Spectrum Sensing para la detección de cetáceos en Comunicaciones Acústicas Submarinas

Abstract

Los sistemas de comunicaciones acústicas submarinas utilizan la banda de frecuencias acústicas para transmitir información a través del medio acuático. La propagación acústica se caracteriza por varios factores: la atenuación, la propagación multicamino variable en el tiempo y la baja velocidad del sonido. La propagación multicamino es debida a las reflexiones y las refracciones producidas a través del canal. Además, la respuesta del canal sufre continuos cambios causados por el movimiento de los transceptores que van a bordo de los barcos o vehículos autónomos submarinos. La baja velocidad del sonido contribuye al ensanchamiento de la respuesta del canal, lo que produce ecos con retardos del orden de milisegundos. Al mismo tiempo, el espectro es compartido con los cetáceos, que utilizan las bandas acústicas para sus comunicaciones, y deben ser considerados como usuarios primarios.Esto significa que los cetáceos pueden acceder al espectro cuando lo necesiten emitir sonidos. Con el fin de evitar la contaminación acústica de esta banda espectral y no molestar a los animales, en el presente trabajo se han considerado algunas técnicas de spectrum sensing. Los esquemas más apropiados para detectar cetáceos son el detector de energía y el detector basado en forma de onda. Por tanto, el rendimiento del sistema de comunicación, basado en una esquema de OFDM, será evaluado incorporando ambos detectores y considerando tanto la ausencia como la presencia de cetáceos.

Underwater acoustic communication systems use acoustic frequency band to transmit information through the water medium. Acoustic propagation can be characterized by several factors: attenuation, time-varying multipath propagation and low speed of sound. The multipath propagation is due to the reflections and refractions produced through the channel. Additionally the channel response suffers continuous changes caused by the movement of transceivers located on board of boats or underwater autonomous vehicles. The low speed of sound contributes to spreading the channel response that produces echoes with delays of order of milliseconds. At the same time, the spectrum is shared with cetaceans which use the acoustic bandwidth for communications and must be considered as primary users. This means that cetaceans can accede to the spectrum when they need to emit sounds. In order to avoid acoustic contamination of this spectral band and to not disturb the animals this paper considers some spectrum sensing techniques. The most appropriate detection schemes to detect cetaceans sounds are energy detector and waveform based detector. So the performance of communication system, based on OFDM scheme, will be evaluated incorporating both detectors and considering the absence and the presence of cetaceans.