• 한국통신학회논문지
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• 제35권8A호
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• pp.777-784
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• 2010

최근 수중 통신에 대한 관심이 급증하고 있으며, 수중 통신을 통한 음성 및 고해상도 영상 데이터와 같은 다양한 데이터 전송의 요구가 증가하고 있다. 수중 음향 통신 시스템의 성능은 수중 채널의 특성에 의해 크게 영향을 받으며, 특히 수중 채널 환경은 다중경로(Multi-path)에 따른 지연확산(delay spread)으로 인하여 데이터 전송 시 인접 심볼 간의 간섭(Inter Symbol interference: ISI)이 발생하여 통신의 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 지연 확산에 강한 성능을 나타내는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 기법을 수중 통신 시스템에 적용하고, OFDM의 CP(Cyclic Prefix)를 이용하여 수중 채널 환경의 다중경로로 인한 지연 확산을 보상한다. 하지만 수중 통신 시스템에 OFDM을 적용할 때, OFDM 시스템이 갖는 고유한 문제인 높은 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)이 발생한다. 그러므로 본 논문에서는 높은 PAPR로 인한 신호의 비선형 왜곡을 피하고 증폭기의 효율을 위하여 DFT-spread OFDM 기법을 적용한다. DFT-spread OFDM 방식은 IFFT 수행 이전에 DFT(discrete Fourier transform) 확산을 수행하여 각각의 병렬 데이터를 모든 부반송파들에 실어 줌으로써 좋은 PAPR 저감 효과를 얻는다. 그러므로 본 논문에서는 OFDM 시스템을 통해 수중 채널에서 지연 확산에 대한 성능 이득을 보이고, 일반적인 OFDM 시스템보다 DFT-spread OFDM이 수중 통신 환경에서 더 적합한 통신 방식임을 시뮬레이션을 통하여 보였다. 그리고 DFT-spread OFDM의 두 가지 자원 분배 방식(Interleaved, Localized)에 따른 성능을 분석하고 수중 통신 환경에서 자원 분배 방식에 따른 성능의 적응성에 대하여 논의하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 CP 삽입을 통한 보상후의 BER 성능은 DFT-spread OFDM 방식이 일반 OFDM에 비하여 $10^{-4}$에서 약 5~6dB 정도 좋은 것을 보였으며, 자원 분배 방식에 따른 BER 성능을 비교하였을 때, Interleaved 방식은 Localized 방식에 비하여 $10^{-4}$에서 약 3.5dB 정도 좋은 것을 보였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권4호
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• pp.383-390
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• 2024

수중 이동체의 방사소음을 측정하는 경우 이동체와 수신기 사이의 거리 정보가 중요한 요소이지만 수중에서는 Global Positioning System(GPS)를 사용할 수 없기 때문에 대체 수단이 필요하다. 대체 수단으로써 별도의 음향신호를 이용하여 도달 시간, 도달 시간 차 및 도달 주파수 차 등을 추정하여 거리를 측정한다. 하지만 채널 환경에 의해 오류가 발생하며, 이러한 특이값들은 연속적으로 거리를 측정함에 있어서 장애 요인이 된다. 본 논문에서는 거리 정보를 측정하는 과정에서 발생한 특이값들을 제거하기 위하여 사후 처리로써 V-곡선 형태의 함수로 곡선 적합하여 오류를 감소시키는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 성능검증을 위해 모의, 호수 및 해상실험을 수행하였다. 호수실험 결과에서는 Root Mean Square Error(RMSE) 관점에서 약 85 % 정도로 거리 추정 오차가 감소하였다.

• 대한전자공학회논문지TC
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• 제48권1호
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• pp.16-24
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• 2011

해양에서의 음속은 수온, 염분, 압력에 의한 실험식으로 계산되며 해양에서의 평균 염분은 약 34 psu (practical salinity unit)로 수성이나 수평 거리에 따른 변화가 대부분 수 psu 이하이기 때문에 음속에 크게 영향을 마치지 못한다. 그러나 최근 여름철에 중국 양쯔강 범람에 의해서 24 psu 정도의 저염수가 제주 서부 해역으로 유입되는 사례가 발생하고 있으며 이 저염수는 음속에 영향을 미친다. 본 논문에서는 이러한 환경 변화가 수중통신에 미치는 영향을 분석하였다. 즉, 저염수로 인한 음속구조의 변화를 계산하였고, 저염수층 내에서 송수선 수심과 전달거리를 바꿔가며 음파 전달 경로를 모의하여 통신 채널을 추정하였으며, BPSK(Binary phase shift key) 변조방식을 이용하여 비트 오류율을 계산하였다. 동일한 실험 조건하에 저염수가 없는 경우의 성능을 비교하여, 저염수가 통신 성능에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 분석하였다. 저염수는 수심 약 20m까지의 표층부에서 음속의 기울기를 양의 기울기로 변화시켜 음과 채널을 형성하였고, 표층부에서 대부분의 송수신 신호의 비트 오류율을 감소시키는 경향을 확인하였다. 본 논문의 저염수에 의한 수중 통신 성능에 미치는 영향을 분석한 결과는 정확한 해양 통신 및 탐지 성능분석을 하기 위해서는 해양환경의 변화를 고려하는 것이 매우 중요하다는 것을 시사한다.

• 한국음향학회지
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• 제41권2호
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• pp.166-173
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• 2022

본 논문에서는 수중 음향통신에서 데이터 복구를 위한 위상고정루프와 결합된 등화기의 성능을 분석하였다. 도플러 주파수가 존재하는 채널환경에서는 등화기 동작만으로는 데이터 복구가 어렵다. 도플러 주파수를 복구하기 위해 등화기는 위상고정루프를 결합하여 사용한다. 등화기와 위상고정루프는 각각 채널의 다중경로와 도플러 주파수를 보상하면서 맞물려 동작하게 된다. 또한, 고속 푸리에 변환을 통해 얻은 초기 주파수 오차를 보상하면, 위상고정루프와 결합된 등화기의 수렴속도를 향상시킬 수 있다. 성능 검증을 위해 호수실험과 해상실험을 진행하였다. 결과적으로, 도플러 주파수의 보상 유무와 상관없이 위상고정루프와 결합된 등화기는 프리엠블 구간에서 충분히 수렴하며, 랜덤 데이터 구간에서 비트오류는 발생하지 않았다. 그러나, 도플러 주파수의 보상을 통해 등화기의 수렴 속도를 2배 이상 증가시킬 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제34권4호
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• pp.295-302
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• 2015

수중에서의 음향 통신의 성능은 신호의 다중 경로 전달과정에 의해 발생하는 지역 확산 현상으로 인하여 인접 심볼간 간섭의 영향을 받는다. 따라서, 인접 심볼 간 간섭을 제거하기 위하여 수중 통신에 적합한 등화기 기술, 채널 부호화 기술이 필요하다. 또한, 수중에서는 시변 채널의 영향으로 인해 긴 사이즈의 데이터 전송 중 채널의 변화에 따라 수신 신호의 높은 오류율을 야기 시킨다. 본 논문에서는 다중 경로 환경에서 원활한 통신과 함께 수신 신호의 성능을 향상시키기 위하여 낮은 SNR(Signal to Noise Ratio)에서 우수한 성능을 보이는 부호화 기법인 BCJR(Bahl, Cocke, Jelinek, Raviv) 기반 컨볼루션 부호와 다중 경로로 인해 왜곡된 데이터를 보상하기 위한 기법인 결정 궤환 등화기가 결합된 터보 등화기를 기반으로 제한된 대역폭 내에서 전송률을 향상시킬 수 있는 큰 사이즈의 데이터를 효율적으로 복호 하는 방법에 대해 경북 문경시 경천호에서의 실제 수중 실험을 통하여 성능을 분석하였다.

• 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.

• 한국통신학회논문지
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• 제37A권12호
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• pp.1023-1030
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• 2012

수중 통신 시스템에서 통신 센서간의 간격을 증가시켜 다이버시티 기법을 적용하면 통신 시스템의 성능이 증가한다. 하지만 이 경우 통신 시스템의 크기가 증가하기 때문에 이를 실제의 수중 채널 환경에서 사용하는데 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 수중 통신 시스템에 빔형성기가 결합된 다이버시티 기법의 적용가능성을 검증하기 위하여 측정을 수행하였으며, 측정된 데이터를 이용하여 수신 신호의 상관계수를 분석해 봄으로써 빔형성기가 결합된 다이버시티 시스템의 성능을 검증하였다. 이를 위해 본 연구에서는 수중 채널 환경에서 측정한 데이터를 이용하여 센서에 수신된 신호의 페이딩 특성을 추정하고, 각 센서에서 추정된 페이딩 특성을 이용하여 센서간의 간격과 빔형성에 의한 상관계수를 분석하였으며, 그 결과 수중 채널 환경에서 서로 다른 다중경로 방향으로 빔형성을 수행하고 빔형성이 수행된 신호를 이용하여 다이버시티를 수행하면 센서간의 간격을 줄이면서도 최적의 다이버시티 이득을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제25권3호
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• pp.113-120
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• 2006

본 논문은 slow 페이딩 채널에서 block type 파일럿 배치에 기반한 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템의 등화 기법을 다루고 있다. 수중 채널에서 얻을 수 있는 비트 속도는 셀룰러 폰이나 실내 무선 시스템과 같은 여타 통신 채널에 비해 상대적으로 낮은 편이며, 따라서 채널 추적시 도플러 효과가 중요한 파라미터가 된다. Coherent 복조 방식의 경우 도플러 주파수에 의한 잔여 평균위상에러는 시스템 성능에 치명적으로 작용할 수 있으며, 등화기만으로는 평균 도플러 쉬프트 효과에 대처하지 못할 수 있다. 공통 도플러 효과에 대처하기 위해 주파수 등화기와 더불어 위상에러 추적회로를 사용하여 회전 에러를 배제할 수 있다. 아울러 성능 저하를 최소화하는 수준에서 추적회로의 연산 부담을 줄일 수 있음을 시뮬레이션을 통해 증명하였다.