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1、第四章常用的多载波调制方法性能分析水声通信中常用的多载波调制方法OFDM多载波MFSK4.1多载波调制对于多径传播的水声信道而言，在多载波通信系统中，由于信道扩展长度缩短，从而降低对均衡器的要求，甚至可以避免采用时域均衡器。4.1多载波调制当数据率相同时，若将带宽W划分成宽度为的个子带，则符号周期的长度为原来的N倍，相应的信道扩展长度L也降为原来1/N的，ISI的影响明显下降，并且随着子信道数N的增加，效果越明显。a频分复用频率完全分离频谱特性b频分复用频率交叠频谱特性c频分复用正交频谱特性4.2多载波频分复用4.3多载波MFSK子载波数由声纳方程确定在带宽W内，子信道数为N，若将
2、其分为m组，每组调制阶数M=N/m，则一个符号发送的比特数为式中[·]为取整运算4.3多载波MFSK缺点：频带利用率低。4.3多载波MFSK优点：不受频率偏移及相位抖动的影响，系统稳定性好；接收端不用均衡，系统实现简单。OFDM系统原理框图4.4OFDMOFDM系统原理框图4.4OFDM100110101-i,-1-i,1+i,-1+i发射序列:符号映射：变换：1-i,-1-i,1+i,-1+I,0,0,0,0,0,0,0,0,-1+i,1+i,-1-I,1-iIFFT(1-i,-1-i,1+i,-1+I,0,0,0,0,0,0,0,0,-1+i,1+i,-1-I,1-i)频率映射
3、：0,…,0,1-i,-1-i,1+i,-1+I,0,…,0n个0，(n+1)Δf=fl做FFT的点数N个IFFT（0,…,0,1-i,-1-i,1+i,-1+I,0,…,0）OFDM子载波及OFDM符号4.4OFDM4.4OFDMOFDM调制及解调发射信号经过IDFT变换：OFDM系统的调制和解调可以分别由IDFT/DFT代替。通过N点IDFT运算，把频域数据符号变换为时域数据符号。其中每一个IDFT输出的数据符号都是由所有子载波信号经过叠加生成的，即对连续的多个经过调制的子载波的叠加信号进行抽样得到的。4.4OFDMOFDM调制及解调接收信号经过DFT变换：4.4OFDM一个O
4、FDM符号的时域波形示意图4.4OFDM一个OFDM符号的时域波形示意图载波频率1载波频率2载波频率3符号1符号24.4OFDMOFDM符号的时频域示意图载波频率1载波频率2载波频率3符号1符号2符号1多径符号2多径4.4OFDM多径OFDM符号的时频域示意图4.4OFDM多径OFDM符号的时域示意图OFDM系统中将每个符号的末尾部份拷贝到开始部份,作为循环前缀CP填充在保护时间段内，可有效抑制多径影响。OFDM的频谱利用率降至原来的4.4OFDMOFDM系统循环前缀的加入典型的保护时间是信道最大时延的2～4倍，即4.4OFDMOFDM系统循环前缀的加入载波频率1载波频率2载波频率
5、3符号1符号2符号1多径符号2多径OFDM的频谱利用率降至原来的4.4OFDMOFDM系统循环前缀的加入4.4OFDMOFDM系统循环前缀的加入4.4OFDMOFDM系统的信道估计信道估计的目的是估计出信道的时域或频域响应，对接收到的信号进行校正与恢复，以获得相干检测的性能增益。信道估计的分类盲或半盲信道估计，称为非数据辅助式信道估计(Non-Data-AidedChannelEstimation,NDA-CE)。基于判决(DecisionDirect)的信道估计导频辅助(PilotSymbolAssistedModulation,PSAM)信道估计4.4OFDM发送端导频的选择与
6、插入导频插入模式4.4OFDM接收端导频位置信道信息获取的方式获取方式最小均方误差(MMSE)准则最小平方误差(LS)准则MMSE满足了信道信息的最优要求，但需要计算矩阵的逆，当信道多径时延较长时该矩阵很大，其逆的计算量将很大，因此实时性差的缺点限制了它的应用。目前对这个问题的解决主要采取两种方式：一是对MMSE方法进行改进，二是采用LS准则4.4OFDMLS准则接收信号向量发射信号向量是一对角矩阵信道离散的频响值向量信道噪声向量所有元素服从独立的均值为零，方差为σ2的高斯分布LS信道估计的表达式为4.4OFDM恢复出所有时刻信道的信息恢复信道信息基于MMSE的改进信道估计技术使用
7、近似方法实现信道估计分离滤波器方法变换域法多项式法内插方法将二维滤波器分解成为两个级联的一维滤波器，一个频域滤波器和一个时域滤波器。频域滤波器利用信道的频域相关信息进行滤波，时域滤波器利用信道的时域相关信息滤波，由于充分利用了时频域两维信息，因此两个级联的一维滤波器和二维滤波器的性能非常相近，而计算量和复杂度则大大降低。它的基本思想是：通过各种不同变换将信道估计问题在变换域中进行处理，这样就大大减少系统估计的运算量。目前这方面的方法有基于奇异值分解的信道估计方法和基于
