روشی نوین برای مخابره‌ی داده در کانال‌ آب‌های کم‌عمق بر پایه بانک فیلتر چند حاملی آفست‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 معاونت آموزشی و پژوهشی دانشگاه تخصصی فناوری های نوین آمل، ایران.

2 دانشگاه تخصصی فناوری های نوین آمل، ایران

3 دانشگاه فناوری های نوین آمل، ایران.

4 ریاست پژوهشکده فناوری دفاعی شمال، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده

در کانال‌‌‌های صوتی زیر آب، به علت محدودیت پهنای باند، گسترش تأخیر طولانی ناشی از سرعت کم انتشار امـواج صوتی، و نیز به علت تغییرات شدید زمانی، ایجاد یک ارتباط پایدار و کارآمد همواره با موانع همراه بـوده اسـت. از این رو استفاده از سیستم‌های چند حاملی چند ورودی-چند خروجی چند حاملی متعامد مرسوم بوده، اما چالش آنجاست که به دلیل استفاده از پیشوند چرخشی با طول زیاد برای کانال‌‌های زیر آب، بهره عرض باند و نرخ ارسال داده به شدت کاهش می‌یابد. راهکار پیشنهادی در این مقاله، استفاده از سیستم‌های چند حاملی مبتنی بر بانک فیلتر آفست‌دار است. با بکارگیری این سیستم‌ها به دلیل عدم استفاده از پیشوند چرخشی دیگر مشکلات سیستم تقسیم فرکانسی متعامد را نخواهد داشت و بنابراین شاهد افزایش بهره و افزایش نرخ ارسال در نوع چند ورودی-چند خروجی آن خواهد شد. در این مقاله برای اولین بار از فیلتر شکل دهنده پالس هرمیت استفاده شده است، که دارای دقت و توان عملیاتی بیشتر نسبت به سایر فیلترها می‌باشد. همچنین به جهت حذف تداخل مخرب از برابر‌ساز حداقل میانگین مربعات خطا استفاده گردیده است. نتایج شبیه‌سازی عملکرد مطلوب سیستم مخابره‌ی پیشنهادی زیرسطحی را در آب‌های کم عمق نشان می‌دهد. خروجی شبیه‌سازی‌ها و تحلیل‌های عددی گواه این بوده است که در میزان برابر نرخ خطا، سیستم پیشنهادی میزان 15% نرخ ارسال و دریافت بیشتری را داراست که در شرایط پیچیده زیر آب، دستاورد ارزنده‌ای است.

کلیدواژه‌ها

Smiley face

مراجع

  • Farr, A. Bowen, J. Ware, C. Pontbriand, and M. Tivey, "An integrated, underwater optical/acoustic communications system," in OCEANS'10 IEEE SYDNEY, 2010: IEEE, pp. 1-6.
  • "Evaluation of the performance of multi-port telecommunication systems based on the filter bank," Ministry of Science, Research and Technology - Isfahan University of Technology - Faculty of Electrical and Computer Engineering, 2011. [Online].
  • Stojanovic and L. Freitag, "Multiuser undersea acoustic communications in the presence of multipath propagation," in MTS/IEEE Oceans 2001. An Ocean Odyssey. Conference Proceedings (IEEE Cat. No. 01CH37295), 2001, vol. 4: IEEE, pp. 2165-2169.
  • Barua, Y. Rong, S. Nordholm, and P. Chen, "Adaptive modulation for underwater acoustic OFDM communication," in OCEANS 2019-Marseille, 2019: IEEE, pp. 1-5.
  • Bellanger and J. Daguet, "TDM-FDM transmultiplexer: Digital polyphase and FFT," IEEE Transactions on Communications, vol. 22, no. 9, pp. 1199-1205, 1974.
  • Siclet and P. Siohan, "Design of BFDM/OQAM systems based on biorthogonal modulated filter banks," in Globecom'00-IEEE. Global Telecommunications Conference. Conference Record (Cat. No. 00CH37137), 2000, vol. 2: IEEE, pp. 701-705.
  • Siohan, C. Siclet, and N. Lacaille, "Analysis and design of OFDM/OQAM systems based on filterbank theory," IEEE transactions on signal processing, vol. 50, no. 5, pp. 1170-1183, 2002.
  • J. Bocus, D. Agrafiotis, and A. Doufexi, "Underwater acoustic video transmission using MIMO-FBMC," in 2018 OCEANS-MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO), 2018: IEEE, pp. 1-6.
  • Amini, R.-R. Chen, and B. Farhang-Boroujeny, "Filterbank multicarrier communications for underwater acoustic channels," IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 40, no. 1, pp. 115-130, 2014.
  • B. Aik, Q. S. Sen, and Z. Nan, "Characterization of multipath acoustic channels in very shallow waters for communications," in OCEANS 2006-Asia Pacific, 2006: IEEE, pp. 1-8.
  • A. Van Walree, T. Jenserud, and M. Smedsrud, "A discrete-time channel simulator driven by measured scattering functions," IEEE journal on selected areas in communications, vol. 26, no. 9, pp. 1628-1637, 2008.
  • A. Van Walree, T. Jenserud, and M. J. I. j. o. s. a. i. c. Smedsrud, "A discrete-time channel simulator driven by measured scattering functions," vol. 26, no. 9, pp. 1628-1637, 2008.

 

 

 

  • Stojanovic, "Performance analysis of filtered multitone modulation systems for underwater communication," in OCEANS 2009, 2009: IEEE, pp. 1-9.
  • J. I. s. p. m. Farhang-Boroujeny, "OFDM versus filter bank multicarrier," vol. 28, no. 3, pp. 92-112, 2011.
  • Zhu, B. Wang, Y. Zhang, J. Li, and C. J. A. A. Wu, "Convolutional neural network based filter bank multicarrier system for underwater acoustic communications," vol. 177, p. 107920, 2021.
  • Amini, C. H. Yuen, R.-R. Chen, and B. Farhang-Boroujeny, "Isotropic filter design for MIMO filter bank multicarrier communications," in 2010 IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop, 2010: IEEE, pp. 89-92.
  • Kozek and A. F. J. I. J. o. s. a. i. c. Molisch, "Nonorthogonal pulseshapes for multicarrier communications in doubly dispersive channels," vol. 16, no. 8, pp. 1579-1589, 1998.
  • Trigui, M. Siala, S. Affes, A. Stephenne, and H. Boujemaa, "Optimum pulse shaping for OFDM/BFDM systems operating in time varying multi-path channels," in IEEE GLOBECOM 2007-IEEE Global Telecommunications Conference, 2007: IEEE, pp. 3817-3821.
  • Jung and G. J. I. T. o. C. Wunder, "The WSSUS pulse design problem in multicarrier transmission," vol. 55, no. 10, pp. 1918-1928, 2007.
  • Sahin, I. Guvenc, H. J. I. c. s. Arslan, and tutorials, "A survey on multicarrier communications: Prototype filters, lattice structures, and implementation aspects," vol. 16, no. 3, pp. 1312-1338, 2013.
  • Farhang-Boroujeny and C. Schlegel, "Efficient multicarrier realization of full-rate space-time orthogonal block coded systems," in IEEE International Conference on Communications, 2003. ICC'03., 2003, vol. 4: IEEE, pp. 2267-2271.
  • Linton, P. Conder, and M. Faulkner, "Multiuser communications for underwater acoustic networks using MIMO-OFDM-IDMA," in 2008 2nd International Conference on Signal Processing and Communication Systems, 2008: IEEE, pp. 1-8.
  • Farhang-Boroujeny, "OFDM versus filter bank multicarrier," IEEE signal processing magazine, vol. 28, no. 3, pp. 92-112, 2011.
  • Li et al., "MIMO-OFDM for high-rate underwater acoustic communications," vol. 34, no. 4, pp. 634-644, 2009.
  • Nissel, S. Schwarz, and M. Rupp, "Filter bank multicarrier modulation schemes for future mobile communications," IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 35, no. 8, pp. 1768-1782, 2017.
پدافند الکترونیکی و سایبری
دوره 11، شماره 3 - شماره پیاپی 43
شماره پیاپی 43، فصلنامه پاییز
آبان 1402
صفحه 25-34

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 06 اسفند 1401
  • تاریخ بازنگری: 26 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 16 مرداد 1402
  • تاریخ انتشار: 06 مهر 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار