道可以用瑞利信道进行模拟：

水下声速：1500m/s 多径长度：[100 115 130 160 220 250] (m)

图1冲激响应仿真

程序：

fs = 8e4;        %采样频率                           % Hz
pathDelays = [0 15 30 60 120 150]/1.5e3;   %设收发距离为100m,声速1500m/s
avgPathGains = [0 -10 -13 -15 -18 -22];%信道增益
fD = 30;     %最大多普勒频移
rchan = comm.RayleighChannel('SampleRate',fs, ...
    'PathDelays',pathDelays, ...
    'AveragePathGains',avgPathGains, ...
    'MaximumDopplerShift',fD, ...
    'Visualization','Impulse and frequency responses');
x = randi([0 1],1000,1);
y = rchan(x);