• The Journal of the Acoustical Society of Korea
• /
• 제21권1E호
• /
• pp.18-24
• /
• 2002

This paper discusses the development of an acoustic vector channel simulator for the performance analysis of an acoustic digital communication system. The channel simulator consists of transmission module, acoustic channel model, receiver, beamformer, and adaptive equalizer. The source signal (QPSK) is generated by the specified parameters. The transmitted signal generates multipath signals which have a different delay, amplitude and doppler frequency. The paper presents in details the approach to the performance analysis of an acoustic digital communication system according to the antenna structure and the various baseband signal processing techniques.

• 대한전자공학회논문지TC
• /
• 제48권1호
• /
• pp.1-8
• /
• 2011

본 논문에서는 수조 실험을 통해 수중 다중경로 채널의 수면변동과 지연확산이 텍스트 전송성능에 미치는 영향 확인하였다. 수면변동과 지연확산은 채널의 코히어런스 대역폭을 제한하는 요인으로 수중음향 통신의 전송성능을 제한한다. 잔잔한 수면과 교란하는 수면에 따른 응답특성 실험결과에서 수면 반사파의 진폭변동과 지연확산 특성을 확인하였다. 각각의 지연확산 유효치는 각각 5ms, 4ms로 그에 대응하는 코히어런스 대역폭은 200Hz, 250Hz였다. BFSK (Binary Frequency Shift Keying) 방식을 이용한 수중 텍스트 전송성능에서 지연확산에 따른 채널의 코히어런스 대역폭 제한으로 인해 잔잔한 수면인 경우 200bps이하에서 $10^{-4}$, 교란하는 수면인 경우 250bps 이하에서 $10^{-4}$으로 오류율이 나타났다. 따라서 본 실험을 통해 수중 다중경로 채널에서 수면변동에 의한 코히어런스 대역폭 제한용 수중음향 통신의 전송성능을 결정하는 중요한 요인임을 확인하였다.

• 한국항해항만학회지
• /
• 제41권4호
• /
• pp.173-180
• /
• 2017

수중음향통신은 다중경로로 인한 신호간의 간섭으로 성능이 열악하므로 채널 부호화의 적용은 필수적이다. 수중 통신에서 데이터를 전송하기 위한 패킷의 구조는 동기 획득을 위해 데이터 전송 전에 PN 시퀀스를 데이터의 헤드 부분에 첨가하여 전송한다. PN 시퀀스는 송 수신 간에 서로 알고 있는 데이터를 이용하여 동기를 획득하는 기능을 하고 있으므로 PN 시퀀스는 채널 부호화를 하지 않고 전송된다. 이러한 비부호화 된 PN 시퀀스는 대부분의 연구에서는 동기 획득을 위해 활용되지만 본 논문에서는 동기 획득 뿐 아니라 PN 시퀀스의 성능을 이용하여 데이터 필드의 성능 또한 예측할 수 있어 데이터 필드의 복호부에 정보를 제공할 수 있다. 본 논문에서는 다중 경로 전달 환경인 수중음향통신에서 원활한 통신과 함께 수신 신호의 성능을 향상시키기 위하여 낮은 SNR에서도 우수한 성능을 보이는 컨볼루션 부호화 기법과 BCJR 복호 방식을 이용하여 다양한 부호화 율에서 비 부호화 된 PN 시퀀스의 오류율과 부호화 된 데이터 필드의 오류율의 상관관계를 시뮬레이션 및 실제 수중 실험을 통해 분석하여 효율적인 수신 구조를 제시하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제8권4호
• /
• pp.13-22
• /
• 1989

수중 채널은 그 음향학적 특성상 물의 깊이, 온도 분포, 염분포 등의 환경적 특성과 수위의 경계조건, 표면 상해 등 지형적 조건들로 구성되는 시면 시스템(time varying system)으로 볼 수 있다. 특히 천해(shallow water)의 경우 물표면과 바닥이 하나의 도파관 구실을 하게되므로 multipath reflection으로 인한echo 현상이 심각하다. 따라서 천해에서의 수중 통신은, time varying multipath fading 특성의 수중 채널에 의해 왜곡된 음향 신호를 등화(equalizing)시키는 것이 수중 통신의 질을 높이는데 결정적이라 할 수 있다. 본 논문에서는 주파수 영역 적응 필터를 채택하여 Inverse modeling 기법으로 수중채널을 등화시키는 시스템을 제시하였으며 시뮬레이션으로 이들의 타당성을 조사하였다.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제23권11호
• /
• pp.1434-1442
• /
• 2019

본 논문에서는 인천 덕적도 부근 해안에서 2017년 7월 5일부터 24시간 동안 채널 변화를 지속적으로 측정하였다. 수중 채널은 실시간으로 시간 축에서 변화와 주파수 축에서 변화가 발생함에 따라서 다양한 채널 환경 특성을 가지고 있으며, 다중 경로 페이딩 및 도플러 효과 등으로 인하여 수중 통신 성능저하가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 실해역 수중 통신 환경에서의 통신 성능 향상을 위하여 시간 및 주파수 영역에서의 반복 전송 다이버시티 기법을 적용하여 수중 채널 환경에서의 OFDM 시스템 성능 분석에 관한 연구를 수행하였다. 수집한 데이터를 이용하여 시간과 주파수 영역에서의 채널 환경 비교를 수행하였으며, 파일럿 배치 간격과 시간 및 주파수 축에서의 반복 전송 회수에 따른 BER 성능 분석을 수행하였다.

• 한국항해항만학회지
• /
• 제39권4호
• /
• pp.293-297
• /
• 2015

수중 음향 통신은 과거 군사적 목적을 위해 제한적으로 사용되어졌으나, 수중 탐지, 운동체 추적, 잠수함, 부이를 이용한 해양의 날씨 변화 등 해양에서의 통신에 대한 연구가 활발히 이루어지며 활용 분야가 확대되고 있는 추세이다. 수중음향통신은 다중경로로 인한 신호간의 간섭으로 성능 및 전송율이 열약한 실정이다. 따라서 다중 경로 전달 환경인 수중음향통신에서 원활한 통신과 함께 수신 신호의 성능을 향상시키기 위하여 낮은 SNR에서도 우수한 성능을 보이는 채널 부호화 기법에 대해 연구하였다. 본 논문에서는 데이터 길이의 가변성이 좋은 BCJR기반 (2,1,7) 컨볼루션 부호를 적용하였으며, 다중 경로 전달로 인해 왜곡된 데이터를 보상하기 위해 결정 궤환 등화기가 결합된 터보 등화기 구조를 적용하였다. 문경시 경천호에서의 실제 수중 실험을 통하여 BCJR 기반의 터보 등화 구조가 다른 비터비 복호방식의 경판정, 연판정 기법에 비해 성능이 우수함을 검증하였다. 이러한 BCJR 복호의 성능은 반복횟수는 평균 1회에서 3회 정도에 오류가 정정되고, 복호기 입력단의 오류율이 $10^{-1}$ 이하이면 모두 복호가 가능함을 볼 수 있으며, 16번의 수중통신 실험은 약 83%의 성공률을 획득하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제39권3호
• /
• pp.216-225
• /
• 2020

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.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권2호
• /
• pp.311-318
• /
• 2021

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.

• 한국음향학회지
• /
• 제42권3호
• /
• pp.169-180
• /
• 2023

수중음향통신의 성능은 다중경로 전달과 도플러 확산에 크게 영향을 받는다. 본 논문은 다중경로 전달 환경에서 강인한 기존의 Sweep Spread Carrier(SSC) 기법을 변형하여, 새로운 통신기법인 Triangle Spread Carrier(TSC) 기법을 제안한다. 제안한 TSC 기법은 상승-처프와 하강-처프 신호가 반복되는 반송파를 갖는 형태이며, 각각의 상관함수 특성을 활용하여 수신 신호의 도플러 천이 주파수를 추정하고 보정한다. 제안된 TSC 기법의 성능을 입증하기 위하여 수중 채널 시뮬레이터를 이용한 모의실험과 동해에서 수행된 해상실험을 결과를 제시한다. 해상실험 결과 추정된 도플러 천이 주파수만을 이용하여 복조하였을 때 비부호화 된 비트 오류율은 최대 0.194였지만, 제안한 방법을 적용하였을 때 비부화화된 비트 오류율이 0.001로 감소하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제32권6호
• /
• pp.494-501
• /
• 2013

천해 수중 음향 채널의 배경잡음과 다중경로에 의한 비트 오류율(BER)을 경감하기 위해 Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)에 전방 오류 정정 코드(FEC)로 부호화 비율 1/2의 길쌈 코딩(CC)을 적용하였다. 전송신호의 대역폭에 대한 채널의 일관성 대역폭의 비를 주파수 선택 지표로 정의하였고 주파수 선택지표에 따른 전송 신호의 BER과 비트 에너지 대 잡음비의 이득을 평가하였다. 실내 수조 실험 결과, 주파수 선택지표가 약 1.0 이하인 경우 BER은 이론적인 결과와 일치하고 비트 에너지 대 잡음비의 이득은 약 5 dB로 이론적인 결과와 일치한다. 주파수 선택 지표가 1.0 이상인 주파수 선택적인 다중경로 채널에서도 BER은 효율적으로 감소하지만 비트 에너지 대 잡음비가 일정크기 이상인 조건에서만 CC의 비트 오류 감소에 효과가 있다. 이러한 결과는 본 연구에서 정의한 주파수 선택 지표가 다중 경로 채널에서 CC의 성능 평가의 지표로 적용될 수 있다. 아울러 등화기를 적용하지 않고 저속 수중 음향 통신시스템에 효과적으로 BER을 줄일 수 있다.