• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• 제27권3E호
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• pp.69-76
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• 2008

Measurements of bubble size and distribution in the surface layer of the sea, wind speed, and variation of ocean environments were made continually over a four-day period in an experiment conducted in the South Sea of Korea during 17-20 September 2007. Theoretical background of bubble population model indicates that bubble population is a function of the depth, range and wind speed and bubble effects on sound speed shows that sound speed varies with frequency. Observational evidence exhibited that the middle size bubble population fit the model very well, however, smaller ones can not follow the model probably due to their short lifetime. Meanwhile, there is also a hysteresis effect of void fraction. Observational evidence also indicates that strong changes in sound speed are produced by the presence of swarms of micro bubbles especially from 7 kHz to 50 kHz, and calculation results are consistent with the measured data in the high frequency band, but inconsistent in the low frequency band. Based on the measurements of the sound speed and high frequency transmission configuration in the bubble layer, we present an estimation of underwater acoustic channel capacity in the bubble layer.

• Journal of Communications and Networks
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• 제18권1호
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• pp.75-83
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• 2016

In this paper, we propose a multi-channel medium access control (MAC) protocol, named underwater multi-channel MAC protocol (UMMAC), for underwater acoustic networks (UANs). UMMAC is a split phase and reservation based multi-channel MAC protocol which enables hosts to utilize multiple channels via a channel allocation and power control algorithm (CAPC). In UMMAC, channel information of neighboring nodes is gathered via exchange of control packets. With such information, UMMAC allows for as many parallel transmissions as possible while avoiding using extra time slot for channel negotiation. By running CAPC algorithm, which aims at maximizing the network's capacity, users can allocate their transmission power and channels in a distributed way. The advantages of the proposed protocol are threefold: 1) Only one transceiver is needed for each node; 2) based on CAPC, hosts are coordinated to negotiate the channels and control power in a distributed way; 3) comparing with existing RTS/CTS MAC protocols, UMMAC do not introduce new overhead for channel negotiation. Simulation results show that UMMAC outperforms Slotted floor acquisition multiple access (FAMA) and multi-channel MAC (MMAC) in terms of network goodput (50% and 17% respectively in a certain scenario). Furthermore, UMMAC can lower the end-to-end delay and achieves a lower energy consumption compared to Slotted FAMA and MMAC.

• 한국음향학회지
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• 제28권6호
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• pp.506-513
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• 2009

본 논문에서는 원거리 수중음향 통신환경에서 중계노드가 사용가능한 센서노드 간의 데이터 교환을 위해 시역전 방법을 적용한 두 단계 양방향 수중 중계노드 통신 방식을 제안한다. 제안된 방법은 기존의 4 단계 중계절차를 2 단계로 줄이기 위해 시역전 기법을 이용한 양방향 통신방법을 적용하였으며 이를 통해 향상된 시스템 통신 용량을 얻는다. 또한 중계노드가 낮은 복잡도로 구현이 가능하기 때문에 효과적으로 전송 거리를 증가시킬 수 있다. 전산모의실험을 통해 제안된 방법이 기존의 방법보다 20 dB의 SNR에서 약 3.2 bps/Hz만큼 향상됨을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제26권7호
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• pp.366-374
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• 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.

• 한국음향학회지
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• 제32권4호
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• pp.294-300
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• 2013

본 논문에서는 간략화된 차 주파수의 신호대잡음비을 이용하여 수중 AWGN 환경하에서 파라메트릭 배열 통신 시스템의 성능을 비트오류확률과 MIMO 채널용량 관점에서 분석한 결과를 제시한다. 분석을 위해 사용된 차주파수의 신호대잡음비는 전달손실, 잡음준위 그리고 비선형성이 고려된 차 주파수의 음원준위로 계산된다. 1차 주파수 210 kHz와 190 kHz, 차 주파수 20 kHz, 트랜스듀서 직경 0.1 m, 잡음준위 50 dB, 요구되는 비트오류 확률을 $10^{-4}$으로 가정할 때, 담수 환경과 해수 환경에서의 1차 주파수 통신 거리 대비 파라메트릭 배열의 통신거리 이득을 각각 59.11 km와 5 km를 얻었다. 또한, 10 bps/Hz의 채널용량 조건을 위해 SISO 및 ($2{\times}2$) MIMO 파라메트릭 배열을 사용할 경우, 담수에서는 38.84 km와 46.38 km 거리이득을 해수에서는 3.88 km 4.381 km의 거리이득을 얻었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제36권4B호
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• pp.422-428
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• 2011

본 논문에서는 n개의 균등하게 위치한 센서 노드를 가지는 수중 애드 혹 음향 네트워크에서의 시스템 및 채널 모델링, 그리고 이를 바탕으로 유도한 용량 스케일링 법칙을 소개한다. 특히 협 대역 모델에서 캐리어 주파수가 n의 함수로 스케일 되는 것을 허용하는 상황을 가정한다. 가정하는 네트워크에서, 전송 거리 뿐 아니라 주파수 스케일링에도 의존하는 감쇠 변수의 특성을 분석한다. 이를 바탕으로 단일 노드 밀도를 가지는 확장 네트워크 하에서 용량 스케일링에 대한 cut-set 기반 상향 경계선을 유도한다. 상향 경계선은 감쇠 변수에 역으로 비례한다는 결과물로부터, 전 영역에 대해 전력 제한된 네트워크가 생성됨을 보인다. 뿐만 아니라 간단한 최 근거리 다중 홉 전송에 기반 하여 용량 달성 가능한 기술을 소개한다. 확장 네트워크에서 다중 홉 기술은 감쇠 변수의 함수로 표현되는 모든 동작 영역에서 order 측면 최적임을 보인다.

• 한국음향학회지
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• 제35권3호
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• pp.167-174
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• 2016

수중통신은 해양 매질의 특성상 전달손실이 적은 음향을 사용함에 따라 육상에서의 전파통신보다 반송주파수가 낮아 신호의 대역폭이 제한되어 통신용량증가에 어려움이 따른다. 제한된 대역에 고속 및 대용량 전송이 필요해짐에 따라 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신에 대한 연구도 활발하다. MIMO 통신의 경우 지연확산 및 도플러확산 채널특성으로 인한 인접 심볼 간 간섭과 더불어 동일한 대역의 다중음원으로 인한 채널 간 간섭이 발생하므로 SIMO(Single Input Multiple Output) 통신에 비교하여 통신성능이 열악하다. 본 논문에서는 동시간대에 두 채널에서 송신된 신호가 한 채널에 간섭하여 수신되었을 경우 자기등화의 특성을 갖는 시역전 기법을 적용하여 보상 알고리즘을 단순화하고 채널 간 간섭을 완화하여 이 때의 통신성능을 확인하고자 한다. 또한 2015년 5월 동중국해 북부 해역에서 수행한 SAVEX15(Shallow-water Acoustic Variability Experiment 2015) 실험 데이터를 이용하여 이를 검증하고자 한다.