Xây dựng các đặc tính mô hình suy hao và hiệu ứng doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.56 MB, 87 trang )
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
..
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................5
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................6
LỜI NĨI ĐẦU ...........................................................................................................8
C
N
T N QUAN VỀ Ệ THỐNG THÔNG TIN THỦY ÂM .........10
ủa hệ thống thông tin thủy âm .......................................................10
ốả
ướng tới kênh thông tin thủy âm ..............................11
1.1
1.2
1.3 Sóng âm thủy âm .........................................................................................12
1.3.1. Phân loại sóng âm ..................................................................................13
1.3.2. Vận tốc củ
ủy âm ...............................................................13
1.4 Quá trình truyền sóng âm ............................................................................16
1.4.1.
ư
ủ
ề
..................................17
1.4.2.
ư
........................................................................20
1.4.3.
ề
ống dẫ
....................................21
1.4.4.
ư
ề
.............................................22
C
1.4.5.
1.4.6.
N
2.1 Đ
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.1.6
2.1.7
2.2
2.3
2.4
ư
ả
ư
........................................................................23
ợp bởi tia tớ
ản xạ .......................................................24
N TRU ỀN ẪN THỦY ÂM ................................................25
ư ng thủy âm ................................................25
Suy hao trả
ọc .............................................................................26
................................................................................28
Sự suy giả
ắ
............................................35
Hệ số phản xạ
ệ số
ề ...............................................................36
Hệ số phản xạ
ạ
ư ng tru ề ẫn. ..38
ạ ề
ạ
..................................................................40
Đ ợi (Path gain) ..................................................................................41
Ả
ưởng của nhiễ
ư
ến kênh truyền dẫn thủy âm ................41
Hiệu ứng Doppler ........................................................................................43
Kênh ph thu c th i gian ............................................................................46
1
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
2.5
2.6
Bề r ng ổ
C
ịnh về th i gian của kênh ........................................................47
ê
ản ............................................................................48
2.6.1 Kênh theo phân bố Rayleigh .................................................................48
2.6.2 Kênh theo phân bố Rice ........................................................................48
2.7
C
Kết luận........................................................................................................49
N
3.1
3.2
3.3
C C
T UẬT ĐIỀU C Ế ........................................................50
Kỹ thuậ ề
ế số ....................................................................................50
Đề
ế QAM.............................................................................................50
OFDM ..........................................................................................................54
3.3.1 Nguyên lý ghép ê
3.3.2 Đ ề
ế
hệ thống ...............................................54
ở.........................................................................56
3.3.3 Biế ổi Fourier .....................................................................................57
3.3.4 Khoảng bảo vệ (GI- Guard Interval) .....................................................60
3.3.5 Đ
...........................................................................61
3.3.6 Đ ề
3.3.7 Giả
ế OFDM phía phát ....................................................................63
ề
ế
...............................................................64
3.4
Kết luận........................................................................................................65
C
N 4 MÔ P ỎNG HỆ THỐNG ..............................................................66
4.1 Lý thuyết mô phỏng .....................................................................................66
4.1.1 Khảo sát kênh truyền dẫn thủy âm ........................................................66
4.2 Kiến trúc hệ thống .......................................................................................67
4.2.1. B phát...................................................................................................67
4.2.2. B thu ....................................................................................................69
4.3 Kết quả mơ phỏng........................................................................................71
4.3.1 Mơ hình tham chiếu ...............................................................................71
4.3.2 Các tham số mô phỏng ..........................................................................73
4.3.3 Phỏng tạ
ứng xung của kênh truyền .............................................74
4.3.4 Phỏng hàm truyề ạt của kênh theo th i gian và t n số ......................75
4.3.5 Phỏng tạo nhiễu màu .............................................................................76
4.3.6 Khảo sát sự ph thu c của SER vào SNR .............................................80
KẾT LUẬN ..............................................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................85
2
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
LỜI CAM ĐOAN
các kết quả nghiên cứ
kết quả
ư
ậ
ựa trên các
ược trong quá trình nghiên cứu của riêng tơi, khơng sao chép b t kỳ kết
quả nghiên cứu của tác giả khác. N i dung của luậ
m t số thông tin, tài liệu từ các ngu n sách, tạ
ảo và sử d ng
ược liệt kê trong danh m c các
tài liệu tham khảo.
Nguyễn Thị Thủy
3
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Giải nghĩa tiếng Anh
Giải nghĩa tiếng Việt
STT
Từ viết tắt
1
OFDM
2
BER
Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia
Multiplexing
theo t n số trực giao
Bit Error Rate
Tỷ lệ lỗi bít
3
DFT
Discrete Fourier Transform
Biế
ổi Fourier r i rạc
4
FFT
Fast Fourier Transform
Biế
ổi fourier nhanh
5
IDFT
Inverse Discrete Fourier Transform
Biế ổi Fourier r i rạc
ược
6
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
7
FSK
8
GMSK
9
OFDM
10
ISI
11
MSK
Minimum Shift Keying
Đ ều chế ị
12
PAM
Pulse Amplitude Modulation
Đề
13
PSK
Phase Shift Keying
14
QAM
Quadrature amplitude modulation
15
SNR
Signal Noise Ratio
Đ ề ê ố theo pha tín
hiệu
M t kỹ thuậ
ều chế
ê
Tỷ số tín hiệu trên nhiễu
16
SER
Symbol Error Rate
Tỉ lệ lỗi kí tự
17
LPNM
Lp Norm Method
Biế ổi Fourier nhanh
ược
Đề
ê ố
ố
Frequency Shift Keying
tín hiệu
Đề
ê ị
ự
Gaussian Minimum Shift Keying
Gauss
Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia
Multiplexing
theo t n số trực giao
InterSymbol Interference
Nhiễ
ê ý ư
ư
4
ê
ự
ê
ức Lp Norm
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Giá trị bt của từng loạ
.........................................................35
Bảng 2. 2 Giá trị hệ số K, n theo từng loại
y kh
nhau .......................................36
Bảng 3. 1 Bảng ánh xạ d liệu mức QAM4 ..............................................................52
Bảng 3. 2 Bảng ánh xạ d liệu mức QAM16 ............................................................53
5
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
DANH MỤC HÌNH VẼ
ử
Hinh 1. 1 Hệ thống thơng tin thủ
..........................................10
ủa nhiệ
Hinh 1. 2 Sự
ủ
ổi củ
Hinh 1. 3 Sự
..................12
ề
Hinh 1. 4 Lan tr
ư ng vậ
ủa vận tố
Hinh 1. 5 Sự
.....14
ệ
................15
ủa tố
Hinh 1. 7 Sự ph
ủ
ới vị
Hinh 1. 8 Di chuy n của hạt từ vị
ưở
Hinh 1. 10 Hiệ
.........................................13
ệ
Hinh 1. 6 Tố
9
ước bi n .............................11
ề
ượ
ê
ư
ư
ý
0
Hình 2. 1 Hệ số h p th
..............................................17
ớ
ư
ết tia .......................................................23
ư
ở
ước ..................................26
ước sâu ..............................................27
ư
Hình 2. 3 Suy hao theo phân bố
Hình 2. 4 Hệ số
..................21
ước .........................................22
f
Hình 2. 2 Suy hao theo phân bố
ước ...........................16
ước nông ...........................28
thức Thorp .........................................................30
ố (công thức Francois và Garrison) .................33
Hình 2. 5 Hệ số suy giả
ổ
Hình 2. 6 Hệ số suy giả
ệ
00C - công thức
Francois và Garrison .................................................................................................33
ổ
Hình 2. 7 Hệ số
ệ
00C - cơng thức ..34
Hình 2. 8 Hệ số suy hao theo các mơ hình khác nhau. (T=4oC, D=1000m, pH=8) ...... 34
ạ tạ
Hình 2. 9 Phản xạ
ư ng cho với nh
Hình 2. 10 Nhiễ
Hình 2. 11 Mậ
ỏng ................................37
ố
ận tố
........43
phổ của tín hiệu thu ..................................................................44
Hình 2. 12 Hàm tự ư
i gian của kênh trong sự so sánh với bề r ng ổn
ịnh về m t th i gian của kênh ................................................................................. 47
ều chế QAM .................................................................................51
Đề
ế OFDM với nguyên lý trực giao .................................................54
6
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
ối hệ thống OFDM ......................................................................55
ố
Hình 3. 4 Quan hệ
ố
.................................................56
Hình 3. 5 OFDM symbol và khoảng bảo vệ nhằm tránh nhiễu ISI ..........................61
Hình 4. 1 Hệ thống mơ phỏng ...................................................................................67
Hình 4.
khối b phát ....................................................................................67
Hình 4. 3 Mơ hình kênh truyề
4 4
ư ng thủy âm ...................................................69
khối b thu. .....................................................................................69
ê
Hình 4. 5 Hàm cơng st trễ (power delay profile) củ
Hình 4. 6
ư
Hình 4. 7
ư
Hình 4. 8 Hàm truyề
ố ủ
ê
ủ
ủ
ê
ạt của kênh ứng vớ f
ước nông .................73
................................................74
ủ
...........................................75
8
K
.......75
Hình 4. 9 Ngun lý mơ phỏng nhiễu màu ...............................................................77
Hình 4. 10 Phổ của nhiễu màu thực tế và của mơ hình 1
fβ
...................................78
Hình 4. 11 Phổ của nhiễu màu mơ phỏng và theo lý thuyết .....................................78
Hình 4. 12 Tín hiệu nhiễu màu mơ phỏng miền th i gian ........................................79
Hình 4. 13 Phổ tín hiệu nhiễu màu trong miền t n số ...............................................79
Hình 4. 14 SER biế
ổi theo SNR t n số sóng mang f0 14kHz ...........................80
Hình 4. 15 SER biế
ổ
Hình 4. 16 SER biế
ổi theo SNR ứng với các t n số sóng mang khác nhau........83
ổi vận tốc dịch chuy n gi a ............81
7
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
LỜI NÓI ĐẦU
ễ
Cu c cách mạng khoa học kỹ thuật và công nghệ
toàn thế giới với sự phát tri n mạnh mẽ của nhiều ngành khoa học,
ư ng truyền sóng ngày càng
tin liên lạc và truyền thông.
truyền trên m
ện li, t
t, qua t
ối ư
ng trên
c biệt là thông
ạng phong phú:
t hay qua vệ tinh..
Trong kỹ thuật truyền tin thủy âm, liên lạc gi a các tàu ng m với nhau, liên lạc gi a
tàu ng m vớ
ũ
ý
ng tàu, bên phải, bên trái…
ũ
tiễ
ư
ướ
ng ở các ướng khác nhau:
t liền, phát hiện vật cản khi chuy
ĩ
nghiên cứu khoa học. Hiện nay việc nghiên cứu về kỹ thuật âm
ướ
ượ
ước lớn trên thế giớ
ũ
nhu c u chế tạo tàu ng m hạ
ư
c biệ ư
ũ
ước bi n, khai khống, phịng chố
ơi nhiễ
ết sức quan trọng trong thực
ướ
ê
ước, giám sát về mức
ê
ư
n, bão, trợ
ịnh vị ưới bi n…Tuy nhiên, do sự khác biệ
giúp các hoạ
ủ
ư
ê
ạ
ế
ừ
âm.
ư
ướ
ệ
ự
ướ
ớn về
ê
ệ sử
áp d ng ngay cho thông tin thủy
ế
mà tác giả ã
ọ
ề tài: “Xây dựng các đặc
tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm” Đ
ê
ứ
ứ
ệ thống thông tin thủy âm hiệ
ủa hệ thống thông tin thủy âm ở
ỏ
ạo kênh
ễu
ư:
ậ
ớ
ế
ê
ố trong
ố sử
ề
ược chia thành 4
N
2. Kênh truyền dẫn thủy âm
ĩ
ế
ế
1. Tổng quan về hệ thống thông tin thủy âm
3. C
ê
ề
hệ thống thông tin thủy âm
ư
ướ
ề
ều chế
4. Mô phỏng hệ thống kênh truyền dẫn thủy âm
8
ư
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
Trong quá trình thực hiệ
th
ã
án này, m
ược nh ng thiếu xót do nhận thức chư
nên em r t mong muố
ư
t cố gắ
ắc chắn không
ềm tn
ược sự chỉ dẫn của các th y cô. Em xin gửi l i cả
ến các th y giáo PGS.TS Nguyễn Văn Đức và TS. Nguyễn Quốc
hương là
ư
th hồn thành luậ
ã ực tiế
E
ướng dẫn và góp ý sửa ch a,
xin chân thành cả
9
y!
ỡ lớ
em có
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
C
N
T N
QUAN VỀ
Ệ THỐNG
THÔNG TIN THỦY ÂM
C ư
ế
ẽ
ạ
ề
ệ thố
ẫn thủy âm
ượ
1.1 Vai t
ổ
ế
ố ảnh ưởng
ề ệ thống.
ủa hệ thống thông tin thủy âm
ước sự phát tri n mạnh mẽ của nhiều ngành khoa họ
c biệt là thông
tin liên lạc và truyền thông. Kỹ thuật truyền tin thủy âm có vai trị hết sức quan
ũ
trọng trong thực tiễ
ư
ê
ứu khoa học, các hoạ
ưới bi n, liên lạc gi a các tàu ng m với nhau, liên lạc gi a tàu ng m với
t liền,
ề
ế
ề
ị ự
ậ
ề
ướ
ệ
ề
ư ng
ẽ ư
ổng quan về
hệ thống thông tin thủy âm
Hinh 1. 1 Hệ thống thông tin thủ
10
ng
ự
ng
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
1.2 Nh ng th ng ố ảnh hướng tới kênh thông tin thủy âm
Các thông số của môi ư ng ảnh ưởng ự
ê
ề
ượ
ế
ọ
ê
ủa
m:
Nhiệ
Đ
ủ
N
ối (S)
Đ
ự
Bên cạ
ước (P)
ủ
ướ
ế
ủ
ề
ị
ự ảnh ưởng của các thông số này lên hệ thố
ũ
bả
ủa nhiệ
ỗ
ủ
ượ
Hinh 1. 2 Sự
ệ mậ
ướ
ế
ế
ượ
ả
ư
ớ
ê
ề thủy âm,
ả
ê
[2]:
c của nhiệ đ
11
đ
ự
chỉ
của nước biển [14].
ề
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
Nhiệ
ư
ự
giả
ư
ệ
ề
ổ
ướ
ũ
Việ
ũ
ự
vớ
ứ giảm
ố
ổ
ổ
ề
Ở
ê
ề
ở
ượ
ả
[2]:
a đổi của đ
Hinh 1. 3 Sự
Đư
ễ
ự
ặn
đ sâu ( South Atlantic Ocean) [15]
ổi củ
ứ
ạ
giảm mạ
ạ
ướ
Đ
ị
ẹ
sâu.
1.3 Sóng âm thủy âm
T
ư
ướ
nên việc thơng tin thủy âm
ện từ bị suy giảm r t nhanh do bị h p th mạnh
ự
ế
ự
ện ượ
ằ
ư ng. Sóng quang học tuy khơng có suy hao lớn trong mơi ư ng ướ
ị
ễu bởi hiện ượ
ạ. Vì thế truyền th
12
ệ
ư
ừ
ạ
ều khi n dị tìm thủy âm
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
chủ yếu phải sử d ng sóng âm. Do m t số ư
ệt củ
ng sóng ở dải t n số
ược sử d ng r ng rãi và hiệu quả.
ề
ự
ự
ổ
ư ng vậ
ự
ừ
ỏ
ợ
ạ…C
ư ng
ạng sóng. Vận tố
ủa mơi ư ng vậ
ề
ạ
ự
ề
Hinh 1. 4 an
ền
ế
ạ
ê
ậ
ậ
ư ng vật c
ng
ng
ường vậ c
ệ
[1]
1.3.1. Phân loại sóng âm
Cũ
ố
ư
ện từ, sóng âm chiếm m t dải t n số r t r ng. Tuỳ theo
:
t n số có th
ến 16 Hz.
- Vùng hạ âm t n số
ng từ
- Vùng âm có t n số
ng từ 6
ến 16 kHz.
ng từ 6
- Vùng siêu âm có t n số
ng từ 0
- Vùng cực siêu âm có t n số
ư
n số
ng
thủy âm
ư ng ướ
Vận tốc
ẽ
vận tố
ến 1013 MHz ư
ng nhiệt của mạng tinh th
1.3.2. Vận tốc của
ỏ
ến 10 MHz.
ế
ận tố
ước.Vận tốc
ê
ổ
ừ 4 0 ớ
ũ
40
ả
ướ
13
ư
ê
ưở
ã ượ
ư
hình tốn học khác nhau.
ị
ổ
ớn tớ
ề
ở
ượ
ở
ề
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
trong [2], ở
tố
ố
ướ
sai số
ỏ
(
)
(
)
:
m thanh tính theo m/s
C
K
ượ ứ
ỏ
Hinh 1. 5 Sự
ễ
ề các công
ới hạn bởi việc chỉ
ắc củ
tớ
ướ ượ
(1.1)
T là nhiệ
ị
ớ
ỡ 0.070m/s).
v là tố
ư
ượ
ự
ị
ị chỉ
ị mậ
ng
n ệ đ
của tố
ừ màu xanh
ủa tố
c của vận tốc
14
ứ
đ
) [2]
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
ố
Hình 1.6
ị
00
trên 0
ướ
ổ ừ 400
C. Ngồi ra, Hình 1.6 ũ
ự
của nhiệ
Vớ
Đ
ê 8
700 m/s, vớ
chỉ
ằ
tố
ủ
ướ
ổ
ị
ị
0
0
ư
ắ
ề
ề
ư
ề
ố
ê
Hinh 1. 6 Tốc đ
ố
ướ
an
ư
ề
000
ố
ổ ư 400
c
15
n ệ đ
ả
ũ
0 40
ả nhiệ
ố
ề
ê
C.
Dù tố
ệ
nhiệt
âm
ệt Nam, nhiệ
(trung
ị cố
môi ư ng.
theo các chu kỳ
nhiệ
ả
ề
ối vớ
60
đ
)[2].
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
c của tốc đ
Hinh 1. 7 Sự ph
ư
ở
ư
là tố ư
1.7
an
ổ
ị ề
ự
ệ
ổi của tố
ị
0
ậ
1.5 Đ
ềả
ưở
ử
ượ
ũ
ỉ
ượ
ử
ư
ướ
ở
ủ
ổi
ị ố
hình cho tố
ệ
hiệu quả
ượ
ổi củ
ậ
sai số
ự
ự
ố
ảm
10m/s trong phạ
ặn của nước [2]
tố
ậ
K
đ
ố
ệ
ổ
ị
ế
ã
ố
ổ
ề
trong mơi ư ng ước sâu.
1.4 Q trình truyền sóng âm
Q
dưới
ủ
ạ
ư ng
ề
lan
tốn
ọ
ư
âm trong mơi
ằ
ỏ mãn
ủ
ư c mơ ả
g, các tham ố v
phư ng
ề k ệ môi
nhau.
16
ư
ủ
ở ừ
ề
kệ
b
khu ưc khác
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
1.4.1. Phương t nh
Phư ng
ưc v
nh
ạ
phư
ng ủa
t nh t
ỏng
ng trong
ệ
ư ng
ng
ư c g ả ừ mố quan ệ
v mậ
Euler, v
ền
ả
Phư ng
ạ
ệ
ủ
ạ
ủ
ng
k ố lư ng,
thái ư c
dưới
[5]
Hinh 1. 8 Di chuyển của hạt từ vị
Với kí hiệu
là áp su t và
ới vị
[5]
ược các quan hệ sau:
là mậ
(1.2)
Trong
:
Pg : Áp su t tổng c ng
P0 : Áp su
P :
ĩ
ổi áp su t
Và:
(1.3)
:
: Áp su t tổng c ng
: Áp su
ổi áp su t
:
ừ phư ng
ĩ
ả
k ố lư ng,
:
x dx Av x dx g x Av x A dx
17
g
t
(1.4)
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
: Av x dx : âm lư ng
Trong
ạ
ị
dx
g x dx Av x dx : K ố lư ng
Av x : âm lư ng v
Ap
ng ị
ị
dx
ạ vị
g x Av x : k ố lư ng v
a) Phư ng
ạ
ạ vị
x
Euler:
ậ 2 Newton, F m a , ta ư c:
pg ( x). A pg ( x dx). A g Av
dv
ớ:
dv
dt
(1.5)
v
v
dt dx
t
x
dx v v dx dv v
v
v
t t x dt dt t
x
Và
Phư ng
pg ( x, t ) pg ( x dx, t )
dx
[pg ( x dx, t ) pg ( x, t )]
dx
ư cvế ạ t
(1.6)
pg
x
Kết hợp vớ
(1.6)
pg
:
p
v
v
v
x
x
x
(1.8)
ều kiện:
pg x dx, t * v x dx, t pg x dx, t * v( x, t )
dx
ư
(1.7)
x
( pg v)
x
(1.9)
ê có th viết lại thành
( pg v )
x
pg
t
18
p
t
(1.10)
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
ư
b) Phư ng
ượ
ế
ế
ư
ạ
ệ
ạng thái
ệ
ê
ủa mậ
2
pg
1 2 pg
pg p0
...
( )
2
g s 2
g
Ta có:
p
c2
s
Kí hiệu:
Trong mơi ư
ỏ
ng
trên,
mật
ạo
hiện phư ng
(1.12)
lý ưởng
âm. Trong nh ng phư ng
v chỉ số s
(1.11)
c ẽ ở
vận tốc hạt, p
v
riêng thủy
vận tố
áp
ng ưc ư c xác ị
ề kiện entropy không ổi.
Với p p0 và 0
ư
ở thành
p c 2 (1.13)
Coi
th i gian của nh ng thay ổi ở môi ư ng lớn h n
ề
th i gian của việc lan
0 và c 2
ê
âm, giả thiêt thêm ằ
ập với th i
ới
ế
K
ư
ề so với
các
E
của vật liệu
ớ
ế
ư
ở
pg
x t
Với nh ng vận tốc
2
v
v
pg pg v
2
x x t x
x
(1.14)
v
2
1 2 p
v pg 2 2 2
t
c t
x t
(1.15)
h n, phư ng
v
pg v , và với 0
x
x
v
ư
pg . K
x t
nh (1.14)
ư
ỏ qua
) có th bỏ qua thành ph n
:
19
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
Kế
p hai phư ng
2 p v
2 pg
x
x t
(1.16)
v
1 2 p
pg 2 2
x t
c t
(1.17)
(1.16) va (1.17) ta nhận ư c phư ng
sau cho không
ề :
gian m
2 p 1 2 p
x 2 c 2 t 2
ở
(1.18)
ề ta thu ư c:
cho không gian
1 2 p
p 2 2
c t
(1.19)
2 2 2
2 2 2
x y z
1.4.2. Phương t nh
(
Vớ
(1.20)
h t
)
(
)
ược
p k 2 P 0
Trong hệ tọ
(1.21)
ử:
2 P 2P
p 2
R RR
ế
ư coi P chỉ
ư c xác ị
v
R, nghiệm của phư ng
Helmholtz cho
ng
như sau:
P
A *exp( jkR)
4 R
20
(1.22)
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
√((
Với
ọa
: x0 , y0 , z0
ư
)
(
)
(
) )
ản và quan trọ
của ngu n. M t giả
ược
ẳng:
P A exp j kx x k y y kz z
Trong
1.4.3.
tham số
kx , k y , kz
an t
Môi ư ng
ền
ề
Hinh 1. 9
g.
ng t ng ống dẫn
ng
ng nh t
ng ư c minh họa trong
ư ng
ền
(1.23)
1.9
ng đ ng n
ư ng tạo ra tại ngu n 0, zs khi không
ớ ng
ê
n
ở nh ng n i
e jkR
P r , z A( )
4 R
Trong
A : biên
sâu) :
(1.25)
tại ngu n.
Đ nghiệm thu ư c thỏa mãn
phư ng
[5]
(1.24)
R ( z zs )2 (r rs )2
:
n
Helmholtz. Đ ề kiện
ề kiện b , ta
ở
21
là: áp
thêm
ề kiện b v
giảm về 0 tại ề m t v
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
ủa môi ư ng
gư ng, v
ề
ư c
g. Phư ng pháp ư c sử
ng là phư ng pháp ảnh
1.4.5.
1.4.4. T nh a ường t ng an t
ề dẫn
ền
ng
ư ng trong truyề thông vô tuyế gây ra nhiễu liên k ự
symbol interference) và fading của kênh trong miề
-
số. H n n a, truyề
ư ng dẫn ên ự chậm trễ khác nhau của tín hiệu nhận ư c ở phía t
này sẽ
k
k
mơi ư ng nước
kỳ vật
ỗ
hiệu chỉnh
ư ng trong môi ư ng trên cạn.
khác so với hiện tư ng
ước
o, v khúc xạ âm thanh tr
ư ng truyề có nh ng
tốc
ề
ư ng trong
liệu. Hiện tư
vào hai hiệu ứng: phản xạ âm thanh ở ề m t, ở
Nó ph
b
cho q
ẫn
ư mơ tả
trưng riêng của mình, chẳng hạn
trải trễ. Vì vậy, mơ hình kênh c
phản xạ với
1.10
ư sự lan truyề
phải ư c xem xét cho từng vùng
nước (nước nông, ước sâu)
Hinh 1. 10 Hiện ượng đa đường trong môi ường nước [7]
ư ã
xạ của
ề nguyên nhân gây ra hiện tư ng
của ề m
ư ng: phản
khúc xạ, do các vật trong nước … Tuy nhiên,
p với môi ư ng nước ở Việt Nam- các v ng thủy âm không quá sâu,
hai ế tố
môi ư ng
ư ng: ự phản xạ tại m
gây nên hiện tư ng
ề dẫn.
22
ẽ
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
1.4.5. Phương h
ư trên
ảnh gương
1.4.1 ã
ề cách
âm thủy âm. Tuy nhiên,
pháp này có khả
với phạm vi
ưc quan về
cái
ề
phản xạ của ề m v
Do
phản xạ
tới máy
về phư ng pháp ảnh gư ng. Phư ng
án này
ng áp
vẽ ưới
ư c phản xạ
dung
n về
n đa đường
gi a hai m
suy hao
giúp ta
m
ư
hai m gư ng
ề
trước khi
ư ng pháp
ết tia [6]
Khác với phư ng pháp ảnh gư ng trong môi
ư ng thủy âm, (mô
ng th i ũ
âm thủy âm.
hiệu
giúp
Hinh 1. 11
ng,
ta coi hai ề m
hiệu giống.
ề
mô tả quá
ư ng trên cạn, trong môi
nước nông) âm thanh ẽ ị phản xạ
phản xạ v tạo ra vố số các
23
hiệu phản xạ
ề
ề từ ngu n từ
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
1.4.6.
hợp bởi tia tới
Trên
1.11, các g
ư c
t hản xạ
ã ư c minh họa r
Giá ị của các g
ư sau[5]:
2 D m zs z
m1 tan1
r
2 D m zs z
r
m 2 tan1
2 D m 1 zs z
m3 tan1
r
2 D (m 1) zs z
m 4 tan1
r
Trong
m1; m2 ; m3 ; m4 g
:
minh họa ê
(1.26)
ứ mv m
p bởi tia
phản xạ-
ư
1.11.
D:
ề sâu của ống dẫn
g,
ề
kênh
m: nhận giá ị ừ 0
zs :
:
sâu của máy
theo
sâu của máy phát, ũ
r: khoảng cách máy thu phát,
ừ nh ng phư ng tr
theo
n vị m
theo
n vị m
ằ g:
trên ta nhận
-Hệ số phản xạ bề m t ̂ chịu ả
n vị m
ưởng của nhiều yếu tố
ư: ận tốc gió, t n số
và góc gi a tia tớiv à bề m t.
-Hệ số phản xạ
ạ
ớ
24
ề
ản xạ.
Xây dựng các đặc tính mơ hình suy hao và hiệu ứng Doppler cho kênh truyền dẫn thủy âm
C
N
ệ
ng
ế
. KÊNH TRU ỀN DẪN THỦY ÂM
ủ các
v
ế kế
p,
ị khác
ng trong ệ
Chư ng 2 ẽ
âm. Các ế
ố
ư
ống
ế
ốả
hư ng ế quá
ễ
bao g m: fading, suy hao,
ệ tim
ỏng v
mô
ư c
ả các k ế trúc máy thu, máy phát ũ
về
h ệ ứng Doppler.
ở
ệ
ủ kênh truyề giúp ta
các ế
ề
ố về môi trư ng,
củ kênh truyê n ẽ giúp ta
về các
giá kênh truyên.
2.1 Đ c tính suy hao trong môi t ường thủy âm
Suy hao trong môi ư
ậ
cự ly thông
ị ả
ưở
nước ẽ ả
ệ
ưở
ề
ề trong môi
âm khi
ế
ố
ư
ệ là
nước ẽ
ớn ủ suy hao.
Hệ ố
hao:
ệ ố suy hao củ kênh
ố làm v ệ
A d , f d k a f
d là khoả
+ f là tâ
ư
thuôc vào
ư sau[4].:
d
(2.1)
truyề dẫ
ạ
vào hình dạ
ẫ (có giá trị khoảng ừ 1.5
ế 2)
ê
ũ
ề
+a(f)
cách tuyế
ủ
ố
+ k là ệ ố
truyề
ư
ng âm trong môi
k ảng cách máy phát và máy thu và t
:
ế
ệ ố
ạ
ệ ố
ệ
ưở
25
ị lý củ môi
ệ ố
ư
ư
