• 한국음향학회지
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• 제33권4호
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• pp.255-261
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• 2014

본 논문에서는 수중음향통신에서 비선형 chirp 변조 신호를 사용하는 방법을 제안한다. 과거 대부분의 수중음향통신에서는 반송파의 크기, 주파수 또는 위상에 정보를 실었다. 이에 반해 제안된 방법은 심볼 내에서 반송파의 주파수 변화율에 정보를 포함하게 된다. 특히, 반송파로 비선형 chirp 신호의 일종인 하이퍼볼릭 주파수 변조 신호를 사용하는 경우, 도플러 채널에서 강한 특성을 가진다. 제안된 방법은 시뮬레이션을 통해 기존 방법과 비교 및 분석하였다. 제안된 방식과 선형 주파수 변조 신호를 갖는 기존 방식을 비교하였을 때 도플러 편이가 있는 경우 제안된 방법의 오차 확률이 평균 5~12 % 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 제안된 방법의 성능을 분석하기 위해 해상실험이 수행되었다.

• 한국통신학회논문지
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• 제39C권3호
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• pp.275-281
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• 2014

최근 들어 연근해와 내수면에서 수중 자원의 효과적 개발과 보존을 위해 다양한 수중 응용 시스템 발굴 및 활용의 필요성이 증대되고 있다. 이에 본 논문에서는 근거리 수중 이동통신 시스템, 수중 센서네트워크 시스템 등의 핵심 기술 중의 하나인 초소형 수중 음향통신 모뎀의 디지털 모듈을 연구한다. 고속 연산처리가 가능한 디지털 신호처리 프로세서를 탑재한 수중 모뎀의 디지털 모듈을 설계하고 제작하며, 개발된 하드웨어에 프레임 형성 기능과 채널부호 알고리듬들을 구현하고 실험함으로써 회로의 기능과 성능을 검증한다. 실험 결과에 따르면, 개발된 DSP 기반 디지털 모듈에서 전송속도 1 kbps의 길쌈부호 처리를 위해 필요로 하는 연산량이 DSP의 가용 연산 능력의 1% 이내에 불과하므로 개발된 하드웨어 플랫폼에 다양한 고효율 기저대역 알고리듬을 탑재함으로써 수중 모뎀의 성능 개선을 모색할 수 있다.

• 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.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제11권3호
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• pp.153-166
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• 2013

A hierarchical time division multiple access (HTDMA) medium access control (MAC) protocol is proposed for clustered mobile underwater acoustic networks. HTDMA consists of two TDMA scheduling protocols (i.e., TDMA1 and TDMA2) in order to accommodate mobile underwater nodes (UNs). TDMA1 is executed among surface stations (e.g., buoys) using terrestrial wireless communication in order to share mobility information obtained from UNs which move cluster to cluster. TDMA2 is executed among UNs, which send data to their surface station as a cluster head in one cluster. By sharing mobility information, a surface station can instantaneously determine the number of time slots in a TDMA2 frame up to as many as the number of UNs which is currently residing in its cluster. This can enhance delay and channel utilization performance by avoiding the occurrence of idle time slots. We analytically investigate the delay of HTDMA, and compare it with that of wellknown contention-free and contention-based MAC protocols, which are TDMA and Slotted-ALOHA, respectively. It is shown that HTDMA remarkably decreases delay, compared with TDMA and Slotted-ALOHA.

• 한국음향학회지
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• 제32권6호
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• pp.494-501
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• 2013

천해 수중 음향 채널의 배경잡음과 다중경로에 의한 비트 오류율(BER)을 경감하기 위해 Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)에 전방 오류 정정 코드(FEC)로 부호화 비율 1/2의 길쌈 코딩(CC)을 적용하였다. 전송신호의 대역폭에 대한 채널의 일관성 대역폭의 비를 주파수 선택 지표로 정의하였고 주파수 선택지표에 따른 전송 신호의 BER과 비트 에너지 대 잡음비의 이득을 평가하였다. 실내 수조 실험 결과, 주파수 선택지표가 약 1.0 이하인 경우 BER은 이론적인 결과와 일치하고 비트 에너지 대 잡음비의 이득은 약 5 dB로 이론적인 결과와 일치한다. 주파수 선택 지표가 1.0 이상인 주파수 선택적인 다중경로 채널에서도 BER은 효율적으로 감소하지만 비트 에너지 대 잡음비가 일정크기 이상인 조건에서만 CC의 비트 오류 감소에 효과가 있다. 이러한 결과는 본 연구에서 정의한 주파수 선택 지표가 다중 경로 채널에서 CC의 성능 평가의 지표로 적용될 수 있다. 아울러 등화기를 적용하지 않고 저속 수중 음향 통신시스템에 효과적으로 BER을 줄일 수 있다.

• 한국음향학회지
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• 제37권6호
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• pp.451-456
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• 2018

최근 장거리 수중음향통신 연구가 활발하게 진행되고 있다. 장거리 수중음향통신 연구를 위한 해상실험은 해양환경의 영향을 크게 받고 높은 비용과 많은 시간이 소요된다. 따라서 장거리 환경에서 수중음향통신 시스템의 성능을 예측하고 검증하기 위한 시뮬레이터에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 장거리 수중음향통신 시뮬레이터의 개발을 목적으로 중장거리 다중송신환경에서 수중음향통신 시뮬레이터로서 VirTEX(Virtual Time series EXperiment)의 성능을 분석하고, 해상 실험 결과와 비교 검증하였다. 송신 신호는 탐침을 위한 Chirp신호와 16QAM 방식으로 변조된 통신 신호를 사용하였다. VirTEX를 통해 수신 신호를 모의하고 다중송신환경에 의해 발생하는 채널 간 간섭을 적응 수동형 시역전을 이용하여 보상하여 통신 성능을 분석하였다. 또한 2005년 7월 이탈리아의 Elba island 북쪽 해역에서 수행한 FAF05(Focused Acoustic Field 2005) 실험 데이터와 비교하여 이를 검증하였다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.1042-1050
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• 2014

수중에서의 음향 통신의 성능은 신호의 다중경로 전달과정에 의해 발생하는 지역 확산 현상으로 인하여 인접간섭의 영향을 받는다. 그리고 음파를 이용한 주파수의 제한으로 인하여 낮은 전송 속도로 통신을 한다. 따라서 전송속도의 향상과 함께 인접간섭을 제거하기 위하여 수중 통신에 적합한 시공간 부호화 기술과 등화기 기술, 채널 부호화 기술이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 기술들을 시뮬레이션을 통하여 MIMO 수중 통신 시스템에서 최적의 터보 등화 기법을 이용한 복호구조를 제안한다. 각 모듈별 시뮬레이션을 통한 성능결과 본 논문에서 제안한 계층적 시공간 부호화 방식 기반의 터보 등화 기법을 이용하면 일반적인 수중 통신 보다 성능이 우수함을 알 수 있다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권7호
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• pp.1531-1538
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• 2015

본 논문에서는 두 개의 송·수신 센서 사이의 위상 오차를 보상하기 위해 터보 등화 기반의 MIMO 수중 통신의 효율적인 복호기 구조를 제시하였다. 시공간 부호화 시스템에서는 다중 송·수신기 사이의 위상 차이는 완벽하다고 가정하였으나, 본 논문에서는 MIMO 수중 통신 환경에서 서로 다른 송·수신기 사이의 위상 오류에 영향을 분석하였다. 그 결과 오류 성능이 심각하게 감소하게 됨을 알 수 있었으며, 오류 성능 영향을 최소화하기 위해 도착 시간 차이를 보상한 DD 위상 추적 방식 기반의 위상 보상 알고리즘을 제안하였다. 본 논문은 MIMO 수중 통신 환경에서의 위상 오류에 영향을 분석하고, 그 영향을 최소화 할 수중 채널 모델에 대한 보상 알고리즘을 제안하였다.

• 한국음향학회지
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• 제32권2호
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• pp.116-123
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• 2013

본 논문은 시변 해수면을 생성하고 KA(Kirchhoff Approximation) 기반으로 산란계수를 시뮬레이션하여 결정론적 모델인 벨홉 임펄스 응답에 적용함으로써 시변동성 채널을 생성한다. 1D Pierson-Moskowitz 해수면 스펙트럼과 가우시안 상관 함수를 이용하여 일정한 속도로 변화하는 시 변동성 해수면을 사용하였다. 산란계수는 벨홉의 채널 임펄스 응답의 신호 응답 강도에 적용한다. 실제 실측 데이터에서 해수면 반사 성분을 분리하여 시 변동성 특성에 대한 도플러 파워 스펙트럼을 구하고, 해수면 산란계수 시뮬레이션의 결과와 비교하여 해수면에 사용된 가우시안 상관 함수의 상관 시간을 추정하였다. 최종적으로 생성된 시변동성 채널에 수동 시역전 통신 시나리오를 가정하고 기법을 적용하여 비트에러율 및 채널응답 상관계수 시뮬레이션을 수행하였다.

• 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.