스마트폰의 사용이 보편화됨에 따라 스마트폰을 이용한 다양한 응용서비스가 개발되고 있으며, 추가적인 장치없이 음향 신호를 이용하여 데이터를 송수신하거나 위치를 측정하는 기술이 활발하게 개발되고 있다. 그러나 스마트폰 장치의 한계로 음향 주파수의 선택에 한계가 있고, 음향신호 발생 장치의 전자회로의 비선형성으로 인해 인간이 감지할 수 있는 음향신호 잡음이 발생하는 문제가 있다. 따라서 시끄러운 소리가 나므로 실용화에 어려움이 있다. 본 논문에서는 인간이 감지하는 음향 신호의 크기 측정 방법을 제안하고, 이에 따라 여러 가지 음향 신호를 비교 분석함으로써 음향 통신 및 위치측정 시스템 개발시에 비가청 음향 신호 설계에 활용하도록 한다.
해양에서 음파를 사용하여 수중통신을 시도할 경우 해양매질은 음향 도파관(acoustic waveguide)의 역할을 하게 되고, 이 경우 해양환경의 변동성과 그에 따른 음파와 매질의 간섭에 의해 수중통신 채널의 변동성이 발생한다. 수중음향 채널은 대역 제한 채널이면서 잔향음 제한 채널이고 강한 도플러 변이 채널이므로 수신된 통신 신호는 육상통신에 비해 심한 인접 심볼간 간섭(intersymbol interference)과 위상변이를 가지게 된다. 따라서 수중통신을 시도함에 있어 이러한 해양환경 변동성과 그에 따른 수중음향 채널 변동에 대한 충분한 고려가 필요하다. 본 논문은 수중통신 시스템 구성에 도움을 줄 수 있도록 수중통신 채널에 영향을 미치는 해양 매질의 기본적 특성에 대해 소개하고 수중통신 채널과의 상관성 및 환경 변동성에 따른 통신채널의 변동성에 대해 소개하고자 한다.
수중음향 채널은 시변적인 특징을 가진다. 채널의 시변동성은 지속적인 정보 데이터 전송을 방해하여 수중음향통신의 신뢰도를 감소시키는 요인이 된다. 본 논문에서는 채널의 시변동성을 시간영역 상관도로 기술하고, 정보 데이터의 실질 전송시간을 스루풋 효율로 표현하였다. 그리고 수중음향 채널의 시변동성이 통신 스루풋 효율에 미치는 영향을 분석하였다. 실제 수중음향통신 실험을 통하여 수중채널의 시변동성이 클수록 통신의 스루풋 효율도 감소한다는 것을 확인하였다.
최근 심해 해난 구조 통신, 해저 탐사와 환경오염에 대한 모니터링과 같은 서비스에서 수중 음향 채널을 통한 데이터의 전송은 고속이 요구되고 있다. 수중 음향 채널은 매우 복잡하고 지속적인 시변 특성을 가지므로 기존의 무선 통신 기술들은 좋은 성능을 나타내지 못한다. 이러한 수중 음향 채널에서 고속 전송을 제공하고 열악한 환경에 대해서 신뢰성이 있고 강건한 통신 서비스를 제공하기 위해서 본 논문에서는 적응형 OFDM 시스템의 성능을 분석한다. 이를 통해서, 음성 통신 서비스를 기준으로 수중 음향 채널에서 적절한 적응 알고리즘의 적응 스위칭을 위한 임계값을 제시한다.
음향신호기는 횡단보도에 있는 보행신호등의 정보를 음향과 음성으로 알려주는 장치로써, 시각장애인에게 횡단보도의 이름, 음향신호기의 신호 상태 및 횡단보도의 보행 방향 정보를 제공한다. 시각장애인들은 음향신호기를 편리하게 동작시키기 위하여 358.5MHz 무선 리모컨으로 음향신호기를 동작시키고, 횡단보도를 건너가게 된다. 현재의 음향신호기는 무선 리모컨으로부터 동작 신호 수신만 가능하다. 따라서, 교차로 횡단보도와 같이 다수의 음향신호기가 설치된 교차로에서 기존의 음향신호기는 무선 리모컨의 통신 반경에 있는 음향신호기는 모두 동시에 작동하는 문제점이 있으며, 이는 시각장애인에게 혼란을 줄 수 있다. 본 논문에서는 블루투스를 이용하여 스마트폰으로 동작시킬 수 있는 양방향 통신 지원 BLE 기반 음향신호기를 제안한다. 제안하는 시스템은 상기의 문제점을 극복할 수 있으며, 신호 정보 등을 부가정보를 받을 수 있어, 횡단보도 횡단시 보다 편리하게 이용할 수 있는 장점이 있다.
본고에서는 은밀 수중음향통신과 관련한 연구동향과 수중 채널 환경의 특징들에 대해 소개한다. 육상 무선통신 환경과 마찬가지로 수중 채널에서도 전달 손실, 다중경로 전달, 도플러 효과 및 잡음이 장애 요인으로 작용하나 물 속의 상황을 정확히 예측하기 어렵고 시간에 따른 변동성이 매우 심하기 때문에 통신 시스템 설계를 어렵게 한다. 이러한 장애 요인들을 극복하면서 은밀 수중음향통신으로써 대표적인 대역확산 기법과 함께 수중 생체 모방형 신호를 사용하는 방법을 소개하고, 실제 국내 해역에서 획득한 데이터를 이용한 결과들을 제시한다.
수중음향통신을 위한 빔형성 알고리듬은 수중음향통신 신호가 상대대역폭(대역폭에 대한 반송주파수 비)이 큰 광대역 신호 특성을 고려해야한다. 우리는 본 논문에서 위상동기식 디지털 수중음향통신을 위한 협대역 신호 가정을 하지 않은 기저대역 배열 신호 모델을 유도하고 RLS 알고리듬을 이용하여 가중치를 갱신하는 FTR 필터 구조의 광대역 적응 빔형성 알고리듬에 대해서 전산 모의실험을 통하여 FIR 필터 길이, tap간 간격 등과 같은 최적의 FIR 필터 파라미터를 제시하였다.
은밀 수중 통신은 수중에서 신호를 전송할 때 다른 대상이 감지하지 못하도록 보내는 통신 방법이다. 수중에서 정보를 은밀하게 보내는 방법은 Radio Frequency(RF)에서 사용되는 방법과 유사하게 Low Probability of Detection(LPD)와 Low Probability of Intercept(LPI)의 특성을 고려하여 설계된다. 그러나 수중에서 음향을 이용하여 통신하는 경우 협소한 주파수 대역폭으로 인해 은밀성을 확보하기 어렵다. 기존의 신호 전송 전력을 낮추거나 변조 대역폭을 늘리는 방법과는 다르게 수중 포유류의 음향 신호를 모방하여 신호를 보내는 방법이 연구되고 있다. 생체모방 은밀 수중향통신은 주로 돌고래나 고래가 발생시키는 클릭음이나 휘슬음을 모방한다. 본 논문은 이러한 생체모방 은밀 수중음향통신의 발전 가능성과 향후 필요한 연구 분야를 파악하기 위해 생체모방 통신 기술들을 조사하고 이에 따른 연구 동향을 소개한다.
수중음향통신 관점에서 바다와 같은 수중채널은 수십심벌에 이르는 다중경로와 빠르게 변화하는 도플러 효과가 존재한다. 따라서 신뢰성 있는 수중음향통신을 위해서는 채널 등화가 반드시 필요하다. 본 논문에서는 이차 통계량 기반의 Blind Identification 알고리듬을 이용한 수중음향 채널추정 기법을 이용하여 무향수조의 채널응답을 분석하였다. 실험을 통하여 알고리듬의 추정 정확도 및 트랜스듀서 특성을 포함한 무향수조의 채널 응답 특성에 대하여 논한다.
음악은 컴퓨터 음악, 인간-컴퓨터 상호작용, 데이터 청각화 그리고 최근 들어 컴퓨터 애니메이션이나 가상환경등에서 중요한 부분을 차지해왔다. 지금까지 음향의 모델링이나 함성 등 음향 자체에 대한 요소 기술들에 관해서는 많은 연구가 진행되었으나 앞으로 컴퓨터 애니메이션, 가상환경 등과 같이 영상의 동작과 음향이 서로 밀접하게 연관된 분야에서는 음향을 동작과 통합 처리할 수 있는 기술이 필수적이다. 따라서 본 고에서는 컴퓨터 애니메이션이나 가상환경 등에서 영상 내 물체의 움직임, 그와 동기된 음향의 자동생성 기술의 원리, 그 요소 기술들, 그리고 앞으로의 전망 등을 기술한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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