• 한국음향학회지
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• 제35권4호
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• pp.295-302
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• 2016

수중음향 채널은 다양한 경로들이 상호 간섭하여 주파수에 따른 보강 또는 상쇄 간섭을 보이는 다중경로 페이딩 채널로 정의된다. 따라서 수신신호의 신호 대 잡음비는 주파수에 따라 변화한다. 아울러 해면변동은 해면 반사경로의 코히어런트 성분의 주파수에 따른 시변 페이딩을 야기한다. 주파수 편이 키잉 시스템은 이러한 간섭과 페이딩에 덜 민감하여 강인한 시스템으로 알려져 있으며 전송률을 높이기 위해 다진 주파수 편이 키잉 시스템으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 4 채널 4진 주파수 편이 키잉 시스템의 비트오류율을 천해 다중경로 채널에서 실험하였다. 실험결과 주파수 종속 시변 수중 음향 다중경로 페이딩은 연집오류를 발생시키는 특성을 보여 리드 솔로몬 코드가 4진 주파수 편이 키잉 시스템의 비트오류율을 효과적으로 경감시키는지를 보였다. 따라서 데이터 전송율 혹은 송수신기 거리에 따른 비트 오류율은 채널의 대역폭뿐만 아니라 주파수 종속 다중 경로 페이딩에 좌우됨을 보인다.

• 한국음향학회지
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• 제38권1호
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• pp.114-119
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• 2019

천해에서 전송되어진 음향 신호는 해수면 및 바닥과 같은 경계로부터의 다중 반사파에 의해 많은 영향을 받는다. 경계로부터의 매우 큰 반사 신호는 심볼 간 간섭을 일으켜 수중 음향 통신의 성능을 저하시키는 요인이 된다. 일반적으로 이러한 종류의 음향 채널에서 반사된 신호를 방지하기 위해 파형 정형 필터를 사용되고 있다. 특히 상승 코사인 필터가 널리 사용되며, 이 필터는 전송 신호의 대역폭을 제한하는 데에도 사용된다. 본 연구에서는 천해에서 영상 데이터 전송을 위한 상승 코사인 필터를 평가하며, 이를 바탕으로 새로운 수정된 상승 코사인 필터를 제안하고 평가 하였다. 수중 음향 통신 시뮬레이션에 사용된 통신 시스템은 직교 위상천이변조(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) 시스템이고, 송수신 거리와 심볼율을 달리하여 수행한 결과, 최저 1.0 %에서 최고 32 %의 에러 감소율을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제35권3호
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• pp.167-174
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• 2016

수중통신은 해양 매질의 특성상 전달손실이 적은 음향을 사용함에 따라 육상에서의 전파통신보다 반송주파수가 낮아 신호의 대역폭이 제한되어 통신용량증가에 어려움이 따른다. 제한된 대역에 고속 및 대용량 전송이 필요해짐에 따라 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신에 대한 연구도 활발하다. MIMO 통신의 경우 지연확산 및 도플러확산 채널특성으로 인한 인접 심볼 간 간섭과 더불어 동일한 대역의 다중음원으로 인한 채널 간 간섭이 발생하므로 SIMO(Single Input Multiple Output) 통신에 비교하여 통신성능이 열악하다. 본 논문에서는 동시간대에 두 채널에서 송신된 신호가 한 채널에 간섭하여 수신되었을 경우 자기등화의 특성을 갖는 시역전 기법을 적용하여 보상 알고리즘을 단순화하고 채널 간 간섭을 완화하여 이 때의 통신성능을 확인하고자 한다. 또한 2015년 5월 동중국해 북부 해역에서 수행한 SAVEX15(Shallow-water Acoustic Variability Experiment 2015) 실험 데이터를 이용하여 이를 검증하고자 한다.

• 한국음향학회지
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• 제29권4호
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• pp.229-236
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• 2010

위상동기식 변조기법은 주파수 대역폭의 효율과 전송 신뢰도를 높일 수 있으나 수중 채널의 시변 다중경로에 의해 인접 심볼간 간섭이 발생되어 수중통신에 적용하는 데 어려움이 있다. 본 논문에서는 동해 연근해에서 위상동기 변조방식인 BPSK와 QPSK 신호를 전송하고, 시간에 따라 변화하는 다중경로와 위상변동에 의해 왜곡된 수신신호를 보상하기 위한 위상 추정기를 결합한 적응형 등화기를 제안한다. 해상실험을 통해 전송된 위상동기식 변조신호가 수중채널의 시변 다중경로 특성에 의해 왜곡되었음을 보였고 제안된 방법에 의해 왜곡된 신호가 보정됨을 보였다. BPSK와 QPSK 신호 전송시 300 m 거리에서 각각 0.0078, 0.0376의 비트 오류율을 보였으며, 1000 m 거리에서는 0.0146, 0.0293의 비트 오류율을 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권6호
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• pp.1-10
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• 2021

최근 해양 수중 산업의 발전으로 수중 센서 네트워크(UWASN: Underwater Acoustic Sensor Network)에 대한 관심이 증대되고 있다. 수중 센서 네트워크를 효율적으로 운용하기 위해서는 노드 간 전송 충돌을 방지하고 통신 자원을 효율적으로 공유할 수 있는 매체 접속 제어(MAC: Medium Access Control) 프로토콜을 적용하는 것이 매우 중요하다. 하지만 수중 채널은 지상 무선 통신 환경과 달리 좁은 대역폭, 긴 전파 지연 시간, 낮은 전송률 등의 특성을 가지므로 지상 환경에서 개발된 비직교 다중 접속(NOMA: Non Orthogonal Multiple Access)의 노드 페어링 기법을 그대로 적용할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 수중 채널의 특수성을 고려한 수중 음향 센서 네트워크에서의 비직교 다중 접속 다차원 노드 페어링 기법을 제안한다. 기존의 기법들은 노드 페어링 시 채널 품질만을 고려하였다. 기존 기법과 달리 제안 기법에서는 채널 품질 뿐 아니라 노드 간 공평성, 트래픽 부하, 패킷의 나이를 추가로 고려하여 최적의 노드 쌍(node-pair)을 찾는다. 추가적으로, 송신 노드는 실제 경로 손실 대신 노드 쌍 가능 노드 목록(PNL: Pairable Nodes List)을 활용함으로써 노드 페어링 시의 계산 복잡도를 줄인다. 시뮬레이션 결과에 따르면 공평성 요소까지 고려한 제안 기법이 기존 기법 대비 최대 23.8% 전송률 증가, 28% 지연 시간 감소, 공평성은 최대 5.7% 향상됨을 확인할 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제40권5호
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• pp.428-438
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• 2021

심해 장거리 통신에서는 전달 손실이 적은 낮은 반송 주파수가 효율적이지만, 좁은 대역폭을 가지는 제약이 따른다. 대역폭의 감소는 전송률의 감소를 의미하며, 제한된 대역폭을 가진 환경에서 전송률을 증가시키기 위해서는 고차 변조 기법으로 설계될 필요가 있다. 본 논문은 고차 변조 기법으로 설계된 장거리 수중음향통신 데이터 분석 결과를 제시한다. 2020년 10월 동해에서 예인 음원을 이용한 장거리 해상실험 (23 km ~)이 수행되었고, 수직 선 배열을 통해 데이터를 획득하였다. 본 연구팀은 위상 변조 방식이 적용된 Phase Shift Keying (PSK) 계열 신호와 위상 및 진폭 변조 방식이 적용된 Quadrature Amplitude Modulation (QAM) 계열의 신호를 송신하였으며, 구체적으로 각 계열별 두 종류의 신호를 설계하였다; 1) PSK : quadrature PSK and 8PSK, 2) QAM : 8QAM and 16QAM. 데이터 분석을 위해 수신 신호와 채널 임펄스 응답 사이의 상관성을 활용하여 심볼 간 간섭을 완화시키는 시역전 처리가 적용되었다. 23 km 거리 데이터에 대해 모든 변조 방식이 성공적으로 복조됨으로써 장거리 환경에서 고차 변조 기법의 활용 가능성을 실험적으로 확인하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.1818-1826
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• 2014

해면 상태의 변화는 수중 음향 통신 수신 신호에 전방 산란 및 도플러 확산을 야기하여 수신 신호의 진폭, 주파수 및 위상은 시간적으로 변화한다. 따라서 통신채널의 일관성 대역폭과 페이딩 변화에 의해 고속 동기식 디지털 통신 성능은 장애를 받게 된다. 본 논문에서는 2가지의 해면 상태에서 QPSK의 성능을 평가하였다. 해면 산란이 성능에 미치는 영향은 LFM 신호를 이용하여 구한 채널의 임펄스 응답과 시간 일관성을 기반으로 해석하였다. 잔잔한 해면보다 거친 해면 상태의 임펄스 응답은 불안정하고 일관성 시간은 짧다. 이러한 결과와 수신 신호의 포락선, 진폭 및 위상과의 관계를 해석하여 QPSK의 비트 오류율이 해면 상태와 직접적으로 관계되는 것을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권2호
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• pp.184-191
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• 2022

천해에서의 음파는 긴 지연시간을 가지는 다중경로를 통해 전달되며 이러한 특성은 통신에서 Inter-Symbol Interference(ISI)을 야기하기 때문에 성능을 악화시킨다. 본 논문에서는 잔향음 우세 환경에서의 통신성능을 분석하고 다중경로 지연시간과의 상관관계를 파악하기 위해 5 × 5 × 5 m³ 수조에서 다양한 심볼 전송속도(100 sym/s to 8000 sym/s)를 갖는 Binary Phase-Shift Keying(BPSK) 신호를 이용하여 실험을 수행하였다. 제어가능한 수조 환경에서의 음향 채널은 수조 내 경계면 및 벽면에서의 다중반사로 인해 밀집한 다중경로 특성을 가지며 약 40 ms 이하의 최대 초과 지연과 8 ms 이하의 Root Mean Squared(RMS) 지연확산을 보였다. 본 논문에서는 4가지 통신 복조 기법을 이용하여 Bit Error Rate(BER) 성능과 출력 Signal-to-Noise Ratio(SNR) 성능을 분석하며 잔향음 우세 환경에서의 심볼 시간과 RMS 지연확산의 비율인 Symbol interval to Delay spread Ratio in reverberant environment(SDR_rev)을 정의하여 통신성능이 보장될 수 있는 기준 심볼 전송속도를 제시한다.