Sistema di comunicazione wireless subacqueo = Underwater Wireless communication system

Negli ultimi anni, la comunicazione subacquea sta riscontrando molto interesse in molte applicazioni: in ambito militare, nell'industria, per il monitoraggio dell'inquinamento, e dei cambiamenti climatici e nella ricerca oceanografica[1]. Fino ad oggi il modo tradizionale per stabilire una comunicazione subacquea è quello di utilizzare le onde acustiche. Questo approccio permette una comunicazione a lungo raggio con problemi relativi all'alta latenza (centinaia di millisecondi), alla banda limitata(centinaia di hertz) e all'effetto Doppler. Per avere una comunicazione subacquea con prestazioni migliori, l'idea è quella di utilizzare le onde in banda ottica. I principali problemi sono legati all'alto coefficiente di attenuazione totale dell'acqua. Fino ad oggi i sistemi sviluppati richiedono alte potenze (nell'ordine delle decine di Watt); un distanza massima raggiunto di duecento metri; un massimo Bitrate di alcuni Mbps[2]. I sistemi attuali inoltre soffrono il problema dell'allineamento: il ricevitore e il trasmettitore hanno bisogno di essere perfettamente allineati, altrimenti la comunicazione non è possibile.Il puntamento può essere effettuato attraverso un approccio meccanico o sfruttando complesse geometria all'interfaccia tra il fascio ottico e il canale acquatico. Lo scopo di questa tesi è quello di progettare un sistema di comunicazione ottico sottomarino con un Bit Rate maggiore di 100 Mbps, a lunga distanza (> 200 m), e a bassa potenza (<10 W) senza l'utilizzo di sistemi di puntamento.Molti studi hanno dimostrato che il coefficiente di attenuazione totale ha un minimo nell regione del blu-verde[3]. Dal momento che si vuole realizzare una comunicazione non in linea d'aria è meglio basare il progetto su un LED anzichè su un LASER. Questo approccio ha il problema che al ricevitore arriva poca luce; problema che può essere risolto utilizzando dei sensori ad elevata sensibilità come i fotomoltiplicatori al silicio (SiPM).Dal momento che i SiPM sono sensori non lineari, possono essere utilizzati solo modulazione di intensità come la OOK, PPM,DPIM,etc...[4] Ognuna delle quali ha delle buone proprietà in termini di efficienza di banda, di efficienza energetica, semplicità e rubestezza alle interferenze. Per migliorare l'affidabilità del sistema, dei codici di correzione dell'errore sono stati implementati. Molti schemi di codifica sono possibili come i Turbo code, convolutional, LDPC, ecc... ognuno dei quali con i suoi pro e contro in termini di correzione dell'errore, complessità dell'algoritmo di decodifica, costruzione del codice e progettazione del codice. Una volta che il sistema è stato definito al livello più alto, può essere progettato il ricetrasmettitore. Per il trasmettitore il principale problema è stato quello di pilotare alcuni ampere di corrente permettendo un alto bit rate, con un alta efficienza energetica; per il ricevitore, il problema principale è quello di polarizzare in modo corretto il sensore e leggere l'informazione in maniera corretta. Dopo la costruzione finale, il sistema è testato valutando le sue prestazioni. [1]Underwater Optical Wireless Communication, H.Kaushal et al.,IEEEAccess [2]M. Doniec,et al,‘‘Using optical communication for remote underwater robot operation,’’ inProc.Int.Conf.Int.Rob.Syst [3]R.Smith, K. Baker, “Optical properties of clearest water" [4] C.Gabriel et al. ”Investigation of Suitable Modulation Techniques for Underwater Wireless Optical Communication",2012 int.Work.on Op.Wire.Comm.