수중음향통신 링크는 육상에서의 통신 링크와 비교했을 때, 물과 공기라는 매질의 차이, 음파와 전자기파라는 전달 파의 차이로 인하여 링크 해석에 있어서 수중음향통신 환경 고유의 특성을 고려한 링크 해석이 필요하다. 본 논문에서는 수중에서 음파를 이용한 무선통신의 매질로서 바다 속을 경로 손실, 흡음, 환경 잡음 측면에서 수중음향통신 링크 예산 수립에 적합하도록 음향학 기반의 지식을 해석하고 고찰하였다. 우리나라 연안에서의 흡음 계수 및 잡음 레벨에 대해서 분석하고 흡음 계수 및 잡음 레벨을 고려한 수중음향통신 주파수 대역 선정 방법을 제시하였다. 또한, 수중음향채널 링크 해석 결과의 적용 예로서 수중음향통신 시스템에서 널리 사용되고 있는 주파수 대역 중에서 25kHz 중심 주파수를 사용하고 전송 속도 10kbps, 목표 전달 거리 1km, 목표 비트 오율 $10^{-3}$인 QPSK 수중음향통신 시스템의 천해 동작환경을 고려한 이상적인 AWGN 환경에서의 링크 예산 수립 예를 보였다.
수중음향통신 링크는 육상에서의 통신 링크와 비교했을 때, 물과 공기라는 매질의 차이, 음파와 전자기파라는 전달 파의 차이로 인하여 링크 해석에 있어서 수중음향통신 환경 고유의 특성을 고려한 링크 해석이 필요하다. 본 논문에서는 수중에서 음파를 이용한 무선통신의 매질로서 바다 속을 경로 손실, 흡음, 환경 잡음 측면에서 수중음향통신 링크 예산 수립에 적합하도록 음향학 기반의 지식을 해석하고 고찰하였다. 우리나라 연안에서의 흡음 계수 및 잡음 레벨에 대해서 분석하고 흡음 계수 및 잡음 레벨을 고려한 수중음향통신 주파수 대역 선정 방법을 제시하였다. 또한, 수중음향채널 링크 해석 결과의 적용 예로서 수중음향통신 시스템에서 널리 사용되고 있는 주파수 대역 중에서 25kHz 중심 주파수를 사용하고 전송 속도 10kbps, 목표 전달 거리 1km, 목표 비트 오율 $10^{-3}$인 QPSK 수중음향통신 시스템의 천해 동작환경을 고려한 이상적인 AWGN 환경에서의 링크 예산 수립 예를 보였다.
The electro-magnetic wave propagates through the air in the terrestrial communications, but the acoustic wave propagates through the seawater in the underwater acoustic communication(UAC). It makes the differences between the UAC link and the well hon air communication links. In this paper, we have ...
The electro-magnetic wave propagates through the air in the terrestrial communications, but the acoustic wave propagates through the seawater in the underwater acoustic communication(UAC). It makes the differences between the UAC link and the well hon air communication links. In this paper, we have studied path loss, absorption and ambient noise of the ocean as a medium for UAC. We have analyzed the absorption coefficient and ambient noise level of the coastal area of South Korea and suggested a strategy for the selection of the frequency band by considering the absorption coefficient and ambient noise level. Also, we present an illustrative example of a link budget for the QPSK UAC system which has carrier frequency 25kHz, bit rate 10kbps, range 1km and BER $10^{-3}$ in the shallow water environment with an ideal AWGN assumption.
The electro-magnetic wave propagates through the air in the terrestrial communications, but the acoustic wave propagates through the seawater in the underwater acoustic communication(UAC). It makes the differences between the UAC link and the well hon air communication links. In this paper, we have studied path loss, absorption and ambient noise of the ocean as a medium for UAC. We have analyzed the absorption coefficient and ambient noise level of the coastal area of South Korea and suggested a strategy for the selection of the frequency band by considering the absorption coefficient and ambient noise level. Also, we present an illustrative example of a link budget for the QPSK UAC system which has carrier frequency 25kHz, bit rate 10kbps, range 1km and BER $10^{-3}$ in the shallow water environment with an ideal AWGN assumption.
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문제 정의
본 논문에서는 남해 및 동해 연안의 데이 터를 기준으로 수온, 염도, 깊이 변화가 흡음 계수에 미치는 영향에 대해서 분석하고, 환경 잡음에 대한 고찰을 통하여 우리나라 연안에 맞는 수중음향통신 링크를 해석하기로 한다. 또한 링크 해석 결과를 바탕으로 25眼 주파수 대역을 사용하는 목표 비트 오율 1(厂3, 전송거리 1km, 전송속도 10kbps인 QPSK 수중음향통신시스템의 링크 예산 수립 예를 보일 것이다.
본 논문에서는 수중에서 음파를 이용한 무선통신의 매질로서 바다 속을 경로 손실, 흡음, 환경 잡음 측면에서 수중음향통신 링크 예산 수립에 적합하도록 음향학 기반의 지식을 해석하고 고찰하였다. 우리나라 남해 및 동해 연안의 염도 및 수온 분포 데이터를 이용하여 우리 연안에서의 흡음 계수에 대해서 분석하고 흡음 계수를 고려한 주파수 대역 선정 방법에 대해서 논하였다.
줄이고 수십kH立 주파수 대역을 사용한다. 본 논문에서는 천해 동작환경에서 잡음 레벨과 흡음 계수의 값 및 켠동 폭 등을 고려 하여 25kHz 중심 주파수를 사용하고 전송 속도 10kbps, 목표 전달 거리 1km, 목표 비트 오율 1(厂3인 qpsk 수중음향통신 시스템의 이상적인 AWGN 환경에서의 링크 예산을 수립하도록 하겠다. 링크 예산 수립 과정에 송수신 센서 및 증폭기 관련 사항은 고려하지 않았다.
지식을 해석하고 고찰하였다. 우리나라 남해 및 동해 연안의 염도 및 수온 분포 데이터를 이용하여 우리 연안에서의 흡음 계수에 대해서 분석하고 흡음 계수를 고려한 주파수 대역 선정 방법에 대해서 논하였다. 우리나라 연안의 풍속 변화에 따른 잡음 레벨에 대해서 고찰하고 심 해 잡음 레 벨과 비 교 분석 하여 잡음 관점 에서 주파수 대역 선정 방법을제시하였고기후및 해양 생물체 등과 같은 환경 변화가 잡음 레벨에 미치는 영 향에 대해서 요약하였다.
가설 설정
그린 것이다. 수온이 0°C와 300 사이에서 변화한다는 가정 하에 0°C, 10°C, 30°C 경우에 대해서 흡음 계수를 도시하였다. 그림으로부터 수온 변화에 의 한 흡음 계수의 변화 범위는20k田에서는2dB 이내, 50kHz에서는 5dB 이내, 100kHz에서는 10dB 이내이고 그림 1과 마찬가지로 주파수가 증가할수록 그 변동 폭이 커 진다.
제안 방법
우리나라 남해 및 동해 연안의 염도 및 수온 분포 데이터를 이용하여 우리 연안에서의 흡음 계수에 대해서 분석하고 흡음 계수를 고려한 주파수 대역 선정 방법에 대해서 논하였다. 우리나라 연안의 풍속 변화에 따른 잡음 레벨에 대해서 고찰하고 심 해 잡음 레 벨과 비 교 분석 하여 잡음 관점 에서 주파수 대역 선정 방법을제시하였고기후및 해양 생물체 등과 같은 환경 변화가 잡음 레벨에 미치는 영 향에 대해서 요약하였다.
잡음 레 벨은 1kHz에서 50kHz 사이 의 주파수 대역에서 풍속에 의한 영향을가장크게 받고풍속이 두 배 증가하면 잡음 레 벨은 6dB 증가한다. 잡음 레 벨의 단위는 dB re IjiPa이 지 만 본 논문에 서는 편의상 re IpPa을 생략하고 dB로 표시 하기 로 하자. 50kHz 대 역 의 잡음 레 벨은 20dB에서 풍속에 따라서 최 대 403B까지 증가한다.
성능/효과
따라서 수중음향통신 시스템을 설계할 때 주파수 대역 선정에 있어서 주파수 대역이 높아지면 흡음 계수 변동 폭이 커져서 환경 변화에 따라서 통신 시스템의 성능 변화가 커진다는 점을 고려해야할 것이다. 또한 흡음 계 수의 최 고값을 보면 20kHz에 서 는 4dB/km이 지 만 100kHz에서는 35dB/km로 매우 커지는데, 이것은 100kHz 주파수 대 역 은 20kHz 주파수 대 역 과 같은 통신성 능을 얻기 위해서 매 km당 30EB 높은 전력을 요구함을 의미한다. 즉 목표 전송 거리와 가용한 송신 전력에 따라서 주파수 대역 선택에 제약을 받는다.
이 그림은 우리나라 연 안의 9년간 잡음 레 벨 측정 결과를 이 용하여 Wenz 식을 변형한 것이다. 측정 결과는 7〜 10dB의 표준편차가 존재하는데, 천해 잡음은 심해 잡음과 달리 측정하는 시간과 장소에 따라서 그 변화폭이 매우 큼을 알 수 있다.
후속연구
또한 링크 해석 결과를 바탕으로 25眼 주파수 대역을 사용하는 목표 비트 오율 1(厂3, 전송거리 1km, 전송속도 10kbps인 QPSK 수중음향통신시스템의 링크 예산 수립 예를 보일 것이다.
참고문헌 (9)
D. Kilfoyle and A. Baggeroer, 'The state of the art in underwater acoustic telemetry,' IEEE J. of Oceanic Eng, Vol. 25, pp. 4-27, Jan. 2000
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