Pengembangan Underwater Acoustic FHA

Berbasis Sistem Komunikasi Multiple Underwater Kendaraan

Abstrak

Makalah ini menjelaskan desain sistem komunikasi akustik bawah air untuk

beberapa kendaraan bawah air, didasarkan pada frekuensi-hopping akses-jamak

(FDMA) dan dijinakkan komunikasi spektrum penyebaran-. Sistem ini membuat

digunakan metode spread-spektrum dijinakkan, frekuensi hopping, 4FSK, dan

penerima rake. Untuk membuat sistem yang lebih praktis, saluran air dan

pengaruh jumlah pengguna pada rasio kesalahan bit (BER) juga diperhitungkan.

Karena percobaan pembuktian yang diperlukan tidak mudah dilakukan di laut,

platform dikembangkan yang menggunakan kartu suara komputer,

dikombinasikan dengan kotak suara dan mikrofon, untuk transduce energi untuk

komunikasi akustik. Hasil simulasi dan eksperimen menunjukkan bahwa sistem

ini dapat memberikan komunikasi bawah laut yang dapat diandalkan antara

beberapa kendaraan bawah air.

Kata Kunci : Underwater Acoustic Communications, Multiple Underwater

Vehicles, FHMA, Tamed Spread-spectrum, Sound Card.

1. PENDAHULUAN

Semakin adanya peningkatan yang terjadi dalam mengeksplorasi dan

memanfaatkan sumber daya laut. Hal ini juga diketahui bahwa visibilitas

maritim menjadikan berkurang, dan kondisi lingkungan yang keras, sehingga

sulit bagi orang untuk melaksanakan tugas-tugas di bawah air yang penting,

termasuk eksplorasi dan pemanfaatan sumber energi, instalasi dan servis

peralatan, dan fotografi dan pemantauan objek. Namun, kendaraan bawah air

tak berawak dapat melakukan banyak tugas-tugas ini.

Kendaraan bawah air dapat dibagi menjadi dua jenis, berdasarkan

metode operasi: kendaraan yang dioperasikan jarak jauh (ROV) dan

kendaraan bawah air otonom (AUV). Sejak beberapa teknik kunci yang

berkaitan dengan kontrol, sensor, dan kecerdasan buatan belum sepenuhnya

dikembangkan untuk AUV, mereka hanya dapat melakukan tugas-tugas

sederhana dalam kondisi tertentu. Oleh karena itu, fokus harus diarahkan

pada ROV. ROV dapat dikendalikan dengan atau tanpa kabel. Yang pertama

konfigurasi membutuhkan kabel yang cukup panjang, yang tidak nyaman dan

sangat meningkatkan biaya. Saat ini, komunikasi bawah laut nirkabel

menyediakan sarana kontrol yang lebih baik ROV untuk melaksanakan tugas-

tugas sulit. Karena tugas ini tumbuh lebih rumit, tepat, dan beragam,

kendaraan bawah air tunggal tidak dapat memenuhi semua persyaratan.

Dalam kaitan ini, beberapa sistem kendaraan bawah air adalah salah satu

arah pembangunan yang paling penting. Dengan demikian, perlu untuk

merancang sistem komunikasi bawah air yang menjamin kontrol dan

kerjasama dari beberapa kendaraan bawah air yang efektif.

Komunikasi bawah air Wireless dapat dicapai dengan transmisi akustik

bawah air (UWA) gelombang. Gelombang akustik bukan satu-satunya cara

penularan bawah air nirkabel sinyal. Namun, atenuasi gelombang radio yang

ditransmisikan melalui laut adalah masalah serius, dan membatasi jangkauan

efektif untuk jarak pendek. Gelombang optik tidak begitu terpengaruh oleh

pelemahan, namun hamburan sinyal optik memerlukan presisi tinggi dalam

bertujuan sinar laser sempit. Karena teknologi laser masih terbelakang untuk

penggunaan praktis di daerah ini, gelombang akustik saat ini menawarkan

solusi terbaik untuk komunikasi bawah air [1]. Tapi dibandingkan dengan

komunikasi radio, bandwidth frekuensi yang tersedia untuk komunikasi

akustik bawah air dikurangi dengan beberapa kali lipat. Selain itu, kecepatan

rendah hasil suara dalam penundaan waktu besar di antara sinyal multipath,

karena propagasi multipath. Sistem komunikasi akustik terhambat tidak

hanya oleh suara, tetapi juga oleh variabilitas waktu dan dengung. Namun

demikian, meskipun masih ada beberapa masalah yang belum terpecahkan

penting dalam komunikasi akustik bawah air, itu adalah penelitian lapangan

berkembang pesat, pernah digunakan secara eksklusif oleh militer, tapi

sekarang sedang diperluas ke arena komersial

1.1 Pekerjaan terkait

Kehandalan merupakan masalah mendasar dalam sistem

komunikasi. Ada penelitian untuk memastikan keandalan komunikasi

akustik bawah air telah terutama difokuskan pada empat aspek:

simulasi dan pengukuran saluran [2, 3], penggunaan prosesor sinyal di

penerima (dan algoritma terkait) [4-6], keragaman teknik penerimaan

[7, 8], dan teknik coding (pengkodean kompresi dan koreksi kesalahan

coding) [9 - 11]. Penyelidikan sebelumnya telah memberikan kontribusi

besar terhadap pembentukan sistem komunikasi bawah air akustik

terpercaya, namun tidak satupun dari mereka telah mempertimbangkan

komunikasi antara multiusers.

Dalam rangka menerapkan komunikasi antara multi-pengguna,

multiple access berdasarkan teknik spektrum penyebaran-yang

diperlukan. Namun, bandwidth frekuensi yang terbatas dari bawah air

hasil saluran akustik dalam kecepatan transfer data rendah [12, 13].

Dalam [14], sistem komunikasi akustik bawah air dengan rendah rasio

signal-to-noise (SNR) telah diperkenalkan, menggunakan urutan direct

sinyal spread-spektrum. Peningkatan tingkat komunikasi akustik bawah

air adalah fokus [15] dan [16], namun penerapan teknik ini untuk sistem

multiuser belum dilaporkan. Dalam [17], teknik deteksi multichannel

baru, berdasarkan penggunaan penerima multichannel adaptif,

diusulkan untuk menerapkan data rate yang tinggi dalam multiuser

komunikasi akustik bawah air. Namun, kualitas komunikasi keseluruhan

sistem ini, seperti rasio kesalahan bit (BER), tidak ditentukan, dan efek

dekat-jauh tidak diperhitungkan.

1.2 Motivasi

Makalah ini memperkenalkan sistem komunikasi akustik bawah air

untuk beberapa kendaraan bawah air. Frekuensi-hopping akses-jamak

(FDMA) dan dijinakkan komunikasi spread-spectrum yang diadopsi untuk

menangani trade-off antara data rate dan bandwidth frekuensi yang

terbatas. Akibatnya, data rate meningkat dengan tetap menjaga kualitas

komunikasi pada tingkat tinggi. Karena percobaan pembuktian yang

diperlukan tidak mudah dilakukan di laut, sebuah platform komunikasi

akustik berbasis komputer dikembangkan. Kartu suara dari komputer,

dikombinasikan dengan kotak suara dan mikrofon, digunakan untuk

transduce energi untuk komunikasi akustik di udara (menggantikan

transduser akustik dan hydrophone digunakan di laut), dan akan

memberikan nilai acuan untuk bawah air akustik eksperimen komunikasi

.

1.3 Struktur makalah

Makalah ini diorganisasikan sebagai berikut. Bagian 2 berisi analisis

saluran akustik bawah air, yang merupakan faktor penting dalam suatu

sistem komunikasi bawah air. Bagian 3 menjelaskan prosedur

komunikasi, termasuk prinsip kerja, komponen, dan struktur sistem.

Hasil simulasi dibahas dalam Bagian 4, dan platform perangkat keras

untuk percobaan dijelaskan dalam Bagian 5 Akhirnya, kesimpulan dan

arah untuk penelitian masa depan disajikan dalam Bagian 6.

2. UNDERWATER ACOUSTIC CHANNEL

Saluran akustik bawah air adalah saluran komunikasi yang paling

kompleks terkenal. Propagasi suara bawah air terutama ditentukan oleh

kebisingan, kerugian transmisi, gema, dan variabilitas temporal dan spasial

dari saluran akustik bawah air, yang diilustrasikan dalam Gambar 1 [18].

Faktor-faktor ini bertanggung jawab atas beberapa karakteristik utama dari

saluran akustik bawah air, seperti bandwidth yang terbatas frekuensi,

bervariasi multipath, fading cepat, dan kebisingan yang tinggi.

Penyerapan dan difusi energi akustik berhubungan dengan jarak transmisi

dan frekuensi. Dengan kata lain, kerugian transmisi meningkat dengan jarak

transmisi dan frekuensi. Hal ini menyebabkan pelemahan signifikan sinyal

frekuensi tinggi jarak jauh. Dari [19], yang bandwidth yang bisa lebih besar

dari 100 kHz jarak pendek (kurang dari 1 km), bandwidth terbatas pada

urutan sepuluh kilohertz untuk jarak menengah (1-20 km), dan bandwidth

hanya beberapa kilohertz jarak jauh (20-2000 km).

 Ada banyak sumber-sumber kebisingan di laut. Beberapa sumber

kebisingan khas [20], yang terdaftar dengan meningkatnya frekuensi, yang

pengaruh tekanan hidrostatik karena pasang surut dan gelombang, dan

gangguan yang disebabkan oleh gempa bumi, onflow, kapal, gelombang

permukaan, dan kebisingan termal. untuk frekuensi pada urutan sepuluh

kilohertz, sumber kebisingan utama adalah gelombang permukaan. Tingkat

kebisingan yang tinggi akan membuat sinyal asli sulit untuk pulih.

 Karena refleksi pada permukaan dan lantai laut, serta refleksi dan

hamburan oleh berbagai organisme, gelombang akustik perjalanan ke

penerima bersama sejumlah jalan yang berbeda setelah pengiriman.

Fenomena ini disebut transmisi multipath, dan merupakan salah satu yang

lebih penting faktor yang mempengaruhi kinerja komunikasi akustik bawah

air. transmisi multipath Hasil distorsi sinyal (memudar cepat) dan selektif

fading. Amplitudo dan fase perubahan sinyal bersama dengan waktu dan

frekuensi, menyebabkan kesalahan dalam penerimaan. Masalah ini bisa

diselesaikan melalui teknik pemerataan, teknik diversity, teknik spread-

spectrum, atau teknik antena-array. Karena saluran akustik bawah air adalah

kompleks, tidak dapat diwakili oleh tepat model simulasi. Secara umum,

saluran akustik bawah air adalah jenis lambat, waktu, bervariasi, kanal

multipath koheren. Selama jangka waktu yang koheren, dapat disederhanakan

dengan kanal multipath koheren yang menunjukkan hanya efek multipath.

Dalam makalah ini, akustik khas Model ray diadopsi untuk simulasi [4, 21].

3. KOMUNIKASI PROSEDUR Pada bagian ini, prinsip kerja dan struktur sistem komunikasi dijelaskan

secara rinci, termasuk metode penjinakan spread-spectrum, sistem FMHA, dan teknik menerima.3.1 FMHA Sistem

Dikendalikan oleh kode PN, frekuensi pembawa frekuensi-hopping

(FH) sistem hop terus menerus dan acak. Dibandingkan dengan DSSS,

teknik ini memiliki pemanfaatan yang tinggi dari pita frekuensi, dan

memecahkan masalah efek-dekat jauh. Ini adalah faktor penting dalam

sistem komunikasi akustik bawah air, terutama dalam situasi multiuser.

Gambar 2 mengilustrasikan kerangka sistem komunikasi frekuensi-

hopping. Pada pemancar, sinyal asli memodulasi pembawa yang

dihasilkan oleh synthesizer frekuensi, yang dikendalikan oleh kode PN.

Pada penerima, dalam rangka mencapai FH spektrum de-menyebar,

output dari synthesizer frekuensi harus identik dengan pemancar.

Dengan kata lain, sinkronisasi kode PN dalam dua bagian yang

diperlukan. Karena sinyal yang tidak diinginkan tidak akan selaras

dengan pola hopping, frekuensi tidak akan berkorelasi dengan output

dari synthesizer frekuensi penerima. Dengan demikian, sinyal tersebut

tidak mungkin untuk menciptakan gangguan dalam sistem FH.

Berdasarkan FH, kita mengadopsi FHA untuk mewujudkan simultan

komunikasi akustik bawah air antara beberapa pengguna. Dalam sistem

FMHA, bandwidth dibagi menjadi beberapa saluran. Frekuensi pembawa

akan melompat terus dengan berlalunya waktu, bukannya tetap untuk

satu channel. Pola hopping ditentukan oleh kode PN pengguna. Hopping

Acak frekuensi pembawa pengguna mengarah ke kemungkinan multiple

access lebih besar rentang frekuensi. Seperti FH, kode PN pada penerima

dan pemancar harus disinkronkan untuk setiap pengguna. Titik kunci

dalam sistem FMHA adalah bahwa kode PN pengguna harus saling

orthogonal, sehingga mereka tidak akan mempengaruhi satu sama lain.

3.2 Memperbaiki Komunikasi Spread-spectrum

Dikembangkan dari (DSSS) metode langsung-urutan spread-

spectrum, yang penyebaran-dijinakkan Metode spektrum telah banyak

digunakan dalam bidang komunikasi dalam beberapa tahun terakhir,

menawarkan keuntungan dari ketahanan terhadap gangguan, keamanan

yang tinggi, dan kapasitas besar. Tidak seperti DSSS, ini Teknik

mencapai spread spectrum dengan pengkodean (N, k). Data biner yang

terdiri dari k bit diungkapkan oleh urutan N-bit pseudo-noise (PN) code.

Penyebaran gain G = N / k lebih kecil dari DSSS, dan mungkin tidak

integer, yang sangat cocok untuk terbatas bandwidth komunikasi akustik

bawah air. Karena ada 2 k negara di k bit biner data, 2 urutan k kode PN

diperlukan. Ini berarti bahwa urutan ini harus memiliki autokorelasi baik

dan korelasi silang karakteristik. Dengan kata lain, 2 k urutan Kode PN

harus ortogonal. Gambar 3 menggambarkan model sistem komunikasi

spread-spectrum yang telah diperparbaiki. Sinyal setelah encoding dapat

dinyatakan sebagai

Gambar 4 menunjukkan kerangka penerima. Ada 2k jalan di mana

untuk mengeksekusi korelasi pengolahan untuk 2k urutan. Karena hanya

satu correlator berkorelasi dengan sinyal yang diterima di periode

tunggal dari kode PN, bit k data di jalan ini dapat dipulihkan jika output

dari correlator lebih tinggi dari ambang pintu, dan demodulasi dicapai.

Setelah pengolahan korelasi dalam lᶬ jalan, output dari korelasi

3.3 Teknik Penerimaan Sinyal MultipathDiversity adalah teknik untuk mengurangi pengaruh sinyal kabur

disebabkan oleh efek multipath.Dalam penelitian ini, karena penundaan

multipath besar dan penyebaran energi di bawah laut channel akustik,

keran otomatis disesuaikan penerima rake adalah pilihan yang lebih baik.

Tidak seperti keran tetap rake receiver, keterlambatan setiap correlator

di keran otomatis disesuaikan penerima rake adalah disesuaikan, dan

tergantung pada estimasi yang dibuat oleh modul multipath pencarian.

Kerja prinsip ketukan otomatis disesuaikan penerima rake diilustrasikan

pada Gambar 5 Dalam gambar ini, Output diberikan z(t)

Kombinasi rasio maksimum dipilih sebagai aturan kombinasi. Teknik

ini menggabungkan sinyal berdasarkan SNR dari setiap jalur. Bobot yang

lebih besar ditugaskan untuk jalan dengan SNR lebih besar. SNR dan

pengolahan gain Gᶬ dari penggabungan sinyal

3.4 Struktur dan Aliran Operasional Sistem Komunikasi

Kerangka sistem komunikasi diilustrasikan pada Gambar 6 Hal ini

terdiri dari beberapa kendaraan bawah air dan konsol di permukaan air.

Semua kendaraan bawah air dapat berkomunikasi dengan konsol secara

bersamaan.

Gambar 7 mengilustrasikan prinsip kerja sistem komunikasi. Pada

pemancar, yang data asli (urutan biner digital) pertama kali mengalami

perbaikan spektrum penyebaran, dan kemudian Modulasi 4FSK.

Selanjutnya, sinyal dicampur dengan serangkaian frekuensi lain yang

dihasilkan oleh frekuensi synthesizer, yang dikendalikan oleh kode PN.

Akhirnya, sinyal digital dikonversi menjadi sinyal akustik dan dipancarkan

ke saluran melalui transduser akustik bawah air. Dengan demikian,

penerima terdiri dari empat bagian: (1) penerima rake; (2) FH de-

menyebar (dengan fungsi sinkronisasi, dibahas dalam [22]); (3)

demodulator 4FSK; (4) dijinakkan de-menyebar. Berdasarkan

karakteristik saluran akustik bawah air dan sistem FH, 4FSK non deteksi

koheren diadopsi sebagai prosedur demodulation dalam penelitian ini.

4. HASIL SIMULASIPada bagian ini, parameter sistem komunikasi dirancang, dan komunikasi

kualitas dibahas berdasarkan hasil simulasi.

4.1 Desain dari ParameterDalam simulasi, Kecepatan bit dari urutan digital asli f0 = 650 bit/s.

Dengan keuntungan kemampuan dan kompleksitas sistem ke rekening,

kami menggunakan Reed-Solomon (RS) kode untuk mewujudkan spread

spectrum perbaikan. Parameter dari kode RS adalah (15, 5). Dalam

situasi ini, Faktor penyebaran adalah 3, dan bit rate setelah mencapai

spread spectrum perbaikan adalah fs = 1.95 kbit/s.

Dalam modulasi 4FSK input modulator salah satu dari empat

frekuensi setiap Tt = 1.026 ms. yang berarti modulator akan mengubah

frekuensi setelah transmisi dua bit. Untuk menghindari interferensi

antara saluran tetangga dalam sistem FMHA, interval frekuensi minimum

(8)

Dimana Fd adalah bandwidth dari sinyal. Dalam penelitian ini, interval

antara empat frekuensi 4FSK adalah ∆f=2/Tt = 1.95 KHz dan interval

antara frekuensi dari frekuensi synthesizer dalam komponen FH adalah

∆f= 4∆f = 7.8 KHz. Mengingat frekuensi bandwidth untuk komunikasi

akustik bawah air, kami menggunakan empat frekuensi dari frekuensi

synthesizer dikombinasikan dengan empat frekuensi dari 4FSK untuk

membentuk enam belas melompat frekuensi, tercantum dalam Tabel 1

Penyebaran faktor komponen FH adalah 16, dan total gain sistem ini 10lg

(3 × 16) = 16,8 dB.

Transmisi jarak dari pengguna ke konsol adalah 1 km, dengan asumsi

bahwa kecepatan suara adalah 1.460 m / s. Kami juga mengasumsikan

bahwa ada tiga jalur transmisi dalam komunikasi saluran: jalur langsung,

dan dua jalur refleksi. Penundaan transmisi dua jalur refleksi yang terdiri

0.096 dan 0.168 s. Kerugian transmisi tiga jalan yang terdiri 9,4, 10,7,

dan 11,7 dB.

4.2 Kajian BERBER adalah indeks penting untuk memperkirakan kinerja sistem

komunikasi. dalam praktek yang sebenarnya, karena adanya saluran dan

kebisingan yang dihasilkan oleh perangkat keras sendiri, selalu ada

kesalahan selama komunikasi. Yang terbaik yang bisa kita lakukan

adalah untuk mengurangi kesalahan ke titik bahwa mereka tidak

mengganggu komunikasi dasar, tergantung pada persyaratan.

Persyaratan BER sangat ketat (<10-6) dalam sistem untuk berkomunikasi

instruksi. Di sisi lain tangan, dalam sistem komunikasi suara dan gambar,

persyaratan BER kurang lebih (10-3-10-5). Hubungan antara BER dan SNR

sistem komunikasi yang dirancang dalam penelitian ini ditunjukkan pada

Gambar 8 The BER kurang dari 10-4 . ketika SNR adalah -14 dB. Tingkat

bit asli adalah 650 bsa, memungkinkan data dan suara sederhana

komunikasi menjadi ditransmisikan pada tingkat BER yang dapat

diterima dalam praktek.

Gambar 9 menunjukkan efek dari jumlah pengguna di Berthe BE

meningkat rata-rata dengan jumlah pengguna, karena gangguan antara

pengguna. Secara keseluruhan, bagaimanapun, gangguan ini sangat

rendah karena karakteristik korelasi yang baik dari kode PN.

5. KOMPUTER BERBASIS ACOUSTIC COMMUNICATIONS PLATFORMPada bagian ini, pengembangan platform komunikasi akustik berbasis

komputer dijelaskan, termasuk motivasi, perangkat keras dan perancangan

perangkat lunak, dan hasil eksperimen.

5.1 Skema Sistem Komunikasi akustik bawah air platform perangkat keras terpadu

diilustrasikan pada Gambar 10 pemancar termasuk sirkuit sinyal

menghasilkan, sirkuit pemrosesan sinyal, sirkuit perifer, sirkuit power

amplifier, dan transduser akustik (yang transduksi sinyal listrik menjadi

sinyal akustik ). Penerima terdiri dari hidrofon, saluran analog, rangkaian

konversi A / D, yang -processing sirkuit sinyal, dan unit display. Sinyal

akustik yang ditransduksi menjadi sinyal listrik melalui hidrofon tersebut.

Kesulitan yang melekat dalam bawah air eksperimen komunikasi

akustik terutama disebabkan oleh lingkungan maritim. Sebagai contoh,

jika kita ingin melakukan percobaan pada kedalaman laut ratusan meter

atau lebih, kendaraan bawah air yang diperlukan untuk membawa

peralatan, menambahkan baik biaya dan kekakuan dari kondisi

eksperimental. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, kami merancang

skema untuk melaksanakan eksperimen di laboratorium, menggunakan

kartu suara komputer dikombinasikan dengan kotak suara dan mikrofon

di tempat transduser akustik dan hydrophone. Fungsi transduser akustik

dan hydrophone adalah transduksi antara sinyal listrik dan sinyal akustik,

yang kombinasi kartu suara, kotak suara, dan mikrofon juga mampu

melakukan.

Berdasarkan karakteristik dari kartu suara, kami memperkenalkan

platform perangkat keras untuk sistem komunikasi akustik yang

ditunjukkan pada Gambar 11. pemancar, sensor suhu (misalnya)

digunakan untuk menghasilkan sinyal asli. Unit mikrokontroler (MCU)

maka dikonversi sinyal menjadi sinyal digital yang dapat diakui oleh

komputer pribadi (PC). PC yang dilakukan pemrosesan sinyal, termasuk

modulasi dan spektrum penyebaran, seperti dibahas dalam Bagian 3

Sinyal digital dikonversi menjadi sinyal analog oleh kartu suara, dan ini

akhirnya ditularkan melalui kotak suara sebagai sinyal akustik. Pada

penerima, sinyal akustik yang diterima oleh mikrofon dan diproses dalam

urutan yang berlawanan dari pemancar (tidak dijelaskan di sini secara

rinci).

5.2 Desain Perangkat KerasPerangkat keras terdiri dari lima bagian utama: sensor suhu

DS18B20, sebuah STC89C52 MCU, chip MAX232, menampilkan digital (4-

bit 7-segmen LED di pemancar / LCD digital di penerima), dan (kotak

suara komputer dan peripheral di pemancar / mikrofon di penerima).

Dalam penelitian ini, sensor suhu digunakan sebagai sumber data untuk

menghasilkan sinyal yang asli, untuk menghasilkan hasil yang jelas dan

intuitif. DS18B20 termometer digital yang disediakan 9 sampai 12-bit

(dikonfigurasi) pembacaan yang menunjukkan suhu perangkat. Informasi

dikirim ke / dari DS18B20 melalui antarmuka satu-kawat, sehingga hanya

satu kawat (dan tanah) diperlukan dari mikroprosesor pusat. Komponen

utama dari DS18B20 ditunjukkan pada Gambar 12.

Setelah mendapatkan data suhu melalui MCU, langkah berikutnya

adalah untuk memasukkan data ke PC. Komputer memiliki jumlah port

komunikasi, termasuk USB, RJ45, LPT, dan RS-232, RS-422, RS-485 port

serial. Mengingat baik data rate dan kenyamanan ke account, kami

menggunakan RS-232 sebagai port komunikasi antara MCU dan

komputer dalam percobaan. Karena tingkat port RS-232 tidak identik

dengan transistor-transistor logic (TTL) tingkat pelabuhan di MCU, chip

MAX232 digunakan untuk mengkonversi antara dua tingkat.

5.3 Desain Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini didasarkan terutama pada MATLAB. Dalam

platform eksperimental ini, digunakan untuk membaca data dari port

serial dan menulis data ke port serial, serta untuk mendorong kartu

suara untuk mengkonversi antara gelombang suara dan sinyal digital.

Antarmuka MATLAB port serial menyediakan akses langsung ke

perangkat periferal (seperti modem, printer, dan instrumen ilmiah) yang

terhubung ke port serial (termasuk RS-232, RS-422, dan RS-485, yang

semuanya didukung oleh MATLAB objek port serial.). Interface ini

didirikan melalui port objek serial. Objek port serial mendukung fungsi

dan sifat yang memungkinkan konfigurasi port serial komunikasi,

penggunaan seri kontrol pin pelabuhan, menulis dan membaca data,

penggunaan peristiwa dan, saat menyimpan informasi pada disk.

Langkah-langkah berikut diperlukan untuk data port RS-232 komunikasi

dengan MATLAB :

(1) Membuat serial port

(2) Menghubungkan ke perangkat

(3) Memprogram dan membaca data

(4) Disconnect dan clean up

MATLAB memiliki fungsi yang kuat untuk pemrosesan sinyal. Untuk

menangani sinyal audio, berikut dua langkah harus dilakukan:

(1) Input atau output sinyal audio melalui "gelombang" fungsi

(2) Karena sinyal audio tidak dapat diproses langsung oleh MATLAB,

fungsi pemetaan diperlukan. Sebagai contoh, Sintaks: [y, fs, nbits] =

wavread ('Blip', [N1 N2]) digunakan untuk membaca informasi audio,

dimana nilai sampel disimpan dalam y, fs adalah frekuensi sampling,

bit menunjukkan bit sampling, saat [N1 N2] adalah jangkauan sinyal.

y kemudian merupakan sinyal yang dapat diproses oleh MATLAB.

5.4 Alur Sinyal transmisi Melalui Sistem

Sebuah diagram alir dari sinyal yang ditransmisikan melalui sistem

ditunjukkan pada Gambar 13 Fungsi masing-masing komponen telah

dibahas di atas. Pemrosesan sinyal, termasuk modulasi dan spektrum

penyebaran, saat demodulasi dan spektrum de-menyebarkan dicapai

melalui MATLAB di pemancar dan penerima.

5.5 Hasil PercobaanDalam percobaan, pengguna dua secara bersamaan mengirim

pesan ke penerima. Jarak antara dua kotak suara dan mikrofon adalah 7

m. Penelitian dilakukan di sebuah m laboratorium 8 × 10 dengan

reflektor untuk menciptakan interferensi multipath. Karena rentang

frekuensi yang bisa diakui oleh kotak suara dan mikrofon hanya 20 Hz -

20 kHz, data rate dikurangi menjadi 250 b / s, dan dengan demikian, pita

frekuensi adalah 4-17,65 kHz. waktu penundaan sistem komunikasi

terutama tergantung pada jarak transmisi. Dengan kata lain, waktu

tunda harus kira-kira 1000/1460 = 0,685 s di akustik bawah air channel.

Namun, dalam saluran udara yang digunakan dalam percobaan, waktu

tunda sekitar 7/340 = 0,02 s. Oleh karena itu, penundaan waktu

tambahan 0.665 s ditambahkan di penerima. Sistem lengkap untuk

percobaan komunikasi akustik ditunjukkan pada Gambar 14 Gambar 15

menunjukkan hubungan antara BER dan SNR di FMHA sistem komunikasi

akustik. Dalam gambar ini, kurva merah merupakan hasil simulasi dan

Kurva biru merupakan hasil eksperimen. Angka tersebut menunjukkan

bahwa minimum

Nilai BER eksperimental adalah 8.33 x 10-4 . Hal ini jelas bahwa BER

yang dihasilkan oleh perangkat keras platform sistem tidak sebagus BER

diprediksi oleh simulasi karena gangguan dari perangkat keras dan

saluran.

Gambar 16 menunjukkan hasil percobaan komunikasi antara dua

pengguna. Kedua pemancar dipisahkan dan masing-masing suhu

ditampilkan dalam satu LED. Pada penerima, dua suhu ditampilkan

dalam satu LCD digital. Hasil percobaan menunjukkan bahwa suhu

berhasil dikirim ke penerima.

Untuk menampilkan hasil jelas, kurva suhu waktu diplot untuk

kedua pemancar dan penerima, dan ditampilkan pada Gambar 17 Dalam

gambar, sumbu X adalah waktu dan sumbu Y adalah suhu. Dua kurva

yang hampir sama, yang menunjukkan bahwa kualitas sistem komunikasi

akustik ini adalah baik. Meskipun BER dari sistem platform perangkat

keras lebih rendah daripada yang dari sistem yang disimulasikan,

mengingat kondisi eksperimental dan tingkat transmisi, itu dapat

diterima.

6. KESIMPULAN DAN KERJA KE DEPAN

Makalah ini memperkenalkan sistem komunikasi akustik bawah air untuk

beberapa underwater kendaraan, berdasarkan FHMA dan perbaikan

komunikasi spread-spectrum. Ditujukan pada trade-off antara kecepatan

data dan bandwidth frekuensi yang terbatas, sistem ini dipertahankan handal

komunikasi sambil memberikan tingkat data meningkat. Hasil simulasi

menunjukkan bahwa ini Sistem diaktifkan komunikasi simultan antara

beberapa kendaraan bawah air, dan bahwa jumlah pengguna tak banyak

berpengaruh pada BER. Karena percobaan yang diperlukan tidak mudah

dilakukan di laut, sebuah platform komunikasi akustik berbasis komputer

dikembangkan. Kartu suara, dikombinasikan dengan kotak suara dan

mikrofon, digunakan untuk transduce energi untuk komunikasi akustik di

udara, menggantikan transduser akustik dan hidrofon dipekerjakan di laut.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa sinyal dari pemancar bisa

dikomunikasikan setia ke penerima, menunjukkan bahwa kualitas sistem

yang baik. The

teori dan hasil yang disajikan dalam makalah ini akan memberikan nilai

acuan untuk penelitian tentang komunikasi akustik bawah air.

Meskipun kami telah berhasil melakukan percobaan komunikasi akustik

di laboratorium, percobaan lapangan di laut akan diperlukan, karena saluran

udara berbeda dari saluran akustik bawah air, terlepas dari prosedur

simulasi. Juga, jika kita ingin mengirimkan sinyal video, tingkat transmisi

harus ditingkatkan lebih lanjut. memastikan komunikasi kehandalan ketika

kecepatan bit asli naik juga merupakan masalah penting dalam akustik

bawah air sistem komunikasi, dan jasa-jasa penelitian lebih lanjut.