.
易l一夕，水声数字通信系统的性能分析
张歆
(西北工业大学航海：口§霉院.北京,710072)
水
截窖撷
Performanceanalysisofunderwaterdigital
透明的距离
communicationsystem
ZhangXin
(Northwesmmpo~technicuniversity,mecollege.Xian.710072)
If
T2兮
1.引言
水声数字通信是涉及到水声学和通信技术的综合性学科.与一般通信系统所不同的是,
由于水声数字通信系统的信号是借助于水声信道进行传输的，因此水声数字通信系统的性能 将主要取决于水声信道的传播特'陛.本文提出了一种水声数字通信性能模型(UWDCPM).
它是进行水声数字通信系统设计和性能分析的主要工具.
本文所提出的水声数字通信性能模型(IrwDcPM)主要适台于浅海信道中的通信系统,
它包括基于KRAKEN简正波模型的水声信道传播损失模型，通信距离预报模型和采用不同
调制方式和接收方式的通信系统误码率分析模型.
else的用法2.传播损失分析模型
传播损失是影响传播距离，信噪比和误码率等水声数字通信系统性能的重要因素，传播
损尖的分折足UWDCPM的基础.本文采用了一种改型的KRAKEN简正波模型对传播损失
进行分析.这是一种与距离无关的三层全液态模型，包括由于海底吸收，海面及海底散射所
造成的损失，很适合声速和密度都发生变化的浅海信道的分析.在UWDCPM中，我们用此
模型对传播距离100公里，水深分别为5O米,78米和200米，信号频率在lkHz-I.5kHz条
件下的水声信道的传播损失及频率特性进行分析，并可给出不同水深和不同频率时的传播损
失图额率特性图.
3.通信距离预报
本文借助于被动声纳方程SL-TL=NL-DT对水声数字通信系统的传播距离进行预报.
在本文所采用的信号频率范围内，海洋环境噪声主要是风关噪声.本文采用实测数据作为NL
的估计值.在UWDCPM中，若给定SL,NL,DT，通过优质因素FOM可在传播损失曲线
上直观地显示通信系统的最大通信距离.例如，若给定发射声源级SL=196db,NL=63db.
DT=10db，则FOM=123db，由传播损失图可以看出，对于78的水深，通信距离可达100公
里以上.而对于5O米,200米的水深，通信距离分别约为24.8公里和27.6公里. 4.误码率模型
误码率是衡量数字通信系统可靠性的一个重要指标.在UWDCPM中采用了两种误码率
模型：一种模型中信号为确知信号，信道为单途径无畸变的理想信道：另一模型中,
信道为
衰落信道，信号包络是瑞利分布的.噪声通常假设为谱密度为n2的向高斯噪声.
考虑一个二元通信系统，它川信号脉冲y.0)代表1,yo(t)代表0.通常，假设0或1的错
误检测是相同的，即P=，井假定两个符号的先验概率也相同，即PI=P.，采用最小错误概率准则进行判决..
在水声数字通信中，通常采用穆频键控(FSK)调制方式.采用相干接收时,FSK系统的
1一
误码率为:P,=÷e,l厂c(4812).其中，为每个数字的平均能量与噪声谱密度之比.
新安江第二小学81
国模杨玉玲非相干接收时,FSK系统的误码率为:P=~.-exp(-8/4).
近来，水声数字通信倾向于采用移相键控(PSK)等相干调制方式，若采用PSK调制, 1一
系统的误码率为:P=~erfc(48).
由于受到多径传播和起伏的影响，实际的水声信道是一个衰落信道.对于衰落信道常采英荷壳牌石油公司
用慢衰落瑞利模型来描述信道的统计特性.这种模型假定信号的包络是瑞利分布的.而相位
在.n到之间是均匀分布的.慢衰落意味着尽管码元之间包络是随机的.但每个码元内包络
是恒定值.
1
在衰落信道?二元非相干的正交FSK的误码率为:=-
若在慢衰落信道中，若借助于锁相环之类的方法，通信系统可以相干地工作.则可得相
11
=FFSK的误码率为:Pe吉一赢.过氧化物酶
11
PSic:.的误码率为:=i(1一赢.
如图为衰落信道中的误码率曲线:
Prm●-I■●r●r卅●●h亩-
^…'
在UWDCPM中，可以给无衰落信道和衰落信道中各种调制方式和接收方式情况下，谡
码率随距离的变化曲线.由这些曲线可以看出.在衰落信道中.所有系统的误码率都与信嵘
比成反比，而在无衰落信道.误码率却随信噪比的增加按指数规律减小：而且采用相干工作
方式比非相干方式信噪比性能要好约3分贝.
由以上分析可以看出.水声数字通信性能模型(UWI)CPM)是现有的和将要设计的水
声数字通信系统性能分析的有效工具.
张歆：女.副教授.90年硕士毕业于两安电子科技大学,90年至今在北工业大学航海工
程学院301教研室，从事水声遥控与通信方面的教学与研究工作.
82
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议