استفاده از رمزگذاری توربو برای بهبود عملکرد سامانه‌های مخابراتی زیرسطحی بر پایه مدولاسیون تطبیقی OFDM

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران

2 دانشیاردانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری‌های نوین آمل، آمل، ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه تخصصی فناوری های نوین آمل، آمل، ایران

4 استادیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

مهم‌ترین محدودیت برای سامانه‌های مخابراتی بی‌سیم زیر سطح آب، خاصیت چندمسیرگی، محوشدگی، تضعیف و تداخلات گسترده در کانال زیرسطحی است. در اینگونه کانال‌ها به‌دلیل نوسانات شدید در نسبت سیگنال به نویز، ارسال و دریافت در حالت مدولاسیون ثابت دارای عملکرد مطلوب نیست. به همین دلیل، در این مقاله برای اولین بار استفاده از رمزگذاری توربو برای رمزگذاری یک سامانه مدولاسیون تطبیقی مبتنی بر مالتی‌پلکس تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) معرفی شده است که موجب کاهش خطای مخابره و همچنین دست‌یابی به‌کارآیی بالا می‌گردد. در مدل سامانه پیشنهادی، با انتخاب پارامترهای مناسب برای ارتباط در محیط صوتی زیر سطح آب و همچنین انتخاب حالت‌های مدولاسیون مناسب، یک سامانه بهینه حاصل گردید که نرخ خطای بیت را نسبت به سایر سامانه‌هایی که تاکنون برای ارتباطات صوتی زیر سطح آب معرفی شده است، به مقدار 16 درصد کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Smiley face

مراجع

  1.  Fang, T.; Liu, S.; Ma, L.; Zhang, L.; Khan, I. U. “Subcarrier Modulation Identification of Underwater Acoustic OFDM Based on Block Expectation Maximization And Likelihood”; Appl. Acoust. 2021, 173, 107654-107661.
  2. Kilfoyle, D. B.; Baggeroer, A. B. “The State of the Art in Underwater Acoustic Telemetry”; IEEE J. Ocean. Eng. 2000, 25(1), 4-27.‏
  3.  Baggeroer, A. B.; Koelsch, D. E.; Von Der Heydt, K.; Catipovic, J. “DATS - A Digital Acoustic Telemetry System for Underwater Communications”; IEEE Oceans 81, 1981, 55-60.‏
  4. Mackelburg, G.; Watson, S.; Gordon, A. “Benthic 4800 BITS/S Acoustic Telemetry”; IEEE Oceans 1981, 81, 72-72.‏
  5.  Stojanovic, M.; Catipovic, J. A.; Proakis, J. G. “Phase-Coherent Digital Communications for Underwater Acoustic Channels”; IEEE J. Ocean. Eng. 1994, 19, 100-111.‏
  6.  Stojanovic, M. “OFDM for Underwater Acoustic Communications: Adaptive Synchronization and Sparse Channel Estimation”; IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 2008, 5288-5291.
  7.  Ribas Oliva, J. “Underwater Wireless Video Transmission using Acoustic OFDM”; Graduation Thesis, 2009.
  8. Shen, W.; Sun, H.; Cheng, E.; Zhang, Y. “Performance Analysis of DFT-Spread Based OFDM Transmission System Over Underwater Acoustic Channels”; J. Converg. Inf. Technol. 2011, 6, 79-86.‏
  9. Gomathi, R.; Manickam, J. M. L. “PAPR Reduction Technique Using Combined DCT and LDPC Based OFDM System for Underwater Acoustic Communication”; J. Eng. Appl. Sci. 2016, 11, 4424-4430.‏
  10. Radosevic, A.; Ahmed, R.; Duman, T. M.; Proakis, J. G.; Stojanovic, M. “Adaptive OFDM Modulation for Underwater Acoustic Communications: Design Considerations and Experimental Results”; IEEE J. Ocean. Eng. 2013, 39, 357-370.‏
  11. Zhou, Y.; Tong, F. “Research and Development of a Highly Reconfigurable OFDM MODEM For Shallow Water Acoustic Communication”; IEEE Access. 2019, 7, 123569-123582.‏
  12. Yang, Y.; Li, Y. “Research and Implementation of Turbo Coding Technology in High-Speed Underwater Acoustic OFDM Communication”; J. Robot. 2022, 2022.
  13. Wan, L.; Zhu, J.; Cheng, E.; Xu, Z. “Joint CFO, Gridless Channel Estimation and Data Detection for Underwater Acoustic OFDM Systems”; IEEE J. Ocean. Eng. 2022, 1-16.
  14. Zhou, S.; Wang, Z. “OFDM for Underwater Acoustic Communications”; John Wiley & Sons, 2014.‏
  15. Danaee, M. M.; Nadri, H. “Channel Estimation in HF Encryptor Modem Based on OFDM”; Passive Defence Sci. & Technol. 2011, 2, 307-314 (In Persian).
  16. Shi, X. L.; Yang, Y. X.; Yang, L. “An OFDM System for Long-Range Underwater Acoustic Communications”; Appl. Mech. Mater. 2013, 321, 1274-1277.
  17. “IEEE 802.11a-1999 - IEEE Standard for Telecommunications and Information Exchange between Systems - LAN/MAN Specific Requirements - Part 11: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High Speed Physical Layer in the 5GHz Band”; Available on https://standards.ieee.org/standard/802_11a-1999.html.
  18. Stojanovic, M.; Preisig, J. “Underwater Acoustic Communication Channels: Propagation Models and Statistical Characterization”; IEEE Commun. Mag. 2009, 47, 84-89.‏
  19. ‏Li, B.; Zhou, S.; Stojanovic, M.; Freitag, L.; Willett, P. “Multicarrier Communication over Underwater Acoustic Channels with Nonuniform Doppler Shifts”; IEEE. J. Ocean. Eng. 2008, 33, 198-209.‏
  20. Shannon, C. E. “A Mathematical Theory of Communication”; AT&T Tech. J. 1948, 27, 379-423.‏
  21. Berrou, C.; Glavieux, A.; Thitimajshima, P. “Near Shannon Limit Error-Correcting Coding and Decoding: Turbo-Codes. 1”; IEEE Int. Conf. Commun. 1993, 2, 1064-1070.
  22. De Gaudenzi, R.; Fabregas, A. G.; Martinez, A. “Performance Analysis of Turbo-Coded APSK Modulations over Nonlinear Satellite Channels”; IEEE Trans. Wirel. Commun. 2006, 5, 2396-2407.
  23. Wan, L.; Zhou, H.; Xu, X.; Huang, Y.; Zhou, S.; Shi, Z.; Cui, J. H. “Adaptive Modulation and Coding for Underwater Acoustic OFDM”; IEEE J. Ocean. Eng. 2014, 40, 327-336.‏
  24. Faezah, J.; Sabira, K. “Adaptive Modulation for OFDM Systems”; Int. J. Commun. Netw. Inf. Secur. 2009, 1, 1-8.
  25. Chaves, R. S.; Martins, W. A.; Diniz, P. S. “Modeling and Simulation of Underwater Acoustic Communication Systems”; XXXV Brazilian Communications and Signal Processing Symposium, 2017, 607-611.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 04 مرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 27 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 11 آبان 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار