Specifiche unità di trasmissione e ricezione acustica dati

Modem acustici di trasmissione e ricezione

Il sistema utilizza due modem acustici entrambi funzionanti con modalità bidirezionale; uno di essi, quello collocato vicino al diffusore, è usato come trasmettitore. Il secondo modem, installato sul fondale a circa 150 metri al largo dall'impianto di trattamento su una batimetica di circa 10 m, è usato come ricevitore.

Il posizionamento del secondo modem ad una certa profondità e distanza dalla costa è stato previsto in funzione della dinamica della acque costiere, che causano generalmente disturbi per rumore di fondo (onde e risacca) e per evitare l’ eventuale blocco del segnale dovuto alla eventuale formazione di stratificazione di densità – termoclino.

I due modems considerati sono stati entrambi sviluppati dalla Woods Hole Oceanographic Institute (UAM V1.1 e mMODEM V1.0) e verranno testati nell'ambito del progetto.

La scelta della citate unità e la pianificazione della sperimentazione necessaria alla loro messa a punto è stata fatta nell'ambito delle prime fasi del progetto con la collaborazione di Mark Johnson, ingegnere ricercatore presso WHOI.

Utility Acoustic Modem V1.1

Il modem UAM è un modem acustico subacqueo ingegnerizzato con tre schede sovrapposte alimentabili da molteplici tensioni di alimentazione principali e di backup.

UAM può essere riprogrammato mediante "script" generati utilizzando un linguaggio di programmazione ad alto livello. Tale caratteristiche permette la definizione di molteplici parametri di trasmissione e ricezione nell'ambito di applicazioni e idrofoni diversificati la cui scelta è determinata dai campi di lavoro richiesti, dalle uscite di potenza e dalle frequenze di lavoro.

Il software necessario all'impiego dei modem viene regolarmente sviluppato ed aggiornato da WHOI; attualmente il modem UAM è disponibile in modalità "low-data rate" con un affidabile algoritmo FSK (Frequency Shift Keying).

Tale apparecchiatura è stata gia testata de WHOI in acque basse a 10 Km di distanza con velocità di trasmissione variabili da 100 a 400 baud al variare dell'applicazione.

La ri-programmazione di UAM è consentita via porta seriale mediante software sviluppato su PC e sistema operativo Linux memorizzando lo stesso nella flash-memory" del'UAM.

Ogni modem può collegare sino a 4 idrofoni anche se solo uno tra essi è necessario per la ricezione FSK. Ogni idrofono ha al proprio interno un pre-amplificatore è può essere collegato sia in termini di tensione che di corrente. Il segnale del modem consiste in un amplificatore di guadagno programmabile (con aggiustamenti compresi tra 0 e 40dB), e filtri analogici passa alto e passa basso. Questi filtri, usati per tagliare il rumore e le interferenze al di fuori della banda di interesse, possono richiedere aggiustamenti per frequenze di lavoro al di fuori del campo 10-20kHz.

Modem acustico miniaturizzato mModemV1.0

Il mModem è un modem acustico a basso costo e basso consumo utilizzabile per trasferire e ricevere dati a velocità contenuta (<5000 bit-per-second) non contestualmente (half-duplex communications).

L'apparecchiatura consiste in 2-3 schede inserite in contenitore a tenuta stagna; le caratteristiche dell'apparecchio comprendono una rilevazione del segnale acustico a basso consumo, sincronizzazione in trasmissione e ricezione e un amplificatore di potenza ad alta efficienza.

Il mModem può essere usato con molteplici idrofoni e la scelta degli stessi è determinata dai campi di lavoro richiesti, dalla tensione in uscita, dalla frequanza di lavoro e dal metodo di generazione del segnale.

L'utente è in grado di variare la configurazione del modem nell'ambito di un range di funzioni di comunicazione utilizzando una applicazione in ambiente Windows.

Un algoritmo di comunicazione FSK a bassa velocità è a disposizione per l'uso all'accensione del modem.

Comparazione con il modem UAM: Vantaggi del mModem

• dimensioni più contenute
• ridotto consumo di energia (200mW anzichè 3W)
• rilevazione acustica a basso consumo (30mW anzichè 3W)
• programmazione dell'amplificazione della corrente di picco e limitato battery pack
• completa uscita in larghezza di impulso PWM - Pulse Width Modulation (superando le limitazioni nella trasmissione del segnale dell'UAM Versione 1)
• software di programmazione più semplice in ambiente Windows
• costo più basso
• temporizzazione per ricezione-trasmissione strettamente legate allo scopo di sincronizzare eventuale localizzazione del modem e la conseguente trasmissione dei dati (tale aspetto è difficilmente realizzabile con i modem UAM).

Comparazione con il modem UAM: Svantaggi del mModem

• potenza massima in trasmissione più bassa (20W invece di 50W);
• programmazione utente più limitata;
• allocazione di memoria limitata: la decodifica deve essere fatta in tempo reale limitando le prestazioni in ambienti acustici "difficili";

Per ragioni essenzialmente connesse alla necessità di mettere a punto una apparecchiatura che consumi poca energia ed essendo le caratteristiche del mModem soddisfacenti alla bisogna, nell'ambito dell'implementazione prevista dal progetto verrà utilizzato il Modem.