본 논문은 음선 경로법에 기반한 광대역 수중음향 전달 채널을 모델링하는 방법을 다루었다. 수중음향 전달 채널은 종종 주파수 영역에서 시간 조화 함수로 취급되어, 광대역 시계열 신호 모의 시 활용이 어렵다. 따라서 수중 음파 전달 환경을 반영한 광대역 시간영역 모델링 기법이 요구되며, 본 논문에서는 이를 위해 시간영역에서 다중 경로의 도달 시간지연이 계산 가능한 고유 음선 분석 기법을 활용하였다. 또한 연속 시간의 파동방정식으로부터 산출된 고유 음선의 분석 결과를 컴퓨터 모의가 가능한 이산시간 시스템에 적용하기 위해, 음선의 위상, 주파수별 손실 및 도달 시간지연을 유한 임펄스 응답으로 근사하여, 광대역 수중음향 전달 채널을 모의하는 방법을 제안하였다.
일반적으로 공간적 상관도가 존재하는 채널에서 다중 안테나 시스템은 그 성능이 열화되는 것으로 알려져 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로 안테나 선택을 통해 공간적 상관도를 극복하고 다이버시티와 공간 다중화의 스위칭을 통해서 시스템의 에러 확률을 개선하는 안테나 선택 및 스위칭 시스템 방식을 들 수 있다. 그러나 이러한 시스템의 경우 채널의 공간적 상관도에 대한 모델링의 어려움으로 인해 이론적인 분석이 미비한 실정이다. 본 논문에서는 채널의 Frobenius norm과 최소 고유치들의 통계적인 특성을 이용하여 안테나 선택 및 스위칭 시스템의 성능을 이론적으로 분석하고, 모의 실험 결과와의 비교를 통해 유사한 성능을 보이고 있음을 확인한다.
최근 극단파의 펄스를 사용하는 UWB(Ultra WideBand) 기술이 다양한 무선 통신기기에 응용되고 있다. 이와 같은 UWB 기기들은 동일한 주파수 대역을 공동으로 사용하기 때문에 상호 간섭에 의한 장애가 발생하고 이를 방지하기 위해 적은 전력을 사용하여 수십미터 이내의 근거리 통신을 주로 하게 된다. 특히, UWB는 실내공간에서 기기간의 통신에 많이 사용하게 되는데 이를 위한 다양한 실내 환경의 채널의 모델링이 필요하다. 아울러 채널의 특징에 대한 정확한 정보는 통신 시스템 디자이너에게 채널의 성능을 예상할 수 있게 하므로 정확한 채널 모델링은 통신 시스템을 설계하는데 있어서 아주 중요하다. 본 논문에서는 가시거리 환경에서 기존의 모델보다 정확한 UWB 채널을 위한 새로운 모델을 정립하였다.
최근 수중 무인 체계가 대두됨에 따라 핵심 기반 기술인 장거리 수중통신기술 및 고속 수중채널모델링 기술이 많은 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 고속 수중채널모델링을 수행하기 위한 고속 음파전달모델을 제안하여, 정량적인 성능 분석을 통해 제안 기술의 적용 가능성을 살펴보았다. 수층에서의 파동 전파를 모사하기 위하여 고차 유한 차분 기법을 사용하였으며, 범용 그래픽 프로세서를 이용한 영역 분할 기법을 적용하여 여러 개의 그래픽 프로세서 병렬 처리를 통해 연산 속도를 향상시켰다. 제안한 기법은 반무한 매질에서의 해석해와의 비교 및 파선법에 기반한 VirTEX 모델을 이용한 결과와의 비교를 통해 그 타당성을 검증하였다. 최종적으로 수치예제를 통해 고속 수중채널 모델링 기법의 정량적인 연산 성능을 분석하였다. 개발모델의 연산 성능 향상 정도를 정량적으로 분석한 결과 그래픽 프로세서 수가 증가함에 따라 연산 속도가 선형에 가깝게 빨라지는 것을 확인하였다. 연산 영역의 크기가 2배로 증가할 때와 주파수가 2배로 증가할 때 계산 시간은 각각 2배와 8배로 증가하였다. 본 논문을 통해 제안한 고속 수중채널모델 기술은 해양무인체계의 수중통신기술 개발을 위한 수중통신 채널모델 및 분석 툴로 탑재되어 국방력 강화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
전력선 채널 잡음은 전력선에 연결되어 있는 전기기기들에 의하여 변화하는 특성을 갖으며, 이러한 잡음 특성을 극복하기 위한 한가지 방법으로 DS/SS 방식을 적용하는 방법이 있다. 그러나 저속 DS/SS 전력선 모뎀의 경우 낮은 데이터전송률 때문에, 잡음 특성을 개선하기 위하여 Chip 수가 큰 PN code를 적용하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 전원 전압에 동기되어 잡음의 양이 변화하는 것에 따라 PN code를 변경하는 방법[1]을 적용하고자 하였다. 전력선 채널의 잡음은 비교적 부하가 고정적인 가로등 전력선 채널로 한정하여 잡음을 모델링 하였으며, 전원전압에 맞추어 잡음의 양에 따라 PN code 길이를 변경하는 FSK 방식의 DS/SS 시스템을 구성하여 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션 결과 적용된 시스템이 전력선 채널에서 효과적 성능을 발휘함을 확인하였다.
광대역의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위해서는 전송채널 채널용량에 대한 분석은 필수적이라 할 수 있다. 지금까지 CATV망의 채널대역폭은 대규모 전송망과 소규모 전송망에서 동일한 대역폭을 이용하여 전송하였다. 소규모 전송망에서 광대역 멀티미디어 및 타 미디어 방송서비스를 제공하기 위해 현재의 사용 대역폭은 부족한 상황이다. 이 논문은 우리나라 CATV 구내 전송망 구조를 분석하고, 구내 전송망에서 주로 사용되는 동축케이블의 크기에 따른 최대 허용 주파수와 주파수 대역에 따른 동축케이블에서의 신호에 대한 감쇠를 구하였다. 또한 단독주택과 아파트의 구내전송망의 채널 모델링을 통해 구내전송망에서의 반송파대 잡음비를 구하였고, 구내전송망에서 주파수대역에 따른 64-QAM, 256-QAM 변조방식의 BER성능을 분석하였다.
무선 네트워크에서는 전송오류에 의한 패킷손실이 많이 발생한다. 이러한 전송오류를 복구하기 위해 ARQ방식이나 FEC방식이 사용된다. 그러나 채널의 에러율이 증가하면 ARQ와 같은 재전송 방식의 효율은 급격히 저하된다. 이와는 달리 정정코드를 덧붙이는 FEC방식은 ARQ 방식에 비해서 채널의 에러율이 높은 환경에서 효율적인 에러 복구가 가능하다. 그러나 이러한 FEC방식도 항상 일정한 크기를 가지는 정적인 FEC방식일 경우 변화하는 무선 채널의 상태에 알맞은 정정 코드를 채택하지 못해 FEC방식의 단정인 대역폭 낭비를 초래하게 된다. 본 논문에서는 이러한 정적인 FEC방식의 단점을 개선하기 위해, 무선 채널의 전송 오류율에 따라 FEC의 정정도를 동적으로 변화시키는 동적 FEC(dynamic FEC) 알고리즘을 Mote라고 불리는 노드로 구성된 실제 센서 네트워크에 구현했다. 동적 FEC 알고리즘은 무선 채널을 모델링해서 시뮬레이션 결과에서는 성능이 향상되었고, 실제 센서 네트워크에서 실험한 결과 에러율이 낮은 환경에서는 비슷한 성능음 가지게 된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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