Experimental Performance Analysis of BCJR-Based Turbo Equalizer in Underwater Acoustic Communication

Underwater acoustic communications has been limited use for military purposes in the past. However, the fields of underwater applications expend to detection, submarine and communication in recent. The excessive multipath encountered in underwater acoustic communication channel is creating inter symbol interference, which is limiting factor to achieve a high data rate and bit error rate performance. To improve the performance of a received signal in underwater communication, many researchers have been studied for channel coding scheme with excellent performance at low SNR. In this paper, we applied BCJR decoder based ( 2,1,7 ) convolution codes and to compensate for the distorted data induced by the multipath, we applying the turbo equalization method. Through the underwater experiment on the Gyeungcheun lake located in Mungyeng city, we confirmed that turbo equalization structure of BCJR has better performance than hard decision and soft decision of Viterbi decoding. We also confirmed that the error rate of decoder input is less than error rate of $10^{-1}$, all the data is decoded. We achieved sucess rate of 83% through the experiment.

수중음향통신에서 BCJR 기반의 터보 등화기 실험 성능 분석

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.