Information-Theoretic Analysis of Underwater Acoustic OFDM Systems in Highly Dispersive Channels

Autor: Jean-Michel Passerieux, Milica Stojanovic, Francois-Xavier Socheleau, Christophe Laot
Přispěvatelé: AP, Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (UMR 3192) ( Lab-STICC ), Université européenne de Bretagne ( UEB ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -Université de Brest ( UBO ) -Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques ( IBNM ), Université de Brest ( UBO ) -Institut Mines-Télécom [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université européenne de Bretagne ( UEB ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -Université de Brest ( UBO ) -Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques ( IBNM ), Université de Brest ( UBO ) -Institut Mines-Télécom [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Département Signal et Communications ( SC ), Université européenne de Bretagne ( UEB ) -Télécom Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris]-Pôle STIC [Brest] ( STIC ), ENSTA Bretagne-ENSTA Bretagne, Department of Electrical and Computer Engineering [NU Boston], Northeastern University [Boston], Département Signal et Communications ( SC ), Université européenne de Bretagne ( UEB ) -Télécom Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris], Lab-STICC_TB_CACS_COM, Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance ( Lab-STICC ), École Nationale d'Ingénieurs de Brest ( ENIB ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -Université de Brest ( UBO ) -Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques ( IBNM ), Université de Brest ( UBO ) -Université européenne de Bretagne ( UEB ) -ENSTA Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Nationale d'Ingénieurs de Brest ( ENIB ) -Université de Bretagne Sud ( UBS ) -Université de Brest ( UBO ) -Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques ( IBNM ), Université de Brest ( UBO ) -Université européenne de Bretagne ( UEB ) -ENSTA Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Thales Underwater Systems ( TUS ), THALES, Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (UMR 3192) (Lab-STICC), Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département Signal et Communications (SC), Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Télécom Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Département STIC [Brest] (STIC), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne), Département Signal et Communications (SC), Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-Télécom Bretagne-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-Télécom Bretagne-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Université européenne de Bretagne - European University of Brittany (UEB)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Thales Underwater Systems (TUS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2012
Předmět:
Independent and identically distributed random variables
Engineering
Computer engineering. Computer hardware
[ INFO.INFO-TS ] Computer Science [cs]/Signal and Image Processing
General Computer Science
Article Subject
Orthogonal frequency-division multiplexing
02 engineering and technology
[ SPI.SIGNAL ] Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
[ MATH.MATH-IT ] Mathematics [math]/Information Theory [math.IT]
Interference (wave propagation)
01 natural sciences
TK7885-7895
[ INFO.INFO-IT ] Computer Science [cs]/Information Theory [cs.IT]
[INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing
Rician fading
0202 electrical engineering
electronic engineering
information engineering
Electronic engineering
Electrical and Electronic Engineering
0105 earth and related environmental sciences
010505 oceanography
business.industry
Transmitter
[MATH.MATH-IT]Mathematics [math]/Information Theory [math.IT]
020206 networking & telecommunications
Transmission (telecommunications)
Channel state information
[INFO.INFO-IT]Computer Science [cs]/Information Theory [cs.IT]
Signal Processing
business
Algorithm
[SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Communication channel
Zdroj: Journal of Electrical and Computer Engineering
Journal of Electrical and Computer Engineering, Hindawi Publishing Corp., 2012, 2012 (ID 716720), pp.15. 〈10.1155/2012/716720〉
Journal of Electrical and Computer Engineering, Hindawi Publishing Corp., 2012, 2012 (ID 716720), pp.15. ⟨10.1155/2012/716720⟩
Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol 2012 (2012)
ISSN: 2090-0147
2090-0155
Popis: This paper investigates the signal-to-interference ratio and the achievable rates of underwater acoustic (UA) OFDM systems over channels where time and frequency dispersion are high enough that (i) neither the transmitter nor the receiver can have a priori knowledge of the channel state information and (ii) intersymbol/intercarrier interference (ISI/ICI) cannot be neglected in the information-theoretic treatment. The goal of this study is to obtain a better understanding of the interplay between interference and the achievable transmission rates. Expressions for these rates take into account the “cross-channels” established by the ISI/ICI and are based on lower bounds on mutual information that assume independent and identically distributed input data symbols. In agreement with recent statistical analyses of experimental shallow-water data, the channel is modeled as a multivariate Rician fading process with a slowly time-varying mean and with potentially correlated scatterers, which is more general than the common wide-sense stationary uncorrelated scattering model. Numerical assessments on real UA channels with spread factors around 10−1show that reliable OFDM transmissions at 2 to 4 bits/sec/Hz are achievable provided an average signal-to-noise ratio of 15 to 20 dB.
Databáze: OpenAIRE
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