Emissor-recetor acústico definido por software para comunicações subaquáticas

Abstract

Esta dissertação concerne o estudo e a conceção de um emissor / recetor acústico definido por software para comunicações acústicas subaquáticas. O trabalho incidiu no design e na implementação de um esquema de emissão e receção usando técnicas de Software Defined Radio (SDR). As comunicações acústicas subaquáticas têm vindo a tornar-se indispensáveis, uma vez que são uma solução para os atuais cabos submarinos, reduzindo assim os custos de implementação e manutenção, principalmente em zonas mais remotas e de difícil acesso, nas quais a instalação de uma rede fixa cablada se torna bastante complicada e dispendiosa. Por outro lado, a exploração de áreas submarinas tem vindo a crescer e com isto tem-se verificado uma crescente necessidade de existir outras formas de comunicação subaquática que sejam rápidas e eficazes. Nesta dissertação antes de mais realizou-se uma revisão da literatura e uma análise às aplicações já existentes, de forma a entender os seus pontos fortes, fracos e técnicas de transmissão utilizadas. De seguida desenvolveu-se um emissor / recetor acústico definido por software fazendo uso da ferramenta GNU Radio. Inicialmente foram avaliados os emissores e recetores através de simulações em canal AWGN, Fading Model e Selective Fading Model considerando modulações GFSK, GMSK, MQAM e DBPSK. Após estas simulações passou-se para os esquemas reais, onde emissores e recetores, fazendo uso das mesmas modulações, utilizavam o ar como canal de comunicação fazendo trocas de mensagens e ficheiros! Os dados resultantes desta tese visaram assim, demonstrar em que condições é possível a comunicação acústica avaliando as modulações mais adequadas que permitam a implementação de emissores e recetores de baixa complexidade.

This dissertation studies the design of a transmitter / receiver acoustic scheme based on software defined radio tools for underwater communications. The work will focus on the implementation and design of a software that allows underwater communications, using the Software Defined Radio (SDR). Underwater acoustic communications have become important since they can be an alternative to submarine cables, reducing implementation and maintenance costs, especially in more remote areas with difficult access, where the installation of a wired fixed network becomes quite complicated and expensive. On the other hand, exploitation of undersea areas has been increasing and thus there has been a growing need for other forms of underwater communication that can be fast and reliable. On this dissertation primarily carried out a literature review and an analysis of the existing applications in order to understand their strengths, weaknesses and modulations. Next have been developed a transmitter / receiver sound defined by software by using GNU Radio tool. Initially evaluated the senders and receivers through simulations AWGN channel, Fading Model and Selective Fading Model considering the modulation GFSK, GMSK, MQAM and DBPSK. After these simulations was passed to the actual schemes, where transmitters and receivers making use of the same modulations used the air as a communication channel, exchanging messages and files that way. The results obtained from this thesis aimed thus demonstrate under what conditions acoustic communication are possible to assess the most appropriate modulations that allow the implementation of emitters and low complexity receivers.