Diseño e implementación de un sistema de radiocomunicaciones punto a punto submarino

Abstract

En este TFM se plantea diseñar un sistemaEn este TFM se plantea diseñar un sistema de radiocomunicaciones punto a punto submarino, adaptado a los resultados de caracterización del canal obtenidos y contrastados en una primera fase del trabajo. El ámbito de este trabajo se integra e de radiocomunicaciones punto a punto submarino, adaptado a los resultados de caracterización del canal obtenidos y contrastados en una primera fase del trabajo. El ámbito de este trabajo se integra en las actividades de “Radiocomunicaciones optimizadas submarinas usando dispositivos repetidores para aplicaciones de monitorización (UNDERWORLD)” en donde participa el IDeTIC-Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, la Universidad Politécnica de Madrid y la Plataforma Oceánica de Canarias. Este proyecto tiene su continuidad en HERAKLES (Controlando las redes de comunicaciones electromagnéticas submarinas mediante despliegues autoconfigurables), iniciado este año 2017. La justificación de este proyecto del Plan Nacional de I+D+i, reside en la necesidad de monitorizar las aguascosteras para evaluar su sostenibilidad y mejorar su calidad, y como solución, se ha estudiado la posibilidad de implementar una red de sensores inalámbrica submarina. Sin embargo, debido a la falta de modelos estándar de este canal, fue necesario realizar varias campañas de medidas experimentales, que comenzaron con la realización del Trabajo Fin de Grado. En este TFM se realizan nuevas medidas a partir de un set-up que ha evolucionado durante los últimos dos años, se analizan los nuevos resultados y se diseña el sistema de comunicaciones, para posteriormente, implementarlo. Las campañas de medida se han llevado a cabo en un entorno real, ubicado en el muelle de Taliarte en Telde (Gran Canaria). Para ello, se ha utilizado un banco de pruebas con instrumentos de laboratorio y dos antenas de lazo. Estos equipos son sumergidos bajo el mar, colocando las antenas sobre el fondo del mar. Se han realizado medidas, tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia, que han sido comparadas con simulaciones de laboratorio y cálculos teóricos. La coincidencia entre los resultados teóricos, las simulaciones y las medidas llevadas a cabo ha permitido obtener un modelo de canal fiable. Este canal ha resultado ser estático, no dispersivo temporalmente y limitado energéticamente. A partir de la caracterización de canal, se ha diseñado un primer prototipo de sistema de radiocomunicación robusto, sencillo, eficiente energéticamente y que se adapta al canal submarino. El parámetro crítico del canal es su limitación en energía, lo que ha llevado a utilizar las modulaciones BPSK y QPSK. De esta manera, el sistema se basa en un transmisor, un simulador de canal y un receptor. En cuanto al transmisor está formado por tres bloques: fuente de datos, codificador de canal y conformador de pulsos. En cambio el receptor es más complejo y comprende: un detector de potencia, un control automático de ganancia, un filtro adaptado, gestión de sincronismos, igualador y decodificador de canal. Una vez diseñado el sistema, se procede a la implementación software del sistema. En primer lugar, la implementación se lleva a cabo en un lenguaje de alto nivel (Matlab), que incluye en dos versiones: una sencilla en formato bloque como paso previo, y otra en modo continuo, con una programación muy detallada y próxima a C. Ambas implementaciones fueron verificadas y validadas. Posteriormente, se abordó la implementación en C, aunque debido a la detección de diversos problemas en las fases anteriores que forzaron su rediseño, se encuentra parcialmente desarrollado y está aún en fase de implementación. Tras la verifiación del sistema implementado, se obtiene que la relación señal a ruido mínima de 8 dB, limitada por los mecanismos de enganche y sincronismo. Además, soporta una desviación máxima de frecuencia de 35 Hz con un error residual de frecuencia máximo de 1.3 Hz, siendo inmune a la desviación de fase. Cabe destacar que, debido al buen rendimiento del codificador de errores utilizado, la tasa de error de bit es nula bajo las condiciones de funcionamiento limitada por los sistemas de sincronismo. Como líneas de continuidad futuras, se plantea completa la mplementación en C, la integración en la plataforma hardware y su verificación, tanto en un entorno controlado (laboratorio), como en un entorno real (muelle). Posteriormente, se medirá su consumo en potencia, que condicionará la optimización del software. Por último, se diseñará y fabricará una carcasa que permita, la creación de los nodos sumergibles independientes para la red de comunicaciones submarina utilizando ondas electromagnéticas.