This paper presents constructing transmitter and receiver by using a direct sequence spread spectrum techniques to DPSK (Differential Phase-Shift Keying) scheme in underwater acoustic communication. Since DPSK signal can be demodulated if the receiver knows only the phase difference between the adjacent bits, DPSK receiver structure has the advantage of being simplified. In the conventional receiver, two adjacent symbols of transmitted signal before despread are passed to the transition correlator that detects data by comparing maximum correlation outputs. At this time, the error for maximum value of the correlator output may increase because of low SNR (Signal to Noise Ratio) or high Doppler shift frequency according to the underwater channel. In this paper, we propose a method for accurate detection result using the width as well as the magnitude among outputs produced by the correlator. The performances of the proposed method was evaluated by simulation and lake trial data.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.15
no.4
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pp.159-166
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2020
The IBC (Intra-Body Communication) benefits from a wireless communication system for exchanging various kinds of digital information through wearable electronic devices and sensors. The IBC using the human body as the transmission channel allows wireless communication without the transmitting radio frequency waves to the air. This paper discusses the results of experiments on electrostatic coupling IBC based on FSK (Frequency Shift Keying) and 1 bit error correction. We implemented FSK communication and 1 bit error correction algorithm using the MCU boards and aluminum tape electrodes. The transmitter modulates digital data using 50% duty square wave as carrier signal and transmits data through human body. The receiver performs ADC (Analog to Digital Conversion) on carrier signal from human body. In order to figure out the frequency of carrier signal from ADC results, we applied zero-crossing algorithm which is used to detect the edge characteristic in computer vision. Experiment results shows that digital data modulated as square wave can be successfully transmitted through human body by applying the proposed architecture of a 1ch GPIO as a transmitter and 1ch ADC for as a receiver. Also, this paper proposes 1 bit error correction technique for reliable IBC. This technique performs error correction by utilizing the feature that carrier signal has 50% duty ratio. When 1 bit error correction technique is applied, the byte error rate at receiver side is improved around 3.5% compared to that not applied.
The focus in this paper is on obtaining tight, simple algebraic-form bounds and invertible expressions for the average symbol error probability (ASEP) of M-ary phase shift keying (MPSK) in a class of composite fading channels. We employ the mixture gamma (MG) distribution to approximate the signal-to-noise ratio (SNR) distributions of fading models, which include Nakagami-m, Generalized-K ($K_G$), and Nakagami-lognormal fading as specific examples. Our approach involves using the tight upper and lower bounds that we recently derived on the Gaussian Q-function, which can easily be averaged over the general MG distribution. First, algebraic-form upper bounds are derived on the ASEP of MPSK for M > 2, based on the union upper bound on the symbol error probability (SEP) of MPSK in additive white Gaussian noise (AWGN) given by a single Gaussian Q-function. By comparison with the exact ASEP results obtained by numerical integration, we show that these upper bounds are extremely tight for all SNR values of practical interest. These bounds can be employed as accurate approximations that are invertible for high SNR. For the special case of binary phase shift keying (BPSK) (M = 2), where the exact SEP in the AWGN channel is given as one Gaussian Q-function, upper and lower bounds on the exact ASEP are obtained. The bounds can be made arbitrarily tight by adjusting the parameters in our Gaussian bounds. The average of the upper and lower bounds gives a very accurate approximation of the exact ASEP. Moreover, the arbitrarily accurate approximations for all three of the fading models we consider become invertible for reasonably high SNR.
In this paper, we analysis to consider the performance of PSPM (Phase Shift Pulse-position Modulation), the one of the low power communication technique, in near-field underwater sound channel by sea trial. PSPM is a QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) modulation combined with PPM(Pulse Position Modulation) for low power communication in WBAN(Wireless Body Area Network). It is known that the bandwidth efficiency of PSPM is lower than conventional PSK but the power efficiency increases. In this paper, we will analyze the BER performance of PSPM using data acquired from the sea trials. The BER of QPSK was $6.04{\times}10^{-2}$, PSPM was $3.5{\times}10^{-1}$. Also, PSNR of QPSK was 9.37 dB and in case of PSPM was 9.11 dB.
The transmitted acoustic signals are severely influenced by multiply reflected signals from boundaries, such as sea surface and bottom in the shallow water. Very large reflection signals from boundaries cause inter-symbol interference so that the performance of the underwater acoustic communication is degraded. Usually, the waveform shaping filters are used to prevent the reflected signals under this kind of acoustic channel. Especially, the raised cosine filter is widely used, which can also be used to restrict the bandwidth of the transmitted signal. In this study, we evaluate the raised cosine filter for image data transmission in the shallow water, and propose a new modified raised cosine filter. The QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) system is used for the underwater acoustic communication simulations with different distances and symbol rates. As a result, the bit error rate was reduced from the minimum 1.0 % to the maximum 32 %.
The main characteristics of the underwater acoustic channel have varying multipath and fast fading. Especially, Frequency Shift Keying (FSK) signals with multiple frequency bands caused loss of information bits allocated on the specific frequencies due to selective fading phenomenon. Therefore, this paper proposes frequency gain control algorithm based on preamble error rates. The proposed algorithm estimates optimal gain value in the range of preamble error rate with less than 10 % for specific faded frequency. By employing turbo equalized FSK signals with rate of 1/3, the experiment was conducted on a lake in Munkyeong city with distance of 300 m to 500 m. The result confirms that packets are decoded successfully by applying proposed algorithm as increasing number of iterations.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.22
no.11
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pp.1070-1077
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2011
This paper introduces a radar signal processing technique for intelligent rear view monitoring of an automobile. The linear frequency modulation-frequency shift keying(LFM-FSK) waveform, which is the combination of frequency modulation continuous wave(FMCW) and frequency shift keying(FSK) waveform, is employed to simultaneously estimate the range, relative aspect angle, and velocity of an automobile. Hence, it can be applied to monitor the rear view of an automobile. FMCW waveform has high range resolution capability, but it produces ghost targets under a multiple target environment. In contrast, FSK waveform can provide high velocity resolution and avoids the problem of ghost targets. However, it fails to identify multiple targets along the radar's line of sight. With LFM-FSK waveform, we can estimate the ranges and velocities of multiple targets with very high resolution, which avoids the ghost target problem of an FMCW waveform. Simulation result shows that LFM-FSK wavefrom is suitable for use in the lane change assistance system for an automobile.
Kim, Donghyeon;Kim, Daehwan;Kim, J.S.;Hahn, Joo Young
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.40
no.5
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pp.417-427
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2021
Long-range communication in deep waters must overcome the low data rate due to limited bandwidth. This paper presents the performance of Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) system to increase the data rate. In MIMO system, communication performance is degraded by crosstalk between users and an adaptive passive Time Reversal Processing (TRP) is widely used to eliminate this. In October 2018, long-range underwater acoustic communication experiment was conducted in deep water (1,000 m ~) off the east of Pohang, South Korea. During the experiment, a vertical line array was utilized and communication signals modulated by binary phase shift keying and quadrature phase shift keying with a symbol rate of 512 sps were transmitted. To generate MIMO communication signals, received signals from ranges of 26 km and 30 km is synthesized. Compared to the conventional passive TRP, the adaptive passive TRP eliminates the crosstalk between users and achieves error-free performance with an increase of output signal-to-noise ratio. Therefore, two users separated by 4 km in range achieves an aggregate data rate of 1,024 symbols/s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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