Conception et évaluation d'un système de transmission sur canal acoustique sous-marin horizontal petits fonds

par Stéphane Coatélan

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Alain Glavieux.

Soutenue en 1996

à Brest .

mots clés

• Transmission numérique
• Données -- Transmission

Résumé

Peu de modems pour la transmission horizontale (portee de plusieurs kilometres) de donnees sur canal acoustique sous-marin de type petits fonds (hauteur d'eau n'excedant pas quelques centaines de metres) existent. Or, il y a une demande dans le domaine scientifique pour l'acquisition et le controle en temps reel de donnees environnementales sous-marines d'une part, et la telecommande acoustique d'engins immerges d'autre part. Ce canal presente la particularite d'etre contraignant du point de vue des communications numeriques: la propagation des ondes acoustiques par trajets multiples le rend selectif en frequence et l'effet doppler le rend non stationnaire. Le modem de transmission presente dans cette these utilise un multiplex a division de frequences orthogonales (ofdm). Le signal emis sur chaque voie du multiplex est module a deux etats de frequence (fsk) et la reception est non coherente pour eviter les problemes de recuperation de porteuse. L'introduction d'un intervalle de garde temporel superieur a la dispersion temporelle du canal permet de s'affranchir de l'interference entre symboles. L'orthogonalite entre les signaux modules emis sur chaque voie est alors definie sur une duree inferieure a la duree d'un symbole et durant laquelle le canal est suppose stationnaire. Pour lutter contre les effets lies aux evanouissements introduits par le canal, il est necessaire d'associer a la technique de transmission retenue une fonction de codage correcteur d'erreurs. Enfin, une fonction d'entrelacement est ajoutee pour eclater les erreurs eventuellement groupees a l'entree du decodeur. Les performances du systeme de transmission avec et sans codage correcteur d'erreurs ont ete evaluees par simulations sur un canal de rayleigh en presence de trajets multiples et d'effet doppler. Le traitement de signaux reels obtenus lors de campagnes de mesures en mer ont, quant a eux permis de valider le systeme ofdm/fsk pour differentes configurations de transmission: distance emetteur-recepteur, hauteur d'eau, type de fond, debit numerique. En ce qui concerne la mise en uvre des equipements d'emission et de reception, elle est simplifiee par l'utilisation de la transformee de fourier discrete (tfd). Le demodulateur a base de tfd est optimal. Dans le but de reduire le rapport entre l'intervalle de garde temporel et la duree d'un symbole, nous avons modifie les formes d'ondes a l'emission. L'utilisation de formes d'ondes gaussiennes a permis d'obtenir des performances et une efficacite spectrale du systeme de transmission meilleures. Les spectres des signaux modules emis par voie du multiplex sont alors disjoints si bien que le systeme ofdm/fsk est moins sensible au doppler

Titre traduit

Design and test of a transmission system on shallow water acoustic channel

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