수중음향통신 시스템의 성능은 다중경로 전달특성에 의해 발생하는 인접심볼간 간섭(ISI, Inter-Symbol Interference)과 도플러 편이(Doppler shift)에 영향을 받는다. 그러므로 해양도파관 환경의 수치실험은 다중경로에 의해 발생하는 시간 확산과 송 수신기의 움직임으로 발생하는 도플러 편이로 인한 시변동성을 고려해야 한다. 본 논문에서는 해양도파관 환경의 변동성을 고려한 가상의 신호 생성 시뮬레이터인 VirTEX(Virtual Time series EX-periment)를 활용[10]하여 시뮬레이터 기반 수중음향통신 시스템의 성능을 검증하였다. 수중음향통신 시스템 성능 검증을 위해 해상실험에서 획득한 실측데이터와 VirTEX 기반 수치모의 된 데이터의 채널응답분석 및 통신성능 분석을 수행한다. 해상실험 및 수치모의실험을 통해 수신된 탐침신호의 채널 임펄스 응답(channel impulse response) 분석결과 다중경로 개수와 깊이에 따른 채널응답의 변화 경향이 매우 유사함을 확인하였으며, 해상실험 및 수치모의실험을 통해 수신된 통신신호의 BER(Bit Error Rate)을 통하여 VirTEX 시뮬레이터를 활용한 수중음향통신 시스템의 통신성능을 확인하였다.
In this paper, the performance evaluation of the JADE-MUSIC estimation based on the indoor channel is presented. By means of the JADE-MUSIC algorithm, DOA and time delay can be obtained simultaneously. In the JADE-MUSIC method, the channel impulse response is first estimated from the received samples and then this impulse response is employed to estimate DOAs and time delays of multipath waves. Moreover, according to the JADE-MUSIC characteristics, it can work in cases when the number of impinging waves is more than the number of antenna elements, unlike the traditional parametric subspace-based method, such a case is not true. Therefore, we employ the JADE-MUSIC algorithm applying for the real indoor environment where is rich of the multipath propagation waves and can imply that the number of waves is very possibly higher than that of the array element. The experiment is carried out in our laboratory considered to be the real indoor environment. The performance of the JADE-MUSIC algorithm is evaluated in terms of the comparison between the simulation and experiment results by using the simulated channel model and the real indoor channel model, respectively. It is clear that the joint angle and delay estimation using the simulated channel model are in good agreement with the estimation using the real indoor channel model. Therefore, we can say that the JADE-MUSIC algorithm accomplishes the high performance to jointly estimate the angle and delay of the arriving signal for the indoor environment.
본 논문에서는 중첩의 차분상관방식에 의한 향상된 OFDM 신호의 심볼 동기타이밍검출 성능을 보여준다. 또한, 곱의 상관과 차분상관의 동기타이밍 검출방식에 있어서 멀티패스 채널 지연프로필의 각 수신지연파에서 심벌 동기타이밍으로 검출될 최대 검출확률을 보여준다. $70nsec{\sim}217nsec$의 지연확산 채널모델들에서 상관의 동기타이밍 검출방식에서는 진폭이 가장 큰n번째 수신지연파의 선두에서 동기타이밍을 취할 확률이 높게 나타나는데 대하여 차분방식에서는 언제나 첫 번째 수신지연파의 선두에서 동기타이밍을 취할 확률이 높게 나타나는 특성을 보여준다. 이러한 시뮬레이션의 결과는 정확한 동기타이밍의 검출이 가능함을 나타내는 것이며 중첩의 차분방식에서 eb/n0에 대해 향상된 S/N와 OFDM 신호의 동기타이밍검출성능의 결과와도 잘 부합하고 있다.
일반적으로 무선 이동 채널은 협대역 스펙트럼을 갖는 복소 랜덤 프로세스로 모델링된다. 본 논문에서는 TMS320C6414 DSP칩과 XC2VP30 FPGA칩을 사용한 페이딩 신호의 실시간발생에 대해 기술한다. 여기서 제시된 시뮬레이터는 플랫 페이딩 및 주파수 선택성 페이딩 채널의 일반적인 모델로 그 대상으로 하였으며 여러 다양한 채널 왜곡 현상을 모사할 수 있도록 설계되었다. 시뮬레이터는 다음 세가지 기본적인 채널 특성을 포함한다; 레일리 페이딩, log-normal shadowing, 주파수 선택성 페이딩. DSP의 연산부담을 최소로 하면서 이동 채널의 통계 특성을 재현하기 위해 multi-rate신호처리 기법이 사용되었다. 채널 파라미터 값을 변화시키면서 많은 실험을 행하였고, 시뮬레이터에서 실시간 출력된 채널 포락선들의 각 통계 특성이 이론치와 일치됨을 확인했다.
본 논문에서는 ITS 서비스 구성 요소 중의 하나인 ETCS(Electronic Toll Collection tsystem)에서 RSE(Road Side Equipment) 기지국 gantry에 장착되어 이동체와 무선 통신 링크를 연결해 주는 ETCS 기지국유 안테나를 설계 및 제작하고 그 특성을 측정하였다. ETCS 기지국용 안테나 특성은 적은 부엽 특성과 도로 상황과 이동체 탑재되는 OBU 위치에 따라 특정 형태의 빔 패턴이 요구된다. 또한 반사에 의한 multipath 신호 영향을 최소화하기 위해 원형편파 특성이 요구된다. 저 부엽의 빔 패턴을 얻기 위해 배열 패치 구조와 Taylor distribution에 의한 방사요소의 전류 weighting factor를 적용하였다. 제작된 안테나의 동작 중심 주파수는 5.8GHz이고, 반사손실은 -10 dB를 기준으로 130 MHz, 10MHa사용 대역내에서 축비 2.6 dB이하의 RHCP 편파 특성과 17 dBi 이득을 얻었으며, 빔 패턴은 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 잘 일치하고 있음을 보여주었다.
본 논문에서는 멀티패스 채널의 지연프로필이나 채널에 부가되는 잡음에 영향을 받지 않으면서 정확한 GI검출 성능을 보이는 간단한 구조의 수정차분방식의 동기검출 방식에 있어서 동기 검출점에서의 S/N비율과 동기점 검출성능과의 관계를 보여준다. 컴퓨터 시뮬레이션에서는 또 IEEE802.11a 표준의 OFDM 프레임을 사용하고 쇼트와 롱 트레이닝의 4심볼을 심볼 동기타이밍 검출에 사용한다. 수신 OFDM신호위상이 1심볼내에서 ${\pi}/2$이내로 일어나는 최소위상채널은 물론 ${\pi}$까지 회전하는 비최소위상 채널에서도 수정차분방식은 채널에 부가되는 잡음전력의 크기에 관계없이 OFDM신호의 1샘풀간격 이내의 오차로 타이밍을 검출해내는 성능을 보인다.
본 논문은 다양한 환경에서 디지털라디오의 방식별 수신 특징을 확인하고 비교할 수 있는 필드테스트 결과를 도출하였다. In-band 방식으로는 HD Radio와 DRM+를 고려하였으며, out-of-band 방식으로는 DAB/DAB+/T-DMB 방식을 고려하였다. 디지털 라디오의 필드테스트를 위하여 국내의 적합한 지역을 선정하여 송수신기 test bed를 구축하였고, multipath가 많고 적은 19개의 다양한 test point를 선정하여 실내외 수신테스트를 진행하였다. 또한 수신환경 측정 시 수신 가능 여부뿐만 아니라 ATT 마진을 적용하여 최소 수신가능 레벨도 도출하였다. 다양한 분석을 통한 필드 테스트 결과는 소비자들에게 원활한 수신환경을 보장하기 위한 디지털 라디오의 방식 결정의 기준이 될 수 있다.
소나 시스템은 항해와 해양 탐사, 수중 통신 등에 사용되며 정확성과 신뢰성을 향상시키기 위해 다양한 통계적 신호처리 기법들이 사용되고 있다. 수중에서의 다중 경로 특성은 검파 및 통신을 수행하는데 있어 열악한 환경을 제공한다. 파라메트릭 어레이 트랜스듀서의 고 지향성을 이용하면 다중 경로의 영향이 최소화될 뿐만 아니라, 파라메트릭 배열에 적합한 최적 검파기법을 사용하면 통산 성능이 향상된다. 본 논문에서는 on-off keying 통신 산호 검파를 위해 최대우도법(Maximum likelihood method)을 사용하였으며, LabVIEW 기반으로 파라메트릭 배열 트랜스듀서를 사용한 소나 시스템을 구현하여 시스템의 성능을 검증하였다. 또한, 다양한 트랜스듀서의 특성을 반영할 수 있는 GUI 소프트웨어도 설계 및 구현되어 다양한 소나 시스템의 성능 평가의 용이성을 증가시켰다. 본 논문에서 제안된 시스템은 실험실내에서의 다양한 모의실험이 가능하여 실제 해양 장비의 개발에 소요되는 비용과 시간을 감소시키는데 기여할 것으로 기대된다.
무선 센서 네트워크의 응용범위가 늘어남에 따라 정확한 무선 채널의 정보를 필요로 한다. 실내 또는 실외의 무선 센서 네트워크의 경우 페이딩에 의한 다중 경로 전파가 문제를 일으키고 있다. 본 논문에서는 실내 2.4 GHz 채널에 대한 log-normal path loss 모델링을 살펴본다. 송신기와 수신기 사이의 거리를 1에서 30m까지 변화시키면서 수신 신호 강도 변화를 측정하고, 채널의 감쇄지수와 표준편차를 계산하였다. 계산한 모델의 패킷 수신율을 이용하여 무선 센서 채널을 연결 영역과 차단 영역으로 정의하고, 시뮬레이션과 실험 결과를 통해서 무선 채널의 특징을 비교하였다. 실험결과 실내에서의 연결 영역은 24m, 실외에서의 연결 영역은 14m로 측정되었다.
수중에서는 공기 중에서의 신호 전달과는 달리 음파에 의해 신호가 전달된다. 또한 음파는 해수면, 해저면, 수온, 염분 등 다양하고, 복잡한 수중 환경 특성으로 인해 직접 혹은 반사 등의 간접 경로로 전달된다. 이런 복잡한 수중 환경에서 잠수함의 생존성과 적 함정으로부터 피탐 위험성의 정도를 파악하기 위해 반드시 수행하는 시험이 수중방사 소음 측정 시험이다. 수중방사 소음 측정을 위한 여러 조건들 중 가장 중요한 것이 측정 센서와 잠수함과의 거리이다. 보통 수중방사 소음의 음원 준위 측정은 측정 센서와 잠수함과의 최근접 점(CPA : Closet Point of Approach) ±수 미터내에서 이루어져야 측정한 음원 준위 값을 유효한 것으로 간주한다. 이에 본 연구에서는 다중 경로 신호들의 도플러 천이 주파수 및 다른 도달 시간 차 신호를 추정하는 방법으로 수중음원에 대한 거리 추정 방법을 제시하였다. 제안한 방법의 타당성을 고찰하기 위해 수중 채널 전달 모델 기반의 모의실험을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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