Sound FSK / PSK / DSSSを介したPC間のデータ通信

楽しさと仕事のために、PCのスピーカーを使用して音声またはデータをエンコードして送信できるJavaベースのアプリケーションを実装する必要があります。受信側には、デコーダーソフトウェア付きのマイクがあります。

私は実装にFSK（synまたはasyncまたは提案）を使用することを考えていました：

テキスト（データ）--- modulate ---> 10khz-20khzオーディオ搬送波--->無線伝送--->マイク->復調--->テキストまたはデータを表示します。

私の主な考慮事項は次のとおりです。

• 帯域幅が200bps以下の場合
• 特定のレベルまでのノイズに強い
• できれば16khz-20khzの搬送波で44.1khzのサンプリング（この領域ではノイズが少なく、高齢者やマイクにはあまり聞こえません。スピーカーは安価で、ラップトップですぐに利用できます）
• コーディングロジックが複雑すぎないこと。

最小限のコーディング作業でどの変調が最も効果的に機能しますか？Javaを使用してFSK / BFSK / PSKまたはDSSSを実現するためのライブラリ/サンプルに関する推奨事項はありますか？

チャンネルの特性上、これは実際には非常に難しい問題です。ほとんどのコンピュータースピーカーは、帯域幅がかなり制限されており、かなりの非線形性があり、室内の音響は時々変化します。

1台のPCのヘッドフォン出力から別のPCのライン入力にケーブルを接続するだけで、人生はとても簡単になります。

はい、間違いなくFSKを使用する必要がありますが、非同期である必要があり、ここに理由があります。FSKを同期的に復調することをコヒーレント復調と呼びます。FSKをコヒーレントに復調するには、着信キャリア位相ロック（位相同期）が必要です。これは通常、少なくとも10 dB程度の信号対雑音比（SNR）がないとうまく機能しない位相ロックループ（PLL）で行われます。通常、オーディオブロードキャストのSNRはそれほど高くないので、コヒーレントな復調を忘れてください。電磁信号を実際に使用することに加えて、非コヒーレントFSKは、Pb≤10-4のコヒーレントFSKの場合よりも最大で1 dB以上のEb / Noを必要とします（これは、同じビット誤り確率Pbを取得するために、追加の送信のみが必要であることを意味します）各ビットの電力のdB）。しかし、コヒーレントな参照信号を生成する必要がないため、非コヒーレントなFSK復調器は構築がかなり簡単です。したがって、実際のシステムでは、すべてのFSK受信機が非コヒーレント復調を使用します。これは、すべての同期問題に対処するのではなく、追加のdBの電力を送信することを好むためです。

主な考慮事項への回答：

200bps以上の帯域幅：連続位相直交キャリア8fskを使用して200 bpsを達成し、スマートフォンをスピーカーから1 m離しました。

特定のレベルまでのノイズに対する耐性：データブロックごとに最大8個のエラーを修復する機能を備えたBCHエラー修正コードを実装しました。BCHコードは、25〜50％の冗長性が追加されたときに最大のコーディングゲインを持ちます。

できれば16khz-20khzの搬送波で44.1khzのサンプリング：サンプリング周波数を48 kHzまで上げ（これは今日のスマートフォンでは非常に一般的です）、動作帯域を17.5または18〜21.5 kHzに制限することをお勧めします。44.1を使用する場合は、17.5または18〜20.5 kHzで作業する必要があります。ただし、選択するスピーカーとマイクのすべてがこの高い周波数で動作するわけではないので、注意が必要です。それらの周波数応答分析を行う必要があります。PCを使用している場合は、ARTAまたはAudacityをお勧めします。プログラマーの場合は、MatlabまたはOctaveをお勧めします。スマートフォンを使用している場合は、オーディオスペクトル分析アプリをお勧めします

コーディングロジックが複雑すぎない：非コヒーレント相関直交fsk復調器をお勧めします。どのfftベースの実装よりもはるかに軽量です。特に、ドップラーとマルチパスがそれほど影響しない1 m未満の距離にいる場合