토양 수분은 육상 생태계를 지배하는 핵심 변수로 널리 간주되어 왔다. 따라서 토양 수분을 모니터링하고 추정하는 것은 수문, 농업, 생화학적, 및 기후 역학을 평가하는 데 필수적이다. 그러나 최대 토양 접촉을 요구하는 기존의 토양 수분 모니터링 방법은, 토양 교란을 최소화하여 토양의 고유 특성을 보전하지 못하는 한계가 있다. 이 문제를 극복하기 위해 본 연구에서는 비접촉 초음파 시스템을 이용하여 토양 수분을 평가 방법을 개발하였다. 이 시스템은 공기-토양 조인트 절반 공간에서 누설 레일리파(Rayleigh wave)를 측정하도록 설계되었다. 토양 수분의 변화에 대한 누설 레일리파의 측정은 통제된 실험 설계에서 모래, 실트, 점토와 같은 세 가지 토양 유형에서 평가하였다. 본 연구 결과에서 세 가지 토양 사례 모두, 누설 레일리파의 에너지와 토양 수분 사이에 밀접한 관계가 있음을 보였다. 그러나 모래에서 얻은 동적 매개변수의 특성은 실트 및 점토의 특성과 다른 형태를 보였다. 이러한 결과는 미세한 토양 입자와 대조적으로 굵은 토양 입자는 증발 과정에서 감소된 토양 강도로 설명될 수 있다. 관측된 누설 레일리파에서 얻은 동적 매개변수를 기반으로 토양 수분을 평가하기 위해 랜덤 포레스트 모형을 이용하였다. 예측된 토양 수분의 정확도는 모든 데이터 및 토양 유형에 관계없이 높은 정확도를 보였다(R2 ≥ 0.98, RMSE ≤ 0.0089 m3 m-3). 즉, 본 연구에서는 레일리파가 토양 교란 없이 토양 수분 변화를 지속적으로 평가할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있음을 보여주었다.
레일리는 수학적 이론에 능했을 뿐 아니라 실험 음향학자로서 중요한 기여를 했다. 그는 리케의 열에 의한 음발생 장치와 노래하는 불꽃을 순음발생 장치로 개선했다. 무엇보다는 그가 만든 인공 새소리 발생장치는 실험용음원의 개선에서 결정적으로 기여했다. 이 장치는 초음파를 발생시켜 실험실 안에서 소리의 직진, 굴절, 회절, 간섭의 실험을 교란 없이 수행할 수 있게 해주었다. 또한 레일리는 소리의 검출장치로서 민감 불꽃을 개선했다. 그는 또한 정밀한 회전속도 조절장치 (소리바퀴)와 소리의 절대 세기를 측정하는 장치 (레일리 원반)를 만들어 실험 음향학의 정밀성의 증진에 기여했다.
본 논문에서는 임펄스 잡음과 주파수 선택성 레일리 페이딩이 공존하는 통신로에서 OFDM/ QPSK 시스템의 오율 성능을 해석하고, 성능 개선 기법으로 컨벌루션 부호화 기법을 적용하여 성능 개선을 도모하였다. 임펄스 잡음과 주파수 선택성 레일리 페이딩이 공존하는 채널에서는 보호 구간 길이보다 채널 지연 시간이 짧은 경우에 좋은 오율 성능을 나타내고, 보호 구간 길이를 벗어나면 오율 성능이 현격히 떨어짐을 알 수 있었다. 그리고 채널 상에서 존재하는 강한 임펄스 잡음의 영향을 받으면 오율 성능이 약 $10^{-1}$ 정도로 떨어짐을 알 수 있었다. 또한 임펄스 잡음과 주파수 선택성 레일리 페이딩이 공존하는 통신로에서는 부호화기법을 적용하지 않으면 음성 서비스조차 지원할 수 없는 반면에, 컨벌루션 부호화 기법을 적용하면 데이터 서비스까지 지원할 수 있음을 알 수 있었다.
본 연구에서는 이동통신 시스팀에서 채널 모델의 시뮬레이션을 수행하는데 사용 가능한 알고리즘을 개발하였으며 이동체 속도에 따라 그 특성을 분석하였다. 이동통신 채널에서는 다중 경로에 의하여 레일리 페이딩 채널이 구성되어 지는데 이의 알고리즘 개발을 위하여 실제 제작 구현이 용이한 위상 변조신호 합성 방법과 shaping 필터를 이용하는 방법을 채택하였다. 개발 알고리즘을 분석한 결과 제시한 두 모델 모두가 채널 시뮬레이션을 위하여 사용가능함을 확인하였으며 특히 레일리 분포 특성에서는 위상변조 신호 합성방식이 이론치와 더욱 유사됨을 알 수 있었다.
본 논문에서는 다중 경로 레일리 페이딩 채널에서 MC (Multi-Carrier) CDMA 시스템의 BER 성능을 분석하였고, 최근에 가장 강력한 부호화 기법으로 급부상하고 있는 터보 코드를 MC CDMA 시스템에 적용하여 성능 개선 정도를 평가하였다. 성능 해석 결과, 레일리 페이딩 채널에서는 강력한 성능 개선 기법을 적용하지 않는 한 사용자수와 E$_{b}$/N$_{o}$ 값에 관계없이 음성 서비스를 지원하지 못함을 알 수 있었다. 한편, 터보 코드를 성능 개선 기법으로 적용하면 BER 성능이 매우 개선되고, 사용자 수와 E$_{b}$/N$_{o}$ 값에 관계없이 음성 서비스를 충분히 지원할 수 있음을 알 수 있었다. 예를 들어 E$_{b}$/N$_{o}$ 가 10 dB이고 사용자 수가 10명인 경우, 터보 코드를 적용함에 의해 BER 성능이 약 5$\times$$10^{-3}$ 정도 개선됨을 알 수 있었다.
본 논문에서는 디지털 M/W 전송 채널을 비선택성 레일리 페이딩 채널로 모델링하고 직교 주파수 분할 다중화(OFDM ; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기법을 적용한 디지털 M/W 전송 시스템의 전력 스펙트럼 크기를 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 성능 분석 결과, AWGN 환경에서는 고정된 대역폭 내에서 전력 스펙트럼 크기에 큰 널링(ing)이 발생하지 않음을 알 수 있었다. 그리고 비선택성 레일리 페이딩 채널 환경에서는 AWGN 환경보다 전력 스펙트럼 크기가 상대적으로 작아짐을 알 수 있었고, 게다가 반송파 주파수와 이동 차량 속도가 높아지면(도플러 주파수가 커지면) 전력 스펙트럼 크기가 더욱 더 작아짐을 알 수 있었다.
본 논문에서는 사용자의 분포에 따라 섹터의 크기가 가변되는 안테나의 섹터 형성과 오율성능 개선을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 섹터의 크기가 가변적이기 때문에 사용자의 분포에 따라 섹터별 부하의 차이를 줄일 수 있어 간섭제거 효과를 얻을 수 있었다. 시뮬레이션 결과 가우스 분포를 하는 사용자 수에 따라 섹터의 크기가 가변됨을 확인할 수 있었고, 고정된 섹터 시스템에 비해 동일한 SNR에 대해 오율성능이 개선됨을 알 수 있었다. 채널 환경으로는 가우스 잡음, 레일리 페이딩 및 다중 사용자 간섭을 고려하였고 변복조 시스템은 BPSK로 하였다.
소규모 천부 불균질대가 레일리파의 전파 및 분산특성에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 반무한 균질 매질과 2층 층서구조상의 소규모 천부 불균질대를 상정하고 이 불균질대의 심도, 규모 등을 변화시키면서 레일리파의 전파양상과 분산특성에 대해 고찰하였다. 불균질대의 크기가 최소파장을 기준으로 한파장 이상의 경우 레일리파의 분산 현상이 확인되었으며 이러한 현상은 불균질대의 크기가 클수록 커지며 심도가 깊어질수록 작아지고 심도와 수직적 크기변화보다는 수평적 크기변화에 더 민감한 것을 확인하였다. 분산으로 인한 위상속도의 변화 양상은 불균질대의 크기가 일정정도 이하일 경우에는 탄성파 기록상에서는 확인하기 어려우나 분산된 레일리파의 반사 및 투과 이벤트와 그로 인한 진폭변화를 통해 불균질대 존재 여부를 확인하는 지시자로 사용될 수 있을 것으로 판단되며 이런 결과는 소규모 불균질대나 공동탐지를 위한 현장탐사나 새로운 해석방법 개발에 있어 한 지침을 제공할 것으로 기대된다.
천부 탄성파 탐사 기록에서 신호부를 약화시키는 레일리파를 제거하고, 초동 인지가 어려운 S파 신호를 강화하는 방법을 제시하고자 다성분 복소트레이스 분석법에 기초한 분극 필터를 작성하였다. 이 분극필터의 효율성을 시험하기 위해서 단순한 수평 2층 모델 자료를 유한차분법으로 합성하였다. 그 결과 타원운동을 하는 레일리파가 비교적 잘 제거되고 선형운동의 P파와 S파도 효과적으로 분리됨을 볼 수 있었다.
간섭과 레일리 페이딩이 함께 존재하는 환경하에서 FH/MFSK 신호의 오류 확률식을 유도하고 유도한 식에 의해 수치 계산 한 결고를 그래프로 나타내고 분석하였다. 선택 합성법고 최대비 합성법의 공간 다이버시티 기법의 채용에 따른 오류 확률의 개선 정도를 알아내었다. 분석 결고 최대비 합성법이 레일리 페이딩과 감섭에 대해 매우 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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