Wireless communication systems are inevitable for efficient underwater activities. Because of the poor propagation characteristics of light and electromagnetic waves, acoustic waves are generally used for the underwater wireless communication. Although there are many kinds of information type, visual images take an essential role especially for search and identification activities. For this reason, we developed an acoustic-based underwater image transmission system under a dual use technology project supported by MOCIE (Ministry of Commerce, Industry and Energy). For the application to complicated and time-varying underwater environments all-digital transmitter and receiver systems are investigated. Array acoustic transducers are used at the receiver, which have the center frequency of 32kHz and the bandwidth of 4kHz. To improve transmission speed and quality, various algorithms and systems are used. The system design techniques will be discussed in detail including image compression/ decompression system, adaptive beam- forming, fast RLS adaptive equalizer, ${\partial}/4$ QPSK (Quadrilateral Phase Shift Keying) modulator/demodulator, and convolution coding/ Viterbi. Decoding.
본 논문은 CP(Cyclic Prefix)를 사용한 SC-FDE(Single Carrier with Frequency Domain Equalization) 기반의 전송 방식에 대해 기술하였다. SC-FBE 방식은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)과 기능 구성이 유사하며, OFDM과 유사하게 주파수 영역에서 블록 단위로 효율적인 등화 수행이 가능하다. 특별히 단일 반송파 방식은 OFDM에 비해 비선형 왜곡에 상대적으로 덜 민감한 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 결정 지향 방식의 SC-FDE 수신부를 설계하고, 시뮬레이션을 통해 성능 결과를 제시하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권9호
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pp.818-823
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2016
밀리미터파(Millimeter wave) 통신 시스템은 밀리미터파 주파수 대역의 넓은 가용 주파수 자원을 이용해 높은 전송 용량을 제공할 수 있다. 밀리미터파 기반 시스템의 전송선 왜곡 허용치(link margin)를 확보하기 위해 최근 아날로그/디지털 빔포밍(beamforming)을 결합한 하이브리드(hybrid) 빔포밍 기술이 주목받고 있다. 본 논문에서는 무선 주파수 대역의 하드웨어 복잡도와 전력 소비를 절감하기 위해 이산푸리에변환(discrete Fourier transform) 기반 고정형 아날로그 빔포밍 장치를 포함하는 상향링크 하이브리드 빔포밍 시스템 구조를 소개하고, 사용자간 간섭을 제거하기 위해 기저대역 제로-포싱 (zero-forcing) 다중안테나 수신기 구조를 제시한다. 또한 고려하는 시스템의 전송 용량을 개선하기 위해 각 사용자들의 유효 채널이 서로 직교에 가깝도록 빔을 선택하는 알고리즘을 제안한다. 그리고 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안하는 방법의 성능 개선 효과를 확인한다.
본 논문은 대역폭 제한과 시분산 특성을 갖는 비선형 통신 채널에서 부호간 간섭을 경감시킬 수 있는 MMA(Multiple Modulus Algorithm) 블라인드 등화 알고리즘의 연산량을 더욱 간소화시킨 SE-MMA (Signed-Error MMA)의 성능에 관한 것이다. training sequence 없이도 채널에서 발생되는 부호간 간섭의 진폭과 위상 회전을 동시에 경감시킬 수 있는 MMA 알고리즘에서 등화기 출력 신호와 송신 신호의 통계적 특성인 Constant Modulus간의 오차 신호를 이용하지만, SE-MMA 알고리즘에서는 오차 신호의 극성만을 이용하게 되어 탭 계수의 갱신을 위한 연산량을 줄일 수 있으며, 이를 H/W 구현하는 경우 단순화할 수 있게 된다. SE-MMA 알고리즘의 성능을 기존의 MMA 알고리즘과 비교하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였으며, 이를 위해 수신측에서의 등화기 출력 신호인 복원된 신호 성상도, 수렴 성능을 나타내는 성능 지수인 MSE, MD (Maximum Distortion) 및 잔류 isi 특성 곡선과 SER을 사용하였다. 시뮬레이션 결과 수렴 속도에서는 SE-MMA가 MMA 보다 빠른 성능을 얻었지만, 정상 상태 이후 성능 지수의 양에서는 열악해짐을 확인하였다.
본 논문은 시분산 통신 채널에서 부호간 간섭을 수신측에서 경감시키기 위하여 사용되는 CCA (Compact Constellation Algorithm) 적응 등화 알고리즘의 성능을 비교하였다. 이 알고리즘은 기본적으로 CMA 등화기의 위상 미복원 문제를 해결하기 위하여 등장하였으며 DDA(Decision Directed Algorithm)와 RCA(Reduced Constellation Algorithm)의 개념을 조합하였다. DDA는 단일 레벨 신호에 대해서는 안정된 수렴 특성을 갖지만 다중 레벨의 수가 큰 QAM 신호에 대해서는 매우 불안한 문제점을 가지며, RCA는 초기 수렴 상태가 보장되지 않거나, 수렴후 안정 상태에서 misadjustment에 의한 등화 잡음이 DDA보다 큰 문제점이 있으므로, 이와 같은 점들을 개선하기 위해 CCA 적응 등화 알고리즘이 등장하였다. CCA 적응 등화 알고리즘의 성능 분석을 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였으며, 이를 위해 수신측에서의 등화기 출력 신호인 복원된 신호 성상도, 잔류 isi와 MD (Maximum Distortion) 곡선에 의한 수렴 특성 및 SER (Symbol Error Rate) 성능을 DDA, RCA와 비교하였다. 시뮬레이션 결과 모든 성능 지수에서 DDA가 가장 우월하였지만 수렴이 보장되지 않으며, 멀티 레벨 신호에서의 불안정성이 있으므로 이를 해결할 수 있는 CCA가 RCA보다 우월한 성능을 가짐을 확인하였다.
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템은 고속의 데이터 전송에 유리한 통신 방식이다. 하지만 OFDM 시스템은 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio)이 문제이다. PAPR 저감을 위한 방법으로 DFT(Discrete Fourier Transform)-spread 방식의 SC-FDMA(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access) 기술이 제안되었으며, 큰 관심을 받고 있다. 본 논문에서는 재머나 의도적인 간섭에 취약한 OFDM 방식의 단점을 보안하기 위해 스펙트럼 확산 방식 중 하나인 FH(Frequency Hopping)방식을 도입하였고, 부분 대역 재밍과 톤 재밍이 있는 채널 환경에서는 FH 방식의 SC-FDMA 시스템의 성능을 비교 분석한다. 그리고, SC-FDMA 방식은 ICI(Inter sub-Carrier Interference)에 민감한데, 특히 주파수 오프셋이나 위상 잡음에 의해 발생하는 ICI는 시스템 성능을 열화시킨다. 본 논문에서는 OFT-spread OFDM을 기반으로 하는 SC-FDMA 기술에 PNFS(Phase Noise and Frequency offset Suppression) 알고리즘을 적용한 등화기를 사용하여 위상 잡음이나 주파수 오프셋 등에 의해 발생하는 ICI의 영향을 분석하고, 보상한다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 성능 개선을 확인하였다.
대역확산 기법은 인접 심벌간의 간섭을 최소화 하고, 은밀성(LPI, Low Probability of Intercept)과 다중 접속기능을 제공할 수 있다. 본 논문에서는 동해에서 직접수열 방식의 대역확산 기법으로 신호를 전송하고, 왜곡된 수신신호를 보상하기 위해 반송파와 시간 동기 복원 및 등화기를 적용한 결과를 나타낸다. 해상실험을 수행한 결과 송수신기사이의 거리가 3 km이었을 때 일반적인 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 기법의 경우 $1.46{\times}10^{-2}$의 비트 오류율을 보였으며, 대역확산기법이 적용된 경우 $5.17{\times}10^{-4}$ 비트 오류율을 보였다.
본 논문은 16-QAM 신호 전송시 시분산 채널에서 발생되는 부호간 간섭을 줄이기 위해 사용되는 적응 등화알고리즘인 VSCA (Variable stepsize Square Contour Algorithm)와 VSDA (Variable stepsize Square contour Decision directed Algorithm)의 성능 비교에 관한 것이다. SCA 에서는 송신 신호의 2차 통계치인 Constellation Dependent Constant를 이용하여 수신 신호의 진폭과 위상을 보상하지만, 이들 VSCA와 VSDA에서는 constellation matching을 위한 distance adjusted approach 개념을 이용한 step size를 변화시켜 적응 등화 성능을 더욱 개선시킨 것이다. 논문에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 VSCA와 VSDA의 성능을 비교하였으며, 이를 위한 성능 지수로는 등화기 출력 신호 성상도, 잔류 isi양, 최대 찌그러짐 및 MSE를 사용하였다. 이들 알고리즘의 성능 비교 결과 모든 비교지수에서 VSCA 알고리즘이 VSDA보다 우월함을 확인하였다.
본 논문에서는 수중에서 영상정보를 초음파를 이용하여 전송하기 위한 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 방식의 수중영상 정보전송 시스템을 DSP (Digital Signal Processor)를 이용하여 구현하였다. 본 논문에서는 영상 데이터를 실시간으로 송수신하기 위하여 송수신기에 사용된 복수 개의 DSP프로세서를 BDPA (Block Data Parallel Architecture) 구조를 이용하여 병렬처리 하였다. 장비의 운용 및 실시간 디버깅을 위한 소프트웨어를 GUI (Graphic User Interface) 방식으로 구현하였다. 또한. 본 논문에서 구현한 수중영상 정보 전송 시스템의 성능을 검증하기 위하여 강원도 동해 앞바다에서 실해역 실험을 수행하여 수중 30m와 80m 지점에서 센서간 거리 20 m에서 10 kbps의 영상정보 전송이 가능함을 확인할 수 있었다.
본 논문은 사전 왜곡기를 이용한 통신 채널 특성의 보상에 관한 것으로서 고려되는 채널 특성으로는 채널에서 발생되는 부가 잡음과 위상 회전 및 주파수 선택성 페이딩이다. 사전 왜곡기는 통신 채널의 전기적 역특성 계수를 송신측에서 계산하여 신호를 미리 왜곡시켜 변조후 전송하므로서 수신측에서는 채널에서 발생되는 장애요인의 영향을 최소화시킬 수 있다. 이를 위해 사전 왜곡기는 적응 등화기의 알고리즘인 TEA(Tricepstrum Equlization Algorithm)을 적용하였으며 이 때 수신측에서는 송신측으로 주기적으로 probing신호를 전송하여야 한다. 이를 기본으로하여 송신측은 통신 채널의 역특성 계수를 얻을 수 있으며 이때 주기적으로 전송되어야 하는 probing 신호의 1주기동안 통신 채널의 특성 변화는 없는 것으로 가정한다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 사전 왜곡기의 성능은 적응 등화기와 같이 양호한 것으로 확인되었으며 이와같은 기법은 향후 이동 통신의 순방향 채널에서 사용할 수 있어 고속 전송을 가능케하는 유용성을 가진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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