• 한국음향학회지
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• 제41권6호
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• pp.610-620
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• 2022

음향 벡터센서는 한 위치에서 음향압력 뿐만 아니라 입자속도 및 가속도와 같은 벡터량을 동시에 수신할 수 있기 때문에 수중음향 통신 시스템의 단일입력다중출력 수신기로써 사용가능하다. 한편, 단일 벡터센서로 수신되는 벡터 신호는 송·수신기 간 방위각과 다중경로 각 요소의 전파각도에 따라 서로 다른 채널 특성을 갖기 때문에 다른 통신성능을 야기한다. 본 논문에서는 단일 벡터센서를 이용한 수중음향 통신 시스템의 성능 향상을 위한 채널 파라미터 기반 가중 방법을 제안한다. 제안 방법의 검증을 위해 Korea Reverberation Experiment(KOREX-17) 중에 수행된 통신실험 데이터를 사용하였다. 음향 송신기는 수신기로부터 멀어지면서 통신신호를 전송했으며 단일 벡터 수신기는 음향압력 신호와 x, y, 및 z 가속도 신호를 측정했다. 수신된 가속도 신호는 압력등가 입자속도 신호로 변환되어 음향압력 신호와 함께 다중채널 통신 시스템의 입력값으로 사용되었다. 통신 복조를 위해 시변 채널에 강인한 블록기반 시역전 기법이 활용되었으며, 통신 결과로부터 단일 벡터센서를 이용한 수중음향 통신 시스템에 대한 채널 파라미터 기반 가중 방법의 유효성이 입증되었다.

• 한국항해항만학회지
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• 제36권8호
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• pp.631-635
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• 2012

수중에서의 통신은 해수면과 해저면 등에 의한 신호의 반사가 생겨 다중경로 전달현상이 발생한다. 이러한 다중경로 전달의 영향으로 신호는 왜곡되고 원활한 수신을 방해하게 된다. 본 논문에서는 이러한 다중경로 환경에서 효율적인 패킷 설계를 위하여 채널 부호화 기법으로는 부호화 후의 크기 N = 1944 비트, 전송하고자 하는 데이터의 크기 K = 972 비트를 가지는 부호화율 1/2 인 LDPC(Low Density Parity Check codes) 부호를 이용하였으며, 다중경로로 인한 위상 오차 추정은 decision directed 방식을 이용하여 위상 추정을 하였다. 실제 동해 바다에서 송수신 거리가 200m, 500m 그리고 데이터 속도를 1Kbps, 4Kbps로 설정하여 각 거리 및 데이터 속도에 따른 QEF(Quasi Error Free)가 되는 지점에서의 최적의 패킷 구성을 위한 데이터 길이를 제시하였다.

• 한국음향학회지
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• 제35권5호
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• pp.331-339
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• 2016

본 논문은 음선 기반 블라인드 디컨볼루션을 이용하여 송 수신기의 상대적인 이동으로 인한 도플러 편이가 존재하는 수중 음향 채널 환경에서의 송신 신호 및 채널 임펄스 응답 추정에 대한 방법을 제시한다. 도플러 편이가 존재하는 수중 채널 환경에서 m시퀀스와 같은 도플러 효과에 민감한 탐침 신호를 사용할 경우, 도플러 왜곡에 의한 수신 신호와의 낮은 상관도에 의해 정합 필터 처리만으로는 채널 임펄스 응답 추정에 어려움이 따른다. 본 연구에서는 음선기반 블라인드 디컨볼루션을 이용하여 도플러 편이가 포함되어 있는 송신 신호의 위상을 추정한 후, 이를 수신 신호에 보상함으로써 도플러 편이가 보상된 채널 임펄스 응답 추정에 대한 방법을 제안한다. 해상실험을 통해 측정된 수신 데이터에 대하여 정합 필터만으로는 채널 임펄스 응답 추정이 어려운 반면 제안된 방법을 통한 채널 임펄스 응답 추정 시, 음선 모델에서 예측된 전달경로와 유사한 특성을 보여주는 것을 확인하였다. 또한 산란 함수를 통해 추정된 도플러를 보상한 송신 신호에 비해 음선 기반 블라인드 디컨볼루션을 이용하여 복원한 송신 신호가 더 우수한 도플러 보상효과를 나타낸다.

• 한국음향학회지
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• 제35권4호
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• pp.295-302
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• 2016

수중음향 채널은 다양한 경로들이 상호 간섭하여 주파수에 따른 보강 또는 상쇄 간섭을 보이는 다중경로 페이딩 채널로 정의된다. 따라서 수신신호의 신호 대 잡음비는 주파수에 따라 변화한다. 아울러 해면변동은 해면 반사경로의 코히어런트 성분의 주파수에 따른 시변 페이딩을 야기한다. 주파수 편이 키잉 시스템은 이러한 간섭과 페이딩에 덜 민감하여 강인한 시스템으로 알려져 있으며 전송률을 높이기 위해 다진 주파수 편이 키잉 시스템으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 4 채널 4진 주파수 편이 키잉 시스템의 비트오류율을 천해 다중경로 채널에서 실험하였다. 실험결과 주파수 종속 시변 수중 음향 다중경로 페이딩은 연집오류를 발생시키는 특성을 보여 리드 솔로몬 코드가 4진 주파수 편이 키잉 시스템의 비트오류율을 효과적으로 경감시키는지를 보였다. 따라서 데이터 전송율 혹은 송수신기 거리에 따른 비트 오류율은 채널의 대역폭뿐만 아니라 주파수 종속 다중 경로 페이딩에 좌우됨을 보인다.

• 한국음향학회지
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• 제29권5호
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• pp.303-313
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• 2010

본 논문에서는 25 kHz의 반송파와 5 kHz의 심볼율을 갖는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 통신시스템에서 수신된 신호를 100 kHz로 샘플링하여 전송데이터를 복원하는 수중통신용 수신기의 구조에 대하여 논한다. 또한, 천해역에서 제작한 센서를 이용하여 취득한 데이터를 2:1의 비율로 간축한 후 설계한 수신기의 입력으로 하여, 결합채널등화기 출력신호의 BER (Bit Error Rate) 을 최소화하는 결합채널등화기의 FF (Feed-Forward) 및 FB (Feed-Back) 필터 탭 수 및 RLS (Recursive Least-Square) 알고리듬의 망각인자 등의 설계 파라미터를 도출하였다. 취득 신호의 전송거리는 각각 1.4 km, 2.9 km, 4.7 km이다. 분석결과 BER을 최소화하기 위한 결합채널등화기의 FF 와 FB 탭 수는 전송거리에 따라 상이하나 망각인자는 0.997에서 최적 또는 최적에 가까운 성능을 보이는 것을 확인하였다. 그러므로, 수중음향통신 수신기 설계시 망각인자, ${\lambda}$,는 0.997로 고정하고, 전송거리에 따라 최적의 성능을 갖는 결합채널등화기의 FF 필터 탭 수와 FB 필터 탭수를 가변적으로 변경할 수 있는 구조를 갖는 수신기를 설계하는 것이 바람직하다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한, 수신기 성능 분석을 통하여 본 논문에서 고려하는 시스템에서는 16탭 길이를 갖는 간단한 형태의 필터를 161탭 길이를 갖는 정합필터 대신에 수신기의 저역통과필터로 사용하더라도 성능의 열화가 적음을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권1호
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• pp.8-15
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• 2020

본 논문에서는 채널 시변동성에 강인한 송수신 모델을 제안하고, 송신기의 특성을 반영한 디지털 변조 신호를 프레임 동기화 기법을 통해 수신 신호의 성능을 향상시킨다. 제안하는 동기화 기법을 통해 송신기와 수신기 사이의 프레임 시점의 불일치 및 음파 지연에 의해 발생되는 정도가 큰 타이밍 오차를 복구한다. 수중환경 채널 및 수중음향통신을 위한 타이밍 및 위상 동기화 성능 확인을 위해 경상북도 문경시에 위치한 경천호에서 호수실험을 수행하였으며, 제안하는 프레임 동기화 기법을 적용하였다. 수신기가 고정 상태인 경우는 처음에 예상했던 프레임 시작 위치와 프레임 동기 이후 변동이 거의 없었으나 이동 중일 때는 다중 경로 전달 과정으로 인한 인접 신호 사이의 간섭으로 인하여 프레임의 시작 위치가 프레임 동기화이후 보정이 되는 것을 확인 할 수 있었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.887-894
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• 2016

수중음향통신 채널은 다중 경로 전달이 주요 장애 요인이 되며, 이러한 문제점을 해결하기 위해 레이크 수신기를 이용하여 이를 통해 시간 다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 그러나 수중음향통신 채널은 시변동성이 높은 채널로써 적합하지 못한 경로의 신호를 복조에 이용하게 될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 본 논문에서는 훈련 신호의 오차율에 기반을 두어 경로 선택 및 가중치 할당하는 레이크 수신기를 제안한다. 호수 실험을 통해 제안된 레이크 수신기와 기존의 레이크 수신기, 레이크 방법을 사용하지 않은 일반 수신기를 이용하여 성능을 분석하였다. 분석 결과, 전송비트 512개 중에서 제안된 레이크 수신기는 8개, 기존의 레이크 수신기는 45개, 그리고 레이크 수신기를 사용하지 않은 일반 수신기는 72개의 비트오류가 발생하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제37권3호
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• pp.269-273
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• 2013

수중음향 채널은 일반적으로 다중경로 전달과 분산 등으로 인해 통신하기에 어려운 매질 가운데 하나로 인식된다. MIMO (Multiple-input multiple-output) 기술은 대역이 제한된 수중음향 채널에서 데이터 전송율을 증가시키기 위해 최근 활발히 연구되고 있다. 이 경우 전송 다이버시티 기술을 적용할 수 있는데 대표적인 것이 Alamouti 구조이다. 이 논문에서는 실험을 통하여 전송 다이버시티 기술의 성능을 고찰하였다. 실험에는 2개의 송신기와 2개의 수신기가 사용되었으며, 실내의 음향수조에서 수행되었다. 실험 결과 5~8%의 오차율을 확인하였는데 이는 같은 전송율을 기준으로 SISO(Single-input single-output) 채널에서의 오차율 14.8% 보다 향상된 결과를 나타내었다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.246-252
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• 2018

최근에는 대용량의 데이터를 전송할 수 있는 수중 레이저 통신에 관한 연구가 활발하다. 그러나 수중 레이저 통신은 수중에서 신호의 흡수, 산란 등으로 인한 왜곡에 의해 성능이 감소하며, 이를 보완하기 위하여 채널 부호화 방식을 적용한다. 초기에는 구현이 간단한 RS 부호 및 BCH 부호를 적용하였으나, 거리의 확장, 성능 향상, 해양 채널 환경의 열악성 때문에 강력한 채널 부호화 기술이 요구되었으며, 적용 가능한 부호화 기법들 중 LDPC 부호 방식의 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 LDPC 부호화 방식과 M-ary PPM 변조 방식을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. LDPC는 부호어의 크기 N과 M-ary PPM 변조 방식에서 M의 크기, 송수신간의 거리 등에 따라 성능 분석하였으며, 시뮬레이션 결과 M-ary PPM에서 M의 값이 성능을 좌우하는 요소임을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제32권2호
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• pp.124-130
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• 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.