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초록
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본 논문에서는 수중 통신 환경에서의 Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) 시스템과 지상에서의 일반적인 OFDM 시스템과의 차이점을 분석하고, 실제 측정된 채널 데이터를 사용한 수중 채널 모델을 기반으로 OFDM 파라미터들을 설정하였다. 또한, 선형 보간법을 이용한 least square (LS) 채널 추정기법을 이용하여 채널의 상태 정보를 획득하였다. Alamouti code를 이용한 space-time block code (STBC) 및 space-frequency blcok code (SFBC)를 적용하여 그 성능을 평가 및 분석 하였으며, 동시에 $1{\times}2$ maximum ratio combining (MRC)을 적용하여 성능을 비교 분석 한 결과, SFBC의 경우 수중 채널의 심각한 주파수 선택적 특성으로 인하여 유효한 BER 특성을 보이지 못하였으나, STBC의 경우 4-column 파일럿 구조를 적용하였을 때, SISO 시스템과 비교하여 약 7dB 정도의 향상된 성능을 나타내고 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we first analyze the differences of underwater acoustic (UWA) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) systems and conventional terrestrial OFDM system, and give a simple introduction of the backgrounds. By considering the real UWA channel environments, the measured channel d...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 일반적인 OFDM 기법과 수중 통신 시스템에서의 OFDM 기법의 차이점에 대해 분석하였고, MIMO 기술을 적용함에 있어 나타날 수 있는 문제점들에 대해 논하였다. 또한, 수중 통신 시스템에 SFBC 및 STBC와 같은 전송 다이버시티 기법과 MRC 기법을 적용한 후, 측정 채널데이터를 사용하여 모델링한 수중 채널 모델을 이용하여 MIMO-OFDM 시스템의 성능을 평가 및 분석하였다.
  • 이에 따라 본 논문에서는 일반적인 OFDM 시스템과 수중 통신 환경에 적합한 OFDM 시스템의 차이점에 대해 분석하고, 수중 통신 시스템에 MIMO-OFDM 기술을 적용할 때 나타날 수있는 문제점들에 대해 논의한다. 또한, 수중 통신 시스템에 전송 다이버시티 기법과 MRC 기법을 적용하였을 경우의 MIMO-OFDM 시스템 성능을 평가 및 분석한다.

가설 설정

  • 그림 7은 지상의 1-path Rayleigh 페이딩 환경에서의 SISO-OFDM 시스템과 수중 채널 환경에서의 SISO-OFDM 성능을 비교한 결과로써, 완벽한 채널 추정을 가정하였고, zero-forcing (ZF) 등화기법을 사용하였다. 일반적인 지상에서의 OFDM 시스템의 경우 높은 Eb/N0 범위에서 단일 경로 Rayleigh 페이딩의 이론적인 성능과 비교하여 1dB내의 성능 차이가 발생하는데, 이는 guard interval 사용으로 인해 전력 손실이 다소 발생하기 때문이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수중 통신 시스템에 MIMO 기술의 적용이 필수적인 이유는? 이러한 열악한 수중 채널 환경에서 높은 신뢰성과 고속의 통신을 실현하기 위한 방법으로, 각 송·수신단에 존재하는 다수의 안테나에 의해 시간 및 공간, 주파수 차원으로 부가정보를 보내는 다이버시티 기법과 수신 combining 기술을 이용할 수 있다. 수중 통신 시스템에 Multi-Input Multi-Output (MIMO) 기술을 적용함으로써 매우 열악하고 제한적인 주파수 대역폭을 가진 수중 채널 환경 하에서, 주파수 효율을 증가시키고 강건한 수중 통신 시스템을 구성할 수 있기 때문에 MIMO 기술의 적용은 필수적이다.
수중 통신에서 신뢰성이 높고, 전송 속도가 빠른 통신 시스템의 구현이 어려운 이유는? 한편, 수중 통신은 대역이 제한되어 있고, 음파가 해저 및 해수면 등으로부터 반사 및 산란이 심하기 때문에 신뢰성이 높고, 전송 속도가 빠른 통신 시스템의 구현이 어렵다. 이러한 열악한 수중 채널 환경에서 높은 신뢰성과 고속의 통신을 실현하기 위한 방법으로, 각 송·수신단에 존재하는 다수의 안테나에 의해 시간 및 공간, 주파수 차원으로 부가정보를 보내는 다이버시티 기법과 수신 combining 기술을 이용할 수 있다.
수중 OFDM 시스템의 경우, guard interval로 zero prefix를 사용하는 이유는? 일반적인 OFDM 시스템은 부반송파 간 직교성을 유지하기 위해 guard interval로 cyclic prefix를 사용하고 있다. 그러나 수중 채널의 경우 긴 지연 확산으로 인하여 prefix의 길이가 길어져 전송 효율이 크게 감소하게 되므로, 수중 OFDM 시스템의 경우 주파수 및 에너지 효율을 높이기 위하여 cyclic prefix 대신 zero prefix를 사용한다 [3].
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참고문헌 (14)

  1. M. Chitre, S. Shahabudeen, and M. Stojanovic, "Underwater acoustic communications and networking: recent advances and future challenges," in Marine Technology Society Journal, vol.42, num.1, pp.103-116, Spring 2008. 

  2. M.C. Domingo, "Overview of channel models for underwater wireless communication networks," Physical Commun., vol.1, pp.163-182, 2008. 

  3. B. Li, S. Zhou, M. Stojanovic, and L. Freitag, "Pilot-tone based ZP-OFDM demodulation for an underwater acoustic channel," in Proc. IEEE Oceans, Sept. 2006, pp.1-5. 

  4. R. Coates, Underwater Acoustic Systems, NewYork: Wiley, 1989. 

  5. L. E. Freitag and J. A. Catipovic, "A signal processing system for underwater acoustic ROV communication", in Proc. International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology, 1989, pp.34-41. 

  6. H. K. Yeo, B. S. Sharif, A. E. Adams & O. R. Hinton, "Multiuser detection for time-variant multipath environment", in Proc. of the 2000 International Symposium on Underwater Technology, 2000, pp.399-404 

  7. Xiaoka Xu, Gang Qiao, Jun Su, Pengtao Hu and Enfang Sang, "Study on turbo code for multicarrier underwater acoustic communication," in Proc. Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2008. pp.1-4. 

  8. Zhang Lan, Xu Xiaomei, Sun Haixin and Chen Yougan, "Performance analysis of IRA codes for underwater acoustic OFDM communication system," in Proc. Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2009. pp. 1-4. 

  9. Jie Huang, Shengli Zhou and Peter Willett, "Nonbinary LDPC coding for multicarrier underwater acoustic communication," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 26, no. 9, pp. 1684-1696, Dec. 2008. 

  10. S. Roy, T.M. Duman and V.K. McDonald, "Error rate improvement in underwater MIMO communication using sparse partial response equalization," IEEE J. Ocean. Eng., vol. 34, pp.181-201, Apr. 2009. 

  11. K. Grythe and J.E. Hakegard, "Non-perfect channel estimation in OFDM-MIMO based underwater communication," in Proc. OCEANS 2009-EUROPE, 2009, pp.1-9. 

  12. M. Stojanovic, "Adaptive channel estimation for underwater acoustic MIMO OFDM systems," in Proc. of IEEE DSP Workshop, Marco Island, FL, Jan. 2009, pp.132-137. 

  13. 김정주, 고상준, 장경희, "WRAN 응용을 위한 하향 링크 무선전송 방식 : OFDMA 상황인식 시스템에서의 적응 부채널 할당 및 고정 빔 형성 기법," 한국통신학회 논문지, vol.31, No.3A, pp. 291-303, 2006. 03. 

  14. 선태형, 강승원, 김규현, 장경희, ''IEEE 802.16e OFDMA/TDD 이동국 모뎀의 링크 성능과 복잡도 최적화를 위한 부동 및 고정 소수점 설계,'' 대한전자공학회 논문지, 43권, TC편, 11호, pp. 95-117, 2006. 11. 

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