Signal processing for acoustic communications in underwater channels using quadrature amplitude modulation

Marinen behöver utveckla nya kommunikationslänkar under vattnet för anpassning av undervattenssystemen till ett nätverksbaserat försvar. Det är viktigt att ubåtar, fartyg och obemannade farkoster får samband som gör dem tillgängliga för kommunikation under operativa förhållanden. Flera metoder som exempelvis akustik, elektromagnetik och laser är tänkbara. Av dessa betraktar vi akustisk undervattenskommunikation som den generellt sett mest användbara. Vi argumenterar för att vi behöver akustiska kommunikationssystem som klarar datatakter av storleksordningen kbits · s-1 på avstånd över tiotals km. För detta ändamål utvecklar vi signalbehandlingsalgoritmer som utnyttjar bandbreddseffektiva modulationsmetoder av typen M-QAM, dvs. "quadrature amplitude modulation" med M symboler i symbolalfabetet. Flervägsutbredningen i kanalen distorderar den utsända signalen kraftigt, vilket leder till intersymbolinterferens (ISI). Denna kan omfatta tiotals, upp till hundratals symboler, och omöjliggör en direkt avkodning av meddelandet. För att minska ISI, dvs. reducera inverkan av flervägsutbredningen, utvecklar vi en adaptiv, beslutsåterkopplad utjämnaralgoritm och kopplar dess optimering till symbolsynkronisering och kompensering för Dopplereffekten. Detta arbete pågår och fler resultat kommer att avrapporteras vid ett senare tillfälle. Här ger vi preliminära resultat från simuleringar och analyser av exprimentella data. Vi har sänt 4-QAM öster om Gotland med datatakter upp till 8000 bits · s-1 på 14 km avstånd och avkodat dem med hjälp av utjämnaralgoritmerna utan fel. Ingen kanalkodning användes vilket lämnar utrymme för förbättringar.