Was sind die Gedanken zur besten Modulation für die akustische Unterwasserkommunikation bei niedrigen Frequenzen?

Ich wollte den DSP-Hivemind anpingen, um allgemeine Gedanken darüber zu erhalten, welcher Modulationstyp für die Niederfrequenz-Unterwasserkommunikation am besten geeignet ist. Ich habe dieses Projekt gewählt, da ich viel daraus lernen kann.

Ein Kontext:

• Niedrige Frequenz wie bei <500 Hz (offensichtlich sowohl für Träger- als auch für modulierte Daten)
• BPS von beispielsweise 200 Hz wäre gut.
• Wird sicherlich Multipath haben.
• Frequenzen können durch Doppler um einen Maximalfaktor von etwa 0,3% der ursprünglichen Frequenz verschmiert werden.

Was ich bisher gefunden habe:

• Ich habe über OFDM nachgedacht, aber ich habe gelernt, dass die Kanalschätzung zwar viel einfacher ist, aber viel empfindlicher auf Doppler-Effekte reagiert.
• Ich habe auch über Chirp-Modulation nachgedacht. Hat jemand jemals so etwas gemacht?

Was sind deine Gedanken?

Bearbeiten: Ich habe einige meiner Meinung nach "Worst-Case" -Szenarien des (Multipath-Kanals für bps = 200 Hz) angehängt. Der Kanal ist in Bezug auf die Anzahl der Bits im Zeitbereich angegeben, sodass Sie leichter sehen können, wie viele Bits vergehen, bevor die nächste Reflexion eintrifft.

Fall 1: Fall 2: Fall 3: Fall 4:

Anmerkungen:

• Wie wir sehen können, habe ich fast immer einen zweiten Pfad von fast gleicher Größe, aber entgegengesetzter Phase, der bereit ist, ihn an meinem Hauptpfad festzuhalten.
• Für ein Paket mit 1000 Bit bei 200 Bit / s (5 Sekunden) könnte sich der Kanal vermutlich erheblich ändern ... aber gleichzeitig haben wir die vollständige Kontrolle über die Paketlänge und den Inhalt.
• Wir können annehmen, dass Frequenzversätze aufgrund von Doppler relativ "gut benommen" sind, dh keine plötzlichen "Rucke". Frequenzversätze aufgrund von Trägerfehlanpassungen können ebenfalls als gut verhalten angesehen werden.

Das ist eine böse Signalumgebung. Ich würde ein wenig DSP-Judo machen und den Mehrweg für Sie arbeiten lassen, indem ich einen Rake-Empfänger verwende , der die Mehrwegesignale dazu bringen sollte, Ihr SNR zu erhöhen, anstatt es zu verringern.

Rechenempfänger wurden (soweit ich weiß) nur in CDMA-Systemen verwendet, aber das liegt nicht daran, dass sie nur in CDMA-Systemen verwendet werden können. Das Problem ist die Symbolperiode. Das folgende Zitat stammt aus einem Artikel über Rechenempfänger:

Der RAKE-Empfänger versucht, die zeitversetzten Versionen des ursprünglichen Signals zu erfassen, indem für jedes der Mehrwegesignale ein separater Korrelationsempfänger bereitgestellt wird. Dies kann erfolgen, weil Mehrwegekomponenten praktisch nicht miteinander korreliert sind, wenn ihre relative Ausbreitungsverzögerung eine Chipperiode überschreitet.

Der Grund, warum sie in CDMA-Systemen und nicht beispielsweise in GSM verwendet wurden, war, dass die Chipgeschwindigkeit so viel schneller war und daher die Mehrwegesignale nicht in demselben Chip / Symbol ankommen würden. Dies galt nicht für GSM und andere "Schmalbandsignale". Obwohl Ihre Bitrate sehr niedrig ist, scheinen die Mehrwegesignale immer noch Verzögerungen von mehr als einem Symbol zu haben, sodass diese Einschränkung kein Problem darstellen sollte.

Das andere Problem ist das Erkennen des Mehrweges. Ich denke, dies könnte mit bekannten Datensequenzen wie einer Präambel erreicht werden, aber ich gebe zu, dass ich kein Experte für Rechenempfänger bin.

Wenn der Rake-Empfänger nicht funktioniert, können Sie dennoch einen langen Equalizer verwenden, um den Mehrweg zu verarbeiten.

In Bezug auf die anderen Elemente des Systems würde ich, wenn es keine Rückmeldung gibt, ein QPSK-Signal mit FEC (wahrscheinlich Turbocodes) senden . Wenn Sie Feedback haben, würde ich das Gleiche tun, aber auch den Modulationstyp dynamisch von QPSK auf 16-QAM oder so ändern, je nachdem, wie gut das Signal durchkommt.

EDIT: Nachdem ich ein wenig darüber nachgedacht hatte, wurde mir klar, warum Rechenempfänger und CDMA-Systeme Hand in Hand gehen. Das Problem ist, dass selbst wenn Sie ein Mehrwegesignal erkennen, es Ihnen nicht viel nützt, es sei denn, es hat ein positives SINR . Per Definition kann höchstens ein Mehrwegesignal ein positives SINR haben, da sie bei allen anderen Mehrwegesignalen am stärksten überwältigt werden.

Hier kommt die Entspreizung ins Spiel. Sobald das Mehrwegesignal entspreizt ist, hat es ein positives SINR, vorausgesetzt, der Spreizfaktor ist groß genug, um das anfängliche negative SINR zu überwinden. Angesichts dessen denke ich, dass die richtige Lösung darin besteht, die 500-Hz-Grenze zu lockern, einen ziemlich großen Spreizfaktor und einen Rake-Empfänger zu verwenden, um die verschiedenen Mehrwegesignale zu kombinieren.