Đồ Án Nghiên cứu đặc tính kênh truyền và đánh giá ảnh hưởng của nhiễu trong hệ thống thông tin dưới nước

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii
ABSTRACT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xi
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI. 1
Ý tưởng đề tài 1
Xác định phạm vi ứng dụng của đề tài 2
Mục tiêu của đề tài 2
Bố cục đề tài 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DƯỚI NƯỚC 3
1.1 Vai trò của hệ thống thông tin dưới nước. 3
1.2 Loại sóng sử dụng trong thông tin dưới nước. 4
1.2.1 Vận tốc của sóng âm dưới nước. 4
1.2.2 Sóng âm 7
1.3 Những thông số ảnh hướng tới kênh thông tin dưới nước. 7
1.4 Kết luận. 9
CHƯƠNG 2. KÊNH TRUYỀN DƯỚI NƯỚC 10
2.1 Suy hao trong môi trường dưới nước. 10
2.1.1 Suy hao trải hình học. 11
2.1.2 Suy hao do hấp thụ. 13
2.1.3 Sự suy giảm âm thanh trong chất lắng cặn. 20
2.1.4 Hệ số phản xạ và hệ số truyền. 21
2.1.5 Hệ số phản xạ, khúc xạ khi có hấp thụ trong môi trường truyền dẫn. 23
2.1.6 Tán xạ bề mặt và tán xạ đáy. 25
2.2 Nhiễu môi trường. 25
2.3 Đánh giả tỉ số SNR- Tần số tối ưu. 28
2.4 Đánh giá băng thông, tỉ số C/B 29
2.5 Lan truyền sóng âm trong môi trường nước. 33
2.5.1 Phương trình sóng của quá trình truyền sóng âm 33
2.5.2 Phương trình Helmholtz. 36
2.5.3 Lan truyền sóng trong ống dẫn sóng đồng nhất 37
2.5.4 Tính đa đường trong lan truyền sóng âm. 38
2.5.5 Phương pháp ảnh gương. 39
2.5.6 Góc hợp bởi tia tới và mặt phản xạ. 42
2.6 Hiệu ứng Doppler. 42
2.7 Kết luận. 44
CHƯƠNG 3. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ 45
3.1 Kỹ thuật điều chế số. 45
3.1.1 ASK 45
3.1.2 FSK 47
3.1.3 PSK 49
3.2 Điều chế QPSK 51
3.3 Kết luận. 54
CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 55
4.1 Mô tả hệ thống dùng trong mô phỏng: 55
4.1.1 Bộ phát 56
4.1.2 Kênh truyền. 59
4.1.3 Bộ thu. 60
4.2 Kết quả Mô phỏng. 67
4.2.1 Phỏng tạo nhiễu màu. 67
4.2.2 Tính chất đa đường của tín hiệu tới 68
4.2.3 Đặc tuyến BER 72
4.3 Hướng phát triển trong tương lai 76
KẾT LUẬN 78
THAM KHẢO 79
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ ANH VIỆT 80



DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Hệ thống thông tin dưới nước sử dụng sóng âm 3
Hình 1.3 Sự phụ thuộc của vận tốc sóng âm vào nhiệt độ và độ sâu (S=35ppt). 5
Hình 1.4 Tốc độ âm thanh phụ thuộc vào nhiệt độ và độ sâu (S=33ppt). 6
Hình 1.5 Sự phụ thuộc của tốc độ âm thanh vào độ mặn của nước. 6
Hình 1.2 Lan truyền sóng âm trong môi trường vật chất [1]. 7
Hình 1.6 Sự phụ thuộc của nhiệt độ theo độ sâu của nước biển [2]. 8
Hình 1.7 Sự thay đổi của độ mặn theo độ sâu ( Biển Atlantic) [2]. 9
Hình 2.1 Hệ số hấp thụ [​IMG] trong môi trường nước [3]. 11
Hình 2.2 Suy hao theo phân bố cầu ở vùng nước sâu [4]. 12
Hình 2.3 Suy hao theo phân bố trụ trong môi trường nước nông [4]. 13
Hình 2.4 Hệ số hấp thụ theo công thức Thorp. 15
Hình 2.5 Hệ số suy giảm theo tần số (công thức Francois và Garrison). 17
Hình 2.6 Hệ số suy giảm thay đổi theo độ mặn và nhiệt độ (T=20[SUP]0[/SUP]C) - công thức Francois và Garrison 18
Hình 2.7 Hệ số suy hao thay đổi theo độ mặn và nhiệt độ (T=30[SUP]0[/SUP]C) - công thức Francois và Garrison 19
Hình 2.8 Hệ số suy hao theo các mô hình khác nhau. (T=4[SUP]o[/SUP]C, D=1000m, pH=8). 19
Hình 2.9 Phản xạ và khúc xạ tại mặt phân cách hai chất lỏng [4]. 21
Hình 2.10 Nhiễu môi trường cho với những tần số khác nhau, vận tốc gió là v[SUB]w[/SUB]=20 km/h 27
Hình 2.11 Sự phụ thuộc của 1/AN vào khoảng cách truyền và tần số. 28
Hình 2.12 Giá trị tần số tối ưu theo khoảng cách [6]. 29
Hình 2.13 Bảng các giá trị [​IMG]theo SNR [6]. 31
Hình 2.14 Giá trị của B[kHz] và C[kHz] theo khoảng cách [6]. 32
Hình 2.15 Đặc tuyến C/B theo[​IMG] và [​IMG] [6]. 32
Hình 2.16 Di chuyển của hạt từ vị trí x tới vị trí x+dx[4]. 33
Hình 2.17 Môi trưởng truyền sóng đồng nhất với nguồn S và bên thu R [4]. 37
Hình 2.18 Hiện tượng đa đường trong môi trường nước [8]. 39
Hình 2.19 Mô hình đa đường theo lý thuyết tia [7]. 40
Hình 3.1 Tín hiệu ASK. 46
Hình 3.2 Phổ của tín hiệu ASK 47
Hình 3.3 Dạng tín hiệu FSK 48
Hình 3.4 Phổ của tín hiệu FSK. 49
Hình 3.5 Tín hiệu PSK. 50
Hình 3.6 Phổ của tín hiệu PSK. 51
Hình 3.7 Biểu đồ trạng thái tín hiệu của phương trình. 52
Hình 3.8 Sơ đồ khối bộ phát QPSK. 53
Hình 4.1 Hệ thống mô phỏng. 55
Hình 4.2 Sơ đồ khối bộ phát 56
Hình 4.3 Sơ đồ ánh xạ các bit vào symbol QPSK. 57
Hình 4.4 Biên độ bộ chỉnh dạng xung trong miền thời gian. 58
Hình 4.5 Mô hình kênh truyền đa đường dưới nước. 59
Hình 4.6 Sơ đồ khối bộ thu. 60
Hình 4.7 Tín hiệu đầu ra của bộ lọc phối hợp khi không có nhiễu. 62
Hình 4.8 Tín hiệu sau khi đi qua bộ lọc thích ứng. 63
Hình 4.9 Tương quan chéo giữa tín hiệu nhận và training sequence. 65
Hình 4.10 Hàm mật độ phổ công suất nhiễu theo lý thuyết 67
Hình 4.11 Hàm mật độ phổ công suất nhiễu khi xấp xỉ bởi nhiễu Gauss. 68
Hình 4.12 Tín hiệu đa đường trong môi trường đáy cát và đáy bùn. 69
Hình 4.13 Tín hiệu đa đường trong môi trường đáy cát và đáy là đất sét. 69
Hình 4.14 Tín hiệu đa đường trong môi trường đáy bùn và đáy là đất sét 69
Hình 4.15 Tính chất đa đường tại các khoảng cách khác nhau với đáy bùn. 70
Hình 4.16 Tín hiệu đa đường với những tọa độ khác nhau nhưng cùng khoảng cách. 71
Hình 4.17 Tính chất đa đường tại các khoảng cách khác nhau với đáy cát, phản xạ tốt 71
Hình 4.18 Tỉ lệ lỗi bit khi ta không tính đến đa đường. 73
Hình 4.19 Tỉ lệ lỗi bit theo SNR với đáy bt=0 và bt=7. 74
Hình 4.20 Tỉ lệ BER của hệ thống khi hoạt động tại các tần số khác nhau với khoảng cách máy thu và máy phát là 1000m 75
Hình 4.21 Tỉ lệ BER của hệ thống khi hoạt động tại các tần số khác nhau với khoảng cách máy thu và máy phát là 400m 75
Hình 4.22 Tỉ lệ BER của hệ thống khi hoạt động tại các tần số khác nhau với khoảng cách máy thu và máy phát là 200m 76