A Comunicação Acústica Sub-aquática
Por: mudilec • 20/6/2022 • Projeto de pesquisa • 1.926 Palavras (8 Páginas) • 160 Visualizações
Comunicação Acústica Sub-aquática
Rosana Caetano
30007031@students.ual.pt
Abstract—À medida que o avanço tecnológico decorre o ser humano demanda maior necessidade de comunicar nos mais variados meios. Sendo a comunicação acústca sub-aquática uma forma de comunicar que por muito tempo foi usada unicamente para fins militares e começa agora a abrangir os fins comerciais. As comunicações acústicas sub-aquáticas são dificultadas pela efeito combinado de propagação multipercursos e alta variabilidade espacial das condições do canal. Para se atingir altas taxas de dados com a largura de banda muito limitada sob canais sub-aquáticos, técnicas modulação eficiente da largura de banda devem ser consideradas juntamante com processamento para exploração da diversidade de multipercursos espaciais. A nova geração de sistemas de comunicação sub-aquática empregando técnicas de modulação coerente com a fase alcançará um aumento de pelo menos dez vezes na taxa de transferência de dados
Keywords-comunicação;subaquática;multipercurssos; propagação;
Introdução
Canais acústicos sub-aquáticos são geralmente reconhecidos como um dos meios de comunicação mais difíceis em uso hoje. A propagação acústica é melhor suportada em baixas frequências, e a largura de banda disponível para comunicação é extremamente limitado. O som se propaga debaixo de água a uma velocidade muito baixa de 1500 m/s, e a propagação ocorre em vários caminhos. O atraso espalhado por dezenas ou mesmo centenas de milissegundos resulta em uma distorção de sinal seletiva de frequência, enquanto o movimento cria um efeito Doppler extremo. As piores propriedades dos canais de rádio – pobres qualidade do link físico de um canal de rádio móvel Terrestre e alta latência de um canal de satélite - são combinados em um canal acústico sub-aquático.[pic 1]
História
A principal utilização da acústica subaquática foi iniciada em 1490, por Leonardo Da Vinci, mas esta área das Comunicações passou a existir efectivamente após o trágico naufrágio do Titanic no século 20.
- As principais aplicações das comunicações sub-aquáticas são Veículos Operados Remotamente (ROV), Redes de Sensores Sub-aquáticos (UWSN), aplicações militares e de navegação, fins de mergulho, Veículos Subaquáticos Autônomos (AUV), esportes subaquáticos, etc.
Deficuldades atuais
- As ondas de rádio se propagam debaixo d'água em frequências extremamente baixas(30Hz-300Hz) e requerem grandes antenas e alta potência de transmissão.
- As ondas ópticas não sofrem muita atenuação mas são afetados pela dispersão.
- As ondas acústicas são a melhor solução para comunicar debaixo d'água.
- O problema de multipercurso leva a Interferência Inter Simbólica (ISI) e desvanecimento seletivo de frequência
Neste artigo, são estudadas as características da Taxa de Erro de Bit (BER) para diferentes técnicas de modulação. Neste estudo, os autores analisaram o desempenho de um sistema de comunicação acústica subaquática utilizando diferentes técnicas de modulação e técnicas de equalização no receptor. O meio de transmissão em sistemas de comunicação introduz distorção de amplitude e de fase. Estes podem ser eliminados por um processo conhecido como Equalização. Qualquer operação de processamento de sinal que minimize o é denominado como Equalização.
IV- Modelos do Sistema
Modulação corresponde ao processo de alteração sistemática de um sinal determinístico bem conhecido em concordância com o sinal de informação.
O processo precisa ser reversível, para que o receptor possa recuperar o sinal de informação, por meio de um processo chamado de demodulação.
Binary Phase Shift Keying (BPSK)
BPSK é o esquema de modulação básico que é considerado a forma elementar de Phase Shift Keying (PSK). Neste esquema de modulação, para cada variação no estado binário a onda senoidal da portadora é deslocada em 180°. Como as alterações de fase ocorrem nos pontos de cruzamento zero, o BPSK é considerado coerente. Aqui a fase da portadora é controlada pelos bits individuais [1]. Os bits binários 1 e 0 neste esquema de modulação são representados por
e . [pic 2][pic 3]
Um sinal BPSK é descrito pelas seguintes equações
[pic 4]
(2) [pic 5]
é o período de bit, é a energia de bit, representa a velocidade angular, a fase inicial pode ser considerada zero. O vetor recebido r é a soma vetorial de um ponto de sinal dado por[pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]
. (3)[pic 10]
Onde n é o ruído ambiente que será explicado mais á frente. Para demodular um sinal BPSK, a frequência do detector coerente e o sinal da portadora no transmissor precisam ser mantidos igualmente. Isso leva a receptores mais complexos. A taxa de dados em bits por segundo e a taxa de símbolo são geralmente os mesmos em BPSK. Isso ocorre porque um único bit é transportado por uma única portadora nesse esquema. Portanto, o BPSK não é uma técnica de modulação eficiente em largura de banda em comparação com outros tipos de modulação. Mas para alcançar taxas de dados mais altas em comunicação acústica subaquática, a largura de banda deve ser aumentada.
Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)
Para superar as dificuldades da BPSK, as técnicas de modulação multinível do deslocamento de fase de quadratura de chaveamento (QPSK) entraram em cena nas comunicações digitais. Aqui níveis de modulação maiores que dois são considerados como entrada do transmissor. Portanto, essas técnicas são considerado mais eficiente em termos de largura de banda. É um caso especial em PSK em que M=4, e cada símbolo representa 2 bits. É dado por
0 ≤ t ≤ . (4)[pic 11][pic 12]
A equação acima também pode ser escrita como
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