低周波数での水中音響通信に使用するのに最適な変調についてどう思いますか？

低周波水中通信に使用するのに最適な変調タイプは何かについての一般的な考えをDSPハイブマインドにpingしたかったのです。多くのことを学ぶことができるので、このプロジェクトを選びました。

いくつかのコンテキスト：

• 500 Hz未満の低周波数（明らかに、キャリアデータと変調データの両方）
• たとえば、BPSは200 Hzが良いでしょう。
• 確かにマルチパスがあります。
• 周波数は、ドップラーにより、元の周波数の約0.3％の最大係数で不鮮明になる可能性があります。

これまでに見つけたもの：

• 私はOFDMについて考えていましたが、チャネル推定ははるかに簡単ですが、ドップラー効果に対してはるかに敏感であることを学びました。
• チャープ変調についても考えていましたが、そのようなことをした人はいますか？

あなたの考えは何ですか？

編集：（マルチパスチャネル、bps = 200 Hzの場合）の「最悪の場合」のシナリオと思われるものをいくつか添付しました。チャネルは時間領域のビット数で表されるため、次の反射が到着する前に通過するビット数をより簡単に確認できます。

ケース1： ケース2： ケース3： ケース4：

ノート：

• 見てわかるように、私はほぼ常に同じ大きさの第2のパスを持っていますが、メインパスに固定する準備ができています。
• 200 bps（5秒）で1000ビットのパケットの場合、チャネルが大幅に変化する可能性があると思いますが、同時に、パケットの長さと内容を完全に制御できます。
• ドップラーによる周波数オフセットは比較的「正常に動作」している、つまり突然の「ジャーク」はないと想定できます。キャリアの不一致による周波数オフセットも同様に考えることができます。

それは厄介な信号環境です。私は少しDSP柔道を行い、レーキレシーバーを使用してマルチパスを機能させます。これにより、マルチパス信号によってSNRが低下するのではなく、増加するはずです。

レイクレシーバーはCDMAシステムでのみ使用されています（私の知る限り）が、これはCDMAシステムでしか使用できないためではありません。問題はシンボル期間です。次の引用は、レーキ受信機に関する論文からの引用です。

RAKE受信機は、マルチパス信号ごとに個別の相関受信機を提供することにより、元の信号のタイムシフトバージョンを収集しようとします。これは、相対伝搬遅延がチップ周期を超えると、マルチパスコンポーネントが互いに実質的に無相関になるために実行できます。

したがって、それらがCDMAシステムで使用され、GSMなどではない理由は、チップ速度が非常に速いため、マルチパス信号が同じチップ/シンボルに到着しないためです。これは、GSMおよびその他の「狭帯域」信号には当てはまりませんでした。ビットレートが非常に低い場合でも、マルチパス信号の遅延は1シンボルよりも大きいように見えるため、この制約は問題になりません。

もう1つの問題は、マルチパスの検出です。これは、プリアンブルなどの既知のデータシーケンスで達成できると思いますが、私はレーキレシーバーの専門家ではないことを認めます。

レイクレシーバーが機能しない場合でも、長いイコライザーを使用してマルチパスを処理できます。

システムの他の要素に関しては、フィードバックがない場合、FEC（おそらくターボ符号）でQPSK信号を実行します。フィードバックがある場合も同じですが、変調方式をQPSKから16-QAMなどに動的に変更します。

編集：それについて少し考えた後、なぜレーキ受信機とCDMAシステムが連携するのかを理解しました。問題は、マルチパス信号を検出したとしても、SINRが正でない限り、それほど効果はありません。定義により、他のすべてのマルチパス信号では最も強いものがそれらを圧倒するため、最大で1つのマルチパス信号が正のSINRを持つことができます。

これが逆拡散の出番です。マルチパス信号が逆拡散されると、拡散係数が最初の負のSINRを克服するのに十分な大きさであると仮定すると、正のSINRになります。これを考えると、正しい解決策は500 Hzの制限を緩和することだと思います。かなり大きな拡散係数とレイクレシーバーを使用して、さまざまなマルチパス信号を結合します。