The Journal of the Acoustical Society of Korea (한국음향학회지)

The Acoustical Society of Korea (한국음향학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

A study on weighting algorithm of multi-band transmission method using an estimated BER

추정 BER을 이용한 다중 밴드 전송 기법의 가중치 알고리즘 연구

  • 신지은 (한국해양대학교 전파공학과) ;
  • 정현우 (한국해양대학교 전파공학과) ;
  • 정지원 (한국해양대학교 전파공학과)
  • Received : 2021.05.17
  • Accepted : 2021.06.11
  • Published : 2021.07.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In underwater communications, to compensate performance degradation induced from rapidly changing channel transfer characteristic, multi-band communication method which allocate the same data to different frequency bands is used. However, the multi-band configuration may have worse performance than the single-band one because performance degradation in a particular band affects the output from the entire bands. This problem can be solved through a receiving end that analyzes error rates of each band, sets threshold values and allocates lower weights to inferior bands. Therefore, this paper proposed a weighting algorithm based on estimated Bit Error Rate (BER) which analyzes reliability of received data based on the performance difference between demodulated and decoded data. Employing turbo codes with coding rate of 1/3, we evaluate the performance of the proposed weighted multi-band transmission model in real underwater environments based on optimal simulation parameters. Through the sea trial experiment, we confirmed error performance was improved by applying the proposed weighting algorithm.

수중통신에서 빠른 채널 특성의 변화에 따른 성능 감소를 보상하기 위해, 동일한 데이터를 여러 개의 주파수 대역으로 전송하는 다중 밴드 기법을 적용한다. 그러나 다중 밴드의 적용 시 특정한 밴드의 성능 열화로 전체 성능이 감소하는 현상이 발생한다. 이를 극복하기 위해 각 밴드의 오류율을 분석하여 성능이 열악한 밴드에 낮은 가중치를 할당할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 추정 Bit Error Rate(BER)을 이용한 가중치 설정 방법을 제안한다. 추정 BER을 이용한 가중치 설정 방식은 복호 된 데이터와 복조 후 데이터의 성능 차이를 이용하여 수신된 데이터의 신뢰도를 측정하며, 측정된 값을 이용하여 각 밴드별 가중치를 설정해 복호기로 입력하면 성능이 향상된다. 본 논문에서는 터보 부호화 기법을 적용하였으며 시뮬레이션을 이용하여 최적의 가중치 값을 설정해 해상 실험을 한 결과 추정 BER을 이용한 가중치 설정을 통해 오류를 모두 정정할 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 국방과학연구소의 연구비 지원(과제번호: UD200010DD)으로 수행되었습니다.

References

  1. M. Stojanovic and P. P. J. Beaujean, "Acoustic communication," in Springer Handbook of Ocean Engineering, edited by M. R. Dhanak and N. I. Xiros (Springer-Verlag, Berlin, 2016).
  2. P. A. van Walree and G. Leus, "Robust underwater telemetry with adaptive turbo multiband equalization," IEEE J. Oceanic Eng. 34, 645-655 (2009). https://doi.org/10.1109/JOE.2009.2032997
  3. J. W. Jung and I. S. Kim, "A study on threshold detection algorithm for adaptive transmission in underwater acoustic communication" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 39, 585-591 (2020).
  4. H. S. Lee, C. U. Baek, J. W. Jung, and W. J. Kim, "A weighted turbo equalized multi-band underwater wireless acoustic communications," Appl. Sci. 8, 1711 (2018). https://doi.org/10.3390/app8101711
  5. C. Douillard and C. Berrou, "Turbo code with rate-m/(m+1) constituent convolutional codes," IEEE Trans. on Comm. 53, 1630-1638 (2005). https://doi.org/10.1109/TCOMM.2005.857165
  6. J. Salz, "Opimum mean-square decision feedback eqaulization," Bell System Tech. J. 52, 1341-1373 (1973). https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1973.tb02023.x
  7. R. Koetter, A. C. Singer, and M. Tuchler, "Turbo equalization," IEEE Signal Processing Magazine, 21, 67-80 (2004). https://doi.org/10.1109/MSP.2004.1267050
  8. J. W. Jung, "Performance analysis of turbo equalizer in the multipath channel," JKIECT. 5, 169-173 (2012).
  9. L. Wan, H. Zhou, X. Xu, Y. Huang, S. Zhou, and Z. Shi, "Adaptive modulation and coding for underwater acoustic OFDM," IEEE J. Oceanic Eng. 40, 327-336, (2014). https://doi.org/10.1109/JOE.2014.2323365
  10. EN 301 545-2, Digital Video Broadcasting (DVB); Second Generation DVB Interactive Satellite System (DVB-RCS2); Part 2: Lower Layers for Satellite standard, ETSI European Telecommunications Standards Institutes Std. v1.2.1, 2014.