差分編碼在水聲電子通信中的應用研究

3.仿真統計結論

使用編碼方式(1)和(2)仿真統計了持續3 0 s的時(shí)間序列記錄，其中m1的取值范圍是{1,2,3,4},m2的取值范圍是{m1,1,2,3,4}.在不同信噪比條件下計算誤比特率(BER)，信噪比取值范圍為{-40,-30,…，10},計算SNR(單位：dB)的公式如下：

SNR=-20log10(r0σ ) (5)

其中r0是固定信源到固定接收器處的參考距離，σ 是附加的復雜高斯噪聲標準差。

如圖2所示，BER與SNR的關(guān)系用八條曲線(xiàn)描繪，使用四種差分編碼方式共分兩組：

B P S K (未編碼);D B P S K (二階m l - H I M ,m1=1);(三階ml-HIM,m1=1,m2=1);DDBPSK(三階ml-HIM,m1=1,m2=2)。其中四組曲線(xiàn)在接收器活動(dòng)范圍內對應的各種信噪比條件下反映的誤比特率均高于0.3;而另外四組在固定接收器處高信噪比條件下的誤比特率接近0的曲線(xiàn)是參考曲線(xiàn)。

4.接收器問(wèn)題討論

從圖2我們即可發(fā)現，沒(méi)有一個(gè)差分編碼方式可以解決接收器運動(dòng)問(wèn)題，所有差分編碼方式在所有信噪比條件下的誤比特率都不小于0.38.因此，即使接收器只有輕微的波浪狀運動(dòng)，ml-HIM也無(wú)法較好的抵消接收信號(在運動(dòng)的接收器處得到的有噪聲的時(shí)間序列)與參考時(shí)間序列(在固定位置均值接收器處得到的無(wú)噪聲時(shí)間序列，去掉直接路徑射線(xiàn))之間由于失配造成的誤碼。

通過(guò)觀(guān)察得知：最佳的結果是完全沒(méi)有進(jìn)行差分編碼(BPSK曲線(xiàn))，并且DBPSK在所有信噪比條件下的誤比特率都比BPSK要高。同樣，DDBPSK在所有信噪比條件下的誤比特率都比DBPSK要高。通過(guò)使用廣義差分編碼的概念，選擇DDBPSK中除m1=1,m2=1外的時(shí)延，能夠得到比DDBPSK要好的結果。事實(shí)上，如圖2所示，在接收器靜止時(shí)，m1=1,m2=2時(shí)的曲線(xiàn)就在DBPSK和DDBPSK曲線(xiàn)之間。

然而，當允許接收器運動(dòng)時(shí)，一個(gè)不同的結果出現了。圖2中靠上的4條曲線(xiàn)很清晰的證明了，即使是理想信道條件，也不能夠完全抵消差分編碼造成的信號失真?？梢宰⒁獾阶詈玫谋憩F來(lái)自普通BPSK與DBPSK編碼，并且這也是唯一比完全不編碼(BPSK)略好的編碼方式。

我們還注意到，DDBPSK的表現最差，僅僅比m1=1,m2=2時(shí)使用廣義三階ml-HIM得到的結果好一點(diǎn)。這和Gini和Giannakis在不同的時(shí)延下觀(guān)察到的結果是一致的，而不是傳統上的認為DDBPSK能比DBPSK更好的抵消運動(dòng)引起的信號失真。

或許廣義差分編碼方法更適合認為操縱運動(dòng)的潛艇，這樣潛艇產(chǎn)生不規則運動(dòng)會(huì )少一些潛艇在運動(dòng)中產(chǎn)生的擾動(dòng)較小。在絕大部分容器中進(jìn)行仿真時(shí)，波浪一直出現，無(wú)論如何總會(huì )存在持續幾秒的，波長(cháng)至少半米的波浪干擾。相反，降低載波頻率可以預期提供更好的表現，因為波長(cháng)會(huì )長(cháng)一些。假設載波頻率為15kHz,水中的波長(cháng)就為0.1m,因此接收器運動(dòng)產(chǎn)生的擾動(dòng)會(huì )比很多波長(cháng)要高。在載波頻率為1.5kHz時(shí)，波長(cháng)為1m,同樣的擾動(dòng)現在也就一個(gè)信號波長(cháng)左右。

5.結束語(yǔ)

通過(guò)仿真，展示了在文中假設的條件下，廣義差分編碼技術(shù)并未展示出應有的增益。為改進(jìn)廣義差分編碼方法的表現也許需要混合信道編碼，或者某種判決反饋均衡器。