Analytical performance evaluation of GFDM in underwater acoustic communication systems

• Alexander Hilario-Tacuri ^[1] ; Leonel Soncco ^[1] ; Diego Donaires ^[1] ; Juan Borja ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
• Localización: Revista Facultad de Ingeniería: Universidad de Antioquia, ISSN-e 2422-2844, ISSN 0120-6230, Nº. 104, 2022, págs. 20-32
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Evaluación analítica de desempeño del GFDM en sistemas de comunicación acústica subacuática
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• Resumen
  • español

    El rápido crecimiento de Internet de las cosas (IoT) ha extendido su concepto a entornos subacuáticos. Sin embargo, la implementación de estos sistemas a través de comunicación cableada todavía representa un desafío tecnológico, principalmente debido al alto costo de su implementación. Por lo tanto, las comunicaciones inalámbricas se consideran una solución interesante para el despliegue de sistemas de comunicaciones subacuáticos. Investigaciones preliminares indican que la comunicación inalámbrica acústica subacuática se puede utilizar para algunas aplicaciones de Internet de las cosas subacuáticas, principalmente debido al amplio rango de comunicación que tiene. Sin embargo, una desventaja significativa de los sistemas acústicos es su baja velocidad de transmisión de datos, por lo tanto, se deben realizar estudios y análisis para mejorar esta desventaja. Teniendo en cuenta que se han propuesto nuevas formas de onda para mejorar el rendimiento de los sistemas de comunicaciones inalámbricas terrestres, este artículo presenta el desarrollo expresiones analíticas generales que permiten la evaluación del rendimiento de la forma de onda de Multiplexación por división de frecuencia generalizada (GFDM) en entornos subacuáticos. Estas expresiones analíticas se obtuvieron considerando un modelo de tiempo continuo para la señal GFDM y modelando el canal de comunicación acústica subacuática como un canal multitrayecto variable en el tiempo. Se obtuvieron resultados numéricos para muchos parámetros diferentes del sistema y del canal, lo que permitió una evaluación cuantitativa de la degradación del rendimiento del sistema.

  • English

    The rapid growth of the Internet of Things (IoT) has extended its concept to underwater environments. However, the implementation of these systems via wired communication still represents a technological challenge, mainly due to the high cost of their deployment. Therefore, wireless communications are seen as an interesting solution for the deployment of underwater communications systems. Preliminary research indicated that underwater acoustic wireless communication could be used for some Internet of Underwater Things applications, mainly due to the wide range of communications involved. However, a significant disadvantage of acoustic systems is their low transmission data rate; thus, studies and analyses to improve this disadvantage must be carried out. Considering that new waveforms have been proposed to improve the performance of terrestrial wireless communications systems, this work presents the development of general analytical expressions that allow the performance evaluation of the Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM) waveform in underwater environments. These analytical expressions were obtained considering a continuous-time model for the GFDM signal and modeling the underwater acoustic communication channel as a time-varying multipath channel. Numerical results were obtained for many different systems and channel parameters, allowing a quantitative evaluation of the system performance degradation.