Information theoretical performance analysis and optimization of underwater acoustic communication systems

Kablosuz sualtı haberleşme alanındaki araştırma ve mühendislik faaliyetleri hızla gelişmektedir. Bir zamanlar sadece askeri uygulamalar söz konusu iken, günümüzde sivil amaçlı uygulamaları da ortaya çıkmaktadır. Sualtı kablosuz haberleşmenin kullanıldığı uygulamalara örnek olarak petrol arama/izleme, oşinografik bilgi toplama, deniz arkeolojisi, sismik gözlem, çevresel gözlem, afet önleme, liman ve sınır güvenliği sayılabilir. Karasal radyo kanal kapasitesi üzerine kapsamlı hesaplama çalışmaları bulunmasına rağmen, sualtı akustik kanal kapasitesi üzerindeki çalışmaların sayısı azdır; dolayısıyla bu alanda açık birçok araştırma problemi bulunmaktadır. Bu tezde, gelişmekte olan bu alandaki mevcut araştırma boşluğunu doldurmak amacıyla, noktadan noktaya ve röle destekli sualtı akustik haberleşme sistemlerinin bilgi kuramı perspektifinden başarım analizleri yapılmıştır. Çalışmada tek taşıyıcılı bir system mimarisi ele alınmış ve seyrek Rician sönümleme ile simgelerarası girişime maruz kaldığı varsayılmıştır. Kanaldaki gürültüyü modellemek için ise, beyaz olmayan Gaussian dağılımı kullanılmış; sıcaklık, tuzluluk oranı, basınç, mesafe ve frekans gibi çevresel parametreleri de kanal modeline dahil etmek adına, Francois-Garrison yol kaybı formülü kullanılmıştır. Tezin ilk kısmında, sualtı akustik kanal için eşdeğer bir kanal modeli geliştirilmiş ve bilgi çerceve genişliği sonsuza gittiğinde kanal kapasitesi ifadesi elde edilmiştir. Bu ifadenin ışığında, kanal kademe yer ve sayısı, güç gecikme profili gibi kanal parametreleri ile sıcaklık, tuzluluk oranı ve basınç gibi çevresel etkenlerin kanal kapasitesine etkisi ortaya konmuştur. Ardından, kanal kapasitesini eniyileyecek şekilde optimum taşıyıcı frekansı, giriş sinyali ve bant genişliği tesbit edilmiştir. Optimum taşıyıcı frekansı için analitik bir ifade çıkarımı da yapılmıştır. Tezin ikinci kısmında ise, tek taşıyıcılı işbirlikli sualtı haberleşme sistemlerinde çöz-ve-ilet röleleme varsayımı altında erişilebilir veri hızı çıkartılmıştır. Hesaplamalarımızda röle noktalarının yerleri de göz önünde bulundurulmuş ve başarımı eniyileyecek şekilde röle yerleri tesbit edilmiştir.