Comunicações digitais através de ultra-sons em ambientes subaquáticos

Actualmente, as comunicações digitais em ambientes subaquáticos representam uma necessidade humana e um desafio à engenharia de sistemas. A maioria das aplicações dirigidas a meios subaquáticos recorre a sinais acústicos, já que relativamente a sinais de natureza electromagnética ou óptica, os sinais acústicos desfrutam de uma atenuação reduzida. Contudo, os meios subaquáticos possuem um comportamento complexo relativamente à propagação de sinais acústico, sendo caracterizados como canais dispersivos, no domínio do tempo e no domínio da frequência. Como os sistemas acústicos possuem uma largura de banda limitada, requer-se que um sistema de comunicação acústico subaquático seja, simultaneamente, eficiente na gestão dos recursos que possui e eficaz nos mecanismos que implementa para ultrapassar as limitações providenciadas pelo meio. Enquadrada neste âmbito, a presente dissertação propõe uma solução completa de um sistema de comunicação digital. Apresenta-se o dimensionamento de uma plataforma genérica, de baixo custo, que suporta a transmissão e recepção de sinais acústicos num ambiente subaquático. Através desta, verifica-se num meio subaquático real se as características deste ambiente coincidem com a informação presente na respectiva literatura científica. Adicionalmente, são analisadas quais as técnicas de processamento de sinal mais adequadas às comunicações digitais neste meio. Converge-se para uma solução baseada na modulação OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), que alcança uma eficiência espectral de 2,95 bit/s/Hz, a um ritmo binário máximo de 103,288 kbit/s, numa largura de banda de 35 kHz. Através desta técnica, obtém-se elevada robustez aos efeitos de dispersão temporal do canal de comunicação, minimizando de forma eficaz a distorção de sinal devido à interferência inter-simbólica. Esta modulação multi-portadora recorre a sub-portadoras ortogonais, maximizando desta forma a eficiência espectral do sistema. Contudo, a ortogonalidade destas componentes pode ser comprometida pelo espalhamento de Doppler introduzido pelo canal subaquático. Para minimizar este efeito, é implementado um algoritmo adaptativo baseado na técnica LMS (Least Mean Squares).