jurnal translate
Post on 03-Feb-2016
58 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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.
top related