通信原理之水声通信

金河镇有黄金

已于 2023-10-17 08:31:41 修改

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文章标签：信号处理信息与通信 matlab

于 2023-09-24 21:40:05 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/lmmij/article/details/133253285

版权

水声通信

介绍

信息信号通常是数字基带信号，需通过调制技术，将基带信号频谱搬移到合适的频段有效的传输。（数字调制技术：用载波的某些离散状态来表示数字基带信号）
调制的目的：适合信道传输；实现信道的多路复用；减小干扰；实现传输带宽和信噪比的互换；增强水声通信的可靠性。
频移键控FSK和相移键控PSK
在“加性高斯白噪声信道、瑞利衰落信道”分析误码率

频移键控

在这里插入图片描述

相移键控

用已调信号载波的0°和180°分别表示1和0；

MSK

最小移频键控
二进制MSK信号：
$S_{MSK}(t) = cos\left( \omega_c t + \frac{\pi a_k}{2Ts} + \phi_k \right)$
$T s$ 码元宽度， $a_k$ 第k个码元中的信息，取值为 $\pm 1$ ， $\phi_k$ 第K个码元的相位常数，在时间[（k-1）Ts,kTs]中保持不变。
当ka=+1时， $f_2=f_c+\frac{1}{4Ts}$ ；当ka=-1时， $f_2=f_c-\frac{1}{4Ts}$
保持相位连续，以下关系应该成立

QAM

正交幅度调制，正交是指两个信号有90°的相位差。既有幅度调制，又有相位调制。

最终信号波形： $\pi f_c t + \phi) = I cos(2 \pi f_c t) - Q sin(2 \pi f_c t), \qquad I = Acos(\phi) , Q = A sin(\phi)$
x可以根据A和 $\phi$ 得到多个QAM值。
在工程上，希望不同波形之间干扰最小，减少误码率。希望取值达到某种均衡。数值和相邻数值“距离”差不多。
因此取值需要正负对称

在这里插入图片描述

这里就是 $A_1 = \sqrt{2}$ , $\phi_1=45$ °， $A_2=\sqrt{10}$

下面是16QAM的星座图，二进制bit相邻只更改1bit，对称差8
在这里插入图片描述

clc;
clear;
close all;
tic;
%% 产生信号
fs = 1000;  % 采样频率1KHz
t = 0:1/fs:1-1/fs;
N=size(t,2);
f1=10;
f2=30;
f = 30 + 20 * (randi([0,1],[1,N])-1 ) ;
x=3*cos(2*pi*f .*t);
figure(1);
plot(t,x);
 
%% 短时傅里叶变换
wlen=500;%设置窗口长度。窗口越长时间分辨率越差，频率分辨率越好。
hop=1;%每次平移的步长，最小为1。越小图像时间精度越好，但计算量大。
x=wkeep1(x,N+1*wlen);%中间截断
h=hamming(wlen);%设置海明窗的窗长
[B, F, T, P] = spectrogram(x,h,wlen-hop,N,fs);   % B是F行T列的频率峰值，P是对应的能量谱密度
figure(2);
imagesc(T,F,P);
set(gca,'YDir','normal')
colorbar;
xlabel('时间 t/s');
ylabel('频率 f/Hz');
title('短时傅里叶时频图');
toc;

在这里插入图片描述