• 한국음향학회지
• /
• 제23권2호
• /
• pp.134-145
• /
• 2004

본 연구는 수중과 수상의 송수신자간의 음성 통화를 위한 수중 무선 전화기 설계 제작과 그 성능에 관한 연구이다. 배경잡음, 다중경로 및 잠수자의 흡배기음과 같은 수중음향통신채널의 변수들과 수중 무선 전화기의 통화성능과의 관계를 해석하여 단측파대 방식으로 시스템을 제작하였다. 반송 주파수는 배경 잡음에 대한 S/N비를 높이기 위해 약 33 kHz로 하였으며 송신 음압 준위는 131 dB re 1 μPa이다. 해양에서의 성능평가 결과 거리 300 m 이하에서 문장 이해도는 80% 이상이었다.

• 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.

• 한국음향학회지
• /
• 제26권7호
• /
• pp.366-374
• /
• 2007

수중에서 무선통신이 기존에는 초음파를 이용한 단거리통신에 국한되었으나 최근 고주파를 이용한 장거리 통신의 필요성이 증가되고 음성뿐만이 아니라 각종 데이터나 고화질 영상자료의 송수신 수요가 늘어나고 있다. 본 연구에서는 수중에서 디지털 변조방식의 차이에 따라 실제 수중통신에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 모의 환경 하에서 PSK기반의 변조방식(BPSK, QPSK, MSK, GMSK)에 대한 시뮬레이션을 통해 실험한 결과 GMSK만이 큰 차이를 보였다. 위 결과를 바탕으로 SNR을 35dB이하로 하고 부산 남방에 위치한 207-선(한국해양자료센타)의 15Km 구간을 모의하여 음성통신과 영상자료를 전송실험한 결과 음성통신시($10^{-2}$BER, 채널용량 1Kbps기준)는 약 8Km의 거리 차이를, 그리고 영상자료($3{\times}10^5$ 화소, 화소 당 정보량 4bit) 전송시는 BPSK, QPSK, MSK 는 60Kbps, GMSK는 45Kbps의 전송율을 확보하여 약 7초의 전송시간 차이가 생김을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제16권8호
• /
• pp.5571-5578
• /
• 2015

본 논문에서는 수중 수직통신채널 환경에서 Alamouti를 이용한 MIMO-OFDM 방식을 분석하였다. 수중 수직통신채널은 수중환경에 적합한 전달손실과 다중경로손실 등을 고려해야 해서 수중통신에서 통신 성능과 효율을 향상할 수 있는 방안이 필요하다. 따라서 본 논문은 각 손실을 고려한 실질적인 모의 수중통신 환경을 구현하기 위해, 오차를 유발하는 환경에서 다중경로 손실, 전달손실, 도플러확산을 고려하여 모델링하였고, 모델링된 임펄스응답에 대한 채널 다중경로 프로파일을 Alamouti STBC 방식의 MIMO-OFDM 시스템을 통하여 시뮬레이션 했다. 본 논문에서 제안한 수중 수직통신채널에서 모델링한 Alamouti STBC 방식의 MIMO-OFDM 시스템 2Tx-2Rx 방식이 2Tx-1Rx 방식에 비하여 $10^{-3}$ BER 기점을 기준으로 약 3~5 dB 가량의 이득을 얻었다.

• 한국음향학회지
• /
• 제33권1호
• /
• pp.48-53
• /
• 2014

수중음향통신은 시변동성으로 인하여 도플러 편이를 발생하고, 다중경로로 인하여 지연 확산의 특성을 갖는다. 이러한 채널 특성은 인접 심볼 간 간섭을 발생시켜 통신 성능을 저하시킨다. 통신 성능을 개선하기 위하여 시역전, 공간 다이버시티, 위상 추정기 및 등화기 등과 같은 다양한 기법이 연구되고 있다. 본 논문에서는 시변동성 다중경로로 인한 인접 심볼 간 간섭을 완화하는 방법으로 빔 형성 기반의 공간 필터 기법을 제안한다. 제안된 기법은 원하는 신호방향으로 빔을 조향하여 공간상의 신호를 분리하고, 배열 이득으로 신호 대 간섭 잡음비를 향상시키고 통신 성능을 개선한다.

• 대한전자공학회논문지TC
• /
• 제48권1호
• /
• pp.9-15
• /
• 2011

수중에서의 다중 경로 특성은 검파 및 통신을 수행하는데 있어 열악한 환경을 제공한다. 다중 경로 특성은 바닷물의 온도, 염도 등의 다양한 인자가 결합되어 발생된다. 본 논문에서는 서해안 백령도 남방 지점에서 과거 10 년간 측정된 데이터를 기반으로 계절에 따른 대표 수직음속분포를 구하였다. 음선 추적(Ray Tracing)기법을 이용하여 계절에 따른 고유음선(EigenRay)을 계산하여 채널 임펄스 응답을 추정하였다. 추정된 채널 모델을 기반으로 수심 20m이하의 낮은 수심에서의 통신 성능을 분석하였다. 사용된 변조 방식은 BPSK이며 시역전(Time-Reversal) 처리를 했을 경우와 하지 않았을 경우에 따른 통신 성능을 분석하였다. 모의 실험결과 계절에 따라 성능의 차이가 매우 큰 것을 확언하였고 시역전 처리 유무에 따른 성능의 편차도 크다는 것을 확인하였다. 제안된 모의 실험결과는 향후 서해에 적합한 탐지 및 통신 시스템 설계를 위한 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국음향학회지
• /
• 제32권2호
• /
• pp.124-130
• /
• 2013

수중음향통신 시스템의 성능은 신호의 다중경로 전달 과정에 의해 발생하는 지연 확산 현상 때문에 인접심벌 간 간섭(ISI)에 영향을 받는다. 인접 심벌 간 간섭을 제거하기 위해 등화기가 사용되어진다. 본 논문에서는 한국 연근해에서 수집된 실측 데이터를 이용하여 채널 부호화 기법과 등화기가 결합하여 동작하는 터보 등화기를 갖는 수중음향통신 시스템의 성능을 검증하였다. 그 결과 터보 등화기를 이용하여 반복 복호를 하였을 때는, 1회 반복 시 BER(Bit Error Rate) $10^{-4}$을 기준으로 반복이 없는 등화기를 사용하였을 때 보다 1.5 dB 성능이 향상되었다. 또한 반복이 2~3회인 경우 약 3.5 dB 성능이 향상되었으나, 3회 이상 반복하였을 때는 더 이상 성능이 향상되지 않았다.

• 한국통신학회논문지
• /
• 제40권8호
• /
• pp.1631-1636
• /
• 2015

무선 통신기술의 발전과 함께, 수중 통신 기술도 초기의 점대점 통신에서 벗어나 다수개의 노드를 연결하는 네트워크 구축으로 연구가 진행되고 있다. 수중의 통신환경은 전파지연, 도플러 효과, 다중경로, 그리고 전파손실의 측면에서 기존의 지상 무선 환경과 크게 차이가 있다. 따라서, 지상의 연구 결과가 수중에서 그대로 적용되기는 어려운 상황이다. 특히, 전파환경에 의존성이 큰 매체접속제어 프로토콜은 수중 통신망을 위해 새로 설계되어야한다. CSMA/CA는 데이터 패킷의 충돌을 피하고 숨겨진 노드 문제 등을 해결할 수 있으므로 이를 기반으로 한 여러 수중 매체접속제어 프로토콜들이 제안되어 왔다. 하지만 현실적으로는 RTS/CTS가 도달하는 전송범위 밖에서 발생한 간섭에 의해 수신신호의 성능이 저하되어 RTS/CTS의 효율이 감소될 수 있다. 본 논문에서는 수중 환경에서 전파반경 밖의 간섭 신호의 영향으로 인해 발생되는 신호대잡음비(SNR) 감소를 분석하여 RTS/CTS의 효율 감소를 도출하고, 기존 매체접속제어 프로토콜에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 수중 환경에서의 전파 간섭문제와 지상에서의 전파 간섭 문제를 비교 분석하여 지상과 차별화된 수중 통신환경에서 고려해야 할 사항들을 정리해 보았다.

• International Journal of Computer Science & Network Security
• /
• 제23권7호
• /
• pp.1-8
• /
• 2023

An Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) based wireless communication system has drawn wide attention for its high transmission rate and high spectrum efficiency in not only radio but also Underwater Acoustic (UWA) applications. Because of the narrow sub-carrier spacing of OFDM, orthogonality between sub-carriers is easily affected by Doppler effect caused by the movement of transmitter or receiver. Previously, Doppler compensation signal processing algorithm for Desired propagation path was proposed. However, other Doppler shifts caused by delayed Undesired signal arriving from different directions cannot be perfectly compensated. Then Receiver Bit Error Rate (BER) is degraded by Inter-Carrier-Interference (ICI) caused in the case of Multi-path Doppler channel. To mitigate the ICI effect, a modified Delay and Doppler Profiler (mDDP), which estimates not only attenuation, relative delay and Doppler shift but also sampling clock shift of each multi-path component, is proposed. Based on the outputs of mDDP, an ICI canceling multi-tap equalizer is also proposed. Computer simulated performances of one-tap equalizer with the conventional Time domain linear interpolated Channel Transfer Function (CTF) estimator, multi-tap equalizer based on mDDP are compared. According to the simulation results, BER improvement has been observed. Especially, in the condition of 16QAM modulation, transmitting vessel speed of 6m/s, two-path multipath channel with direct path and ocean surface reflection path; more than one order of magnitude BER reduction has been observed at CNR=30dB.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제17권7호
• /
• pp.1577-1582
• /
• 2013

본 논문에서는 수조에서 실험을 통해 획득한 데이터를 이용하여 MIMO (Multi-Input Multi-Output) 수중음향통신의 성능을 분석하였다. 이를 위하여 먼저 여러 송수신 위치에서 채널 전달 특성을 측정하였다. 송신신호는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)로 변조하였으며, 수신신호는 Zero Forcing 등화기 등을 포함하는 검출기를 거쳐 복원되었다. 실험이 이루어진 수조 환경이 물리적으로 폐쇄된 매우 심한 다중 경로 전달 환경이어서 최대 30~40 ms의 지연 현상이 나타났다. 실험 결과 송신 및 수신 센서가 각각 두 개인 $2{\times}2$ MIMO 시스템을 사용하였을 때 채널 특성으로 인해 비트 오차율이 비교적 크게 나타났지만 SISO (Single-Input Single-Output) 시스템에 비해 약 15% 정도 향상된 성능을 갖는 것을 확인하였다.