Kim, Kil-Yong;Kim, Min-Sang;Ko, Hak-Lim;Im, Tae-Ho
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.38
no.1
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pp.30-38
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2019
In recent years, researches on various communication methods have been conducted, particularly on OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) and CDMA (Code Division Multiple Access) methods, as the use of underwater communication increases. While OFDM is, in general, advantageous in that it is resistant to Doppler in the water and it enables a high-speed communication, CDMA is resistant to frequency selective fading in the water and it can reduce energy consumption. Therefore, in this paper, we performed experiments in the shallow water in Western Sea of Korea to analyze the performance of OFDM and CDMA communication systems in the underwater channel environment. The maximum delay spread and Doppler spread were drawn by using the data obtained from the real sea area in order to analyze the underwater channel environment characteristics of the shallow water in Western Sea of Korea. The communication performances of OFDM and CDMA are shown as coded BER (Bit Error Rate) according to the variation of the maximum delay spread and the Doppler spread, respectively. The result of the analysis show that the OFDM method has more resistant performances to the underwater channel environment changes than the CDMA method.
Park, Heejin;Kim, Donghyeon;Kim, J.S.;Song, Hee-Chun;Hahn, Joo Young
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.37
no.6
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pp.451-456
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2018
UAComm (Underwater Acoustic Communication) is an active research area, and many experiment has been performed to develop UAComm system. In this paper, we investigate the possibility of modifying and applying VirTEX (Virtual Time series EXperiment) to medium long range MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) UAComm of about 20 km range for the analysis and performance prediction of UAComm system. Since VirTEX is a time-domain simulator, the generated time series can be used in HILS (Hardware In the Loop Simulation) to develop UAComm system. The developed package is verified through comparing with the sea-going FAF05 (Focused Acoustic Field 2005) experimental data. The developed simulator can be used to predict the performance of UAComm system, and even replace the expensive sea-going experiment.
The performance of underwater acoustic communication system is sensitive to the Doppler shift and ISI(Inter-Symbol Interference). Therefore, the simulation algorithm needs to consider time-spread due to multipath arrivals which cause the ISI, and time-varying Doppler shift along with moving source and receiver. For this purpose, VirTEX(Virtual Time series EXperiment) based on Ray model has been developed. In this paper, VirTEX is used to compare the characteristics of ocean waveguide from the experimental data and illustrate the performance. The CIR(Channel Impulse Response) that characterizes the multipath arrivals with representative time-spread due to multipath arrivals is compared between numerically simulated and experimental probe signal. Also, the communication performance analysis for BER(Bit Error Rate) is compared between numerically simulated and experimental data signal. As a result, VirTEX can be useful as a simulation tool for evaluating the performance of underwater acoustic communication system.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.15
no.2
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pp.299-306
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2011
In this paper, a blind adaptive equalization algorithm based on PDF-distance minimization and a set of Delta functions is introduced and its superior robustness against impulsive noise and multipath characteristics of underwater communication channels is proved. The conventional CMA based on MSE has shown to be incapable of coping with impulsive noise, and correntropy blind algorithm has also revealed to yield not satisfying performance for the mission. On the other hand, the blind adaptive equalization algorithm based on PDF-distance minimization and a set of Delta functions has been proved to solve effectively the problem of impulsive noise and multipath characteristics of underwater communication channels through theoretical and simulation analysis.
Recently, the necessity of underwater acoustic communication and demand for transmitting and receiving various data such as voice or high resolution image data are increasing as well. The performance of underwater acoustic communication system is influenced by underwater channel characteristic. Especially, a delay spread caused by reverberation and multi-path induces the ISI (Inter-Symbol-Interference) and reduces the communication performance. In this paper, we study the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) technique for robust the delay spread in underwater channel. We also use the clipping method to overcome the performance degradation in high PAPR (Peak-to-Average Power Ratio). We confirm the performances of underwater communication system by the underwater channel model simulation model and experiment in small water tank. As a result, the multi-carrier modulation with clipping method presented low BER and the previous single carrier modulation had high BER.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.4
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pp.425-430
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2013
Robust and high speed underwater communication is severely limited when compared to communications in terrestial. In free space, RF communication operates over long distances at high data rates. However, the obstacle in seawater is the severe attenuation due to the conducting nature. Acoustic modems are capable of long range communication up to several tens of kilometers, but it has low data-rate, high power consumption and low propagation speed. An alternative means of underwater communication is based on optics, wherein high data rates are possible. In this paper, the characteristics of underwater channel in the range of visible wavelength is investigated. And the possibility of optical wireless communication in underwater is also described. The LED-based transceiver and CMOS sensor module are integrated in the system, and the performance of image transmission was demonstrated.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2008.05a
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pp.881-884
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2008
수중 음향 센서 네트워크는 무선 센서 네트워크의 한 분야로서 활발하게 연구되고 있다. 하지만 무선 센서 네트워크에서의 지상이라는 환경은 수중 음향 센서 네트워크에서의 수중이라는 환경과 많은 차이가 있다. 예를 들어 수중에서는 지상에서 보다 더 많은 통신 에너지를 필요로 하며 현재 단일채널 밖에 사용할 수 없다. 그러므로 수중 음향 센서 네트워크에서 무선 센서 네트워크의 메커니즘을 그대로 사용하기에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 수중 음향 센서 네트워크에서의 에너지 효율적 클러스터링 메커니즘을 제안한다. 제안하는 클러스터링 메커니즘은 단일채널의 수중환경을 대상으로 클러스터 내 통신에서 발생하는 충돌문제를 최소화하여 에너지 효율을 증가시키기 위해 하향식방법을 이용하여 클러스터 헤드 노드를 선정하고 선정된 클러스터 헤드 노드를 중심으로 클러스터 범위를 결정하는 방법을 제시한다.
Underwater channels can be regarded as time-varying systems in view of the acoustical characteristics due to the fact that the characteristics of the channel are affected by the environmental and geometrical conditions. Especially in shallow water case, the surface and bottom conduct as a waveguide so echo effect due tu the multipath reflections are severe. Therefore in shallow water communications, it is very important to equalize the transmitted signals distorted by the underwater channels with time-varying multipath fading. In this paper an equalizer system which employs the frequency domain adaptive filter to equalize the channels using inverse modeling technique is introduced.
Kim, Min-Sang;Cho, Dae-Young;Kim, Kye-Won;Lee, Tae-Seok;Park, Jong-Won;Lim, Yong-Gon;Ko, Hak-Lim
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.15
no.4
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pp.162-168
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2014
The OFDM system have been widely studied for the purpose of increasing data rate with more reliable communications in underwater channel environments. And it is possible only when the sub-carrier's bandwidth is smaller than the coherence bandwidth of channel in the underwater OFDM communication system. However, the size of the FFT for the OFDM system will be increased because the coherence bandwidth is as small as several tens of Hz in real underwater channel environments. Also, It is necessary to add a CP having a length longer than the rms delay spread of a channel. So the complexity of the system is increased and the data efficiency is reduced. Therefore, in this paper, we have studied the increase of the coherence bandwidth by adapting the beamforming technologies. To do this, we have collected data from real underwater channel environments and analyzed the coherence bandwidth when adapting the beamforming technologies. Analyzing the experimental data show that the coherence bandwidth by the beamforming technologies in underwater channel environments was greatly increased compared to that of a single sensor.
Underwater acoustic communication channel parameters consist of impulse response, delay spreading, scattering function, coherence bandwidth, frequency selective fading, coherence time and time variant magnitude fading statistics on which communication system modem and channel coding are designed. These parameters are influenced by sound velocity profile, platform motion and sea surface roughness in given acoustical oceanography condition. In this paper, channel model based on phasor, channel simulator, measurement and analysis method of channel parameters are given in a fixed source-to-receiver system and the parameters are analyzed using shallow water experimental data. For two different source-to-receiver ranges of 300 m and 600 m, the parameters are characterized by three multipaths such as a direct, a surface reflection path with time variant scattering and a bottom reflection path. The results present a channel modelling method of a fixed source source-to-receiver system, channel parameters measurement and analysis methods and a system design and performance assessment method in shallow water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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