1.导言
长期以来，人们一向以为在海洋中完成水声通讯是一个巨大的应战。本文将专门研讨一个固定信源和跟着水波不断移动的接收器的通讯问题。这样会导致信号同步问题和时变的多普勒频移。别的，在浅水中通讯，当信号沿着不同的传达途径(多径)传达终究聚集到接收器的进程中会发生码间串扰的问题。
国外Gini和Giannakis最近提出了一类差分编码办法，它包括DBPSK调制办法。他们的研讨显现：改善因发射器和(或)接收器的运动而形成的非线性信号失真的补偿，在理论上能取得比DBPSK调制更好的效果。他们的研讨学习了电磁波通讯，例如卫星和地面站间的通讯，他们的仿真证明运用某种广义差分编/解码体系和仿真参数会发生较少的符号误码。
Gini和Giannakis其时并未提及码间串扰问题，但他们将这个问题作为未来研讨的一个范畴。
现在咱们正在研讨在水声通讯中是否会取得相关功能提高。为了到达这一意图，咱们设置了一个包括固定信源和一个在固定点邻近跟着波涛微动的接收器的浅水信道仿真环境。
接收器的运动起伏适当小，适当于安静的海面条件。咱们得出广义差分编码体系对信号功能没有改善效果。比照之下，在咱们仿真期间得到的最佳成果呈现在运用一般DBPSK调制办法时。
2.布景环境
假定模仿环境由如下条件构成：50m水深处均匀安稳的水域，声速为1500m/s,水的密度为1000kg/m3,对15kHz信号的衰减为2.5dB/km.此声前言掩盖在密度为1600kg/m3,紧缩(P)波速度为1515m/s,紧缩波衰减为0.5dB/λ ,横波速度为100m/s,横波衰减为1dB/λ 的均匀固体半空间上。一个根本点声源固定在坐标(x,y)=(0,0)处，一起在深度z=47m处放置一个在中心方位(x,y,z)=(1500,0,2)邻近跟着水面波不断摇摆的接收器。
波涛状运动的接收器开发了一个模型，它满意安静海洋的特征，周期为若干秒，振幅为0.5m.想象一个固定在海底的一个安稳信源，与悬挂在船边的浮标通讯。因为水波的运动，接收器在浮标周围起浮。浮标运动的典型时刻序列轨道如图1所示。
固定信源在15kHz载波条件下以固定频率输出，然后经过BPSK调制，速率为3kbps.载波周期和调制周期都在零时刻零相偏作为同步的开端。每bit包括5个载波周期。经过在运动的接收器处用240kHz或用16倍的载波频率进行采样发生一个组成的时刻序列。运用经典射线追寻办法，只用24道射线模仿声波传导。
除了在运动的接收器处组成的一个时刻序列外，在设想接收器处组成一个无噪声的参阅时刻序列，设想接收器的方位在接收器方位的均值处。这个参阅时刻序列生成虚拟踪影，用来评价惯例判定反应)均衡器(DFE)。这个参阅序列由23或24道射线发生，省掉直达途径上那条射线。
两个时刻序列经过一个时延一起开端采样，这个时延等于衔接信源和接收器均值方位的直接途径的传达时延。这种办法供给了一个信号同步的参阅方位(固定接收器的方位)。
BPSK调制生成基带-1和+1两个根本符号，各自表明二进制数字符号0和1.一个伪随机数字发生器用根本的{-1,1}来发生一系列随机二进制“信息”符号，每个符号呈现的概率持平。这一系列“信息”符号随后运用一种Gini和Giannakis广义差分编码办法进行差分编码，便是运用所谓的ml-HIM(多滞后高阶瞬时量)改换。
二阶ml-HIM编码的输入与输出联系如下：
wd(n)=w(n)wd(n-m1) (1)
其间{w(n)}是一组输入符号，n是信号速率为3kbps为的离散时刻指数，m1是(肯定)时延，{wd(n)}是输出的符号序列。假如设m1=1而且用方程(1)做BPSK的输入{w(n)},能够得到一般DBPSK输出{wd(n)}.
三阶ml-HIM编码的输入与输出联系如下：
wd(n)=w(n)wd(n-m1)wd(n-m2)wd(n-m1-m2) (2)
其间m2是额定的时延，其值依据具体条件大于或等于m1.在BPSK的输入为{w(n)}且时延m1=m2=1时，输出序列{wd(n)}为两层差分BPSK,或写作DDBPSK输出。
往在运动接收器处组成的时刻序列中增加高斯白噪声，无噪声参阅时刻序列随后被去掉。这样发生一个大略的判定反应均衡器，用来评价固定接收器处的无噪声时刻序列的信道。
“均衡器”的输出用(1)式和(2)式逆向求解。关于二阶ml-MIM,(1)式逆方程为：
x3(n;m1)=x(n)x*(n-m1) (3)
其间{x(n)}是接收器处得时刻序列，星号表明共轭。三阶(2)式的逆方程为：
x3(n;m1,m2)=x(n)x*(n-m1)x*(n-m2)×x(nm1-m2) (4)
(3)式和(4)式的输出在复数域被量化为BPSK符号-1或1.经过与原始信息比照，作为一种计算误比特数的途径。
