무선 가시광 통신 기술은 실내 또는 수중에서 고속 통신 서비스가 가능하여 많은 주목을 받고 있다. 그러나 가시광에 대한 해수채널의 통신 성능은 현재의 가시광 파장영역 광원과 광 검출기 기술의 한계와 수중 통신채널의 변화로 인한 여러 가지 제약사항들 때문에 실용화를 위해서는 극복해야 할 문제점들이 존재한다. 본 논문에서는 직선상의 가시영역에 있는 해수 환경에서 신호 대 잡음비와 비트 오류율을 분석하였다. 데이터 속도, 통신거리, 감쇠계수등과 같은 파라미터들의 영향에 대하여 연구하였으며, OOK와 L-PPM 변조기법을 적용한 시스템의 모델링과 전산모의를 통하여 수중환경 통신에 대한 강점과 제한점등을 기술하였다.
무선 가시광 통신 기술은 실내 또는 수중에서 고속 통신 서비스가 가능하여 많은 주목을 받고 있다. 그러나 가시광에 대한 해수채널의 통신 성능은 현재의 가시광 파장영역 광원과 광 검출기 기술의 한계와 수중 통신채널의 변화로 인한 여러 가지 제약사항들 때문에 실용화를 위해서는 극복해야 할 문제점들이 존재한다. 본 논문에서는 직선상의 가시영역에 있는 해수 환경에서 신호 대 잡음비와 비트 오류율을 분석하였다. 데이터 속도, 통신거리, 감쇠계수등과 같은 파라미터들의 영향에 대하여 연구하였으며, OOK와 L-PPM 변조기법을 적용한 시스템의 모델링과 전산모의를 통하여 수중환경 통신에 대한 강점과 제한점등을 기술하였다.
The wireless visible light communication technology has received great attention for high-data rate services in the room and underwater. However, performance of a visible light seawater link is limited by multiple constraints from the current light source and detector technology, and underwater chan...
The wireless visible light communication technology has received great attention for high-data rate services in the room and underwater. However, performance of a visible light seawater link is limited by multiple constraints from the current light source and detector technology, and underwater channel conditions. In this paper, performance of the line of sight underwater link was analyzed in terms of signal to noise ratio and bit error rate of the detector. Roles of different parameters such as data rate, transmission distance, and attenuation coefficient, are studied. Through the modeling and simulation of the OOK and L-PPM modulation technologies for undersea environment application, the advantages and limitations are described in detail.
The wireless visible light communication technology has received great attention for high-data rate services in the room and underwater. However, performance of a visible light seawater link is limited by multiple constraints from the current light source and detector technology, and underwater channel conditions. In this paper, performance of the line of sight underwater link was analyzed in terms of signal to noise ratio and bit error rate of the detector. Roles of different parameters such as data rate, transmission distance, and attenuation coefficient, are studied. Through the modeling and simulation of the OOK and L-PPM modulation technologies for undersea environment application, the advantages and limitations are described in detail.
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문제 정의
7 × 107m/s 정도이다), 수중음파에 비하여 넓은 대역폭을 제공할 수 있는 THz 영역의 캐리어 주파수를 가지므로 비디오 영상전송 및 실시간 수중시스템 제어가 가능한 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 가시광 영역에서 해수의 흡수계수와 산란계수를 이용하여 수중 가시광 통신에 미치는 영향을 분석하여 전산모의 하였다. 수중의 탁도가 통신거리 및 정보전송요량에 미치는 영향을 공기 중 가시광통신 특징과 비교하여 제시하였으며, 비트오류율 (Bit error rate: BER)을 계산하여 통신 성능을 확인하였다.
제안 방법
M 개의 메시지 비트를 이용하여 L ( = 2M)개의 가능한 시간 천이 중 하나에 단일 펄스를 보내는 방식으로 부호화한다. 본 연구에서는 수중통신 환경에서 OOK와 L-PPM의 통신성능을 평가하였다. L-PPM의 비트오류 확률은 식 (7)으로 주어진다[7].
본 연구에서는 해저에서 근거리 고속 통신으로 주목받고 있는 가시광 통신의 성능을 수신 광 전력, 통신거리, 신호 대 잡음비, 비트 오율 등을 이용하여 전산 모의하였다. 통신 성능에 가장 영향을 미치는 요인은 해수의 탁도에 의해 결정되는 산란계수이다.
본 연구에서는 가시광 영역에서 해수의 흡수계수와 산란계수를 이용하여 수중 가시광 통신에 미치는 영향을 분석하여 전산모의 하였다. 수중의 탁도가 통신거리 및 정보전송요량에 미치는 영향을 공기 중 가시광통신 특징과 비교하여 제시하였으며, 비트오류율 (Bit error rate: BER)을 계산하여 통신 성능을 확인하였다.
이론/모형
특정 파장에서 방출되는 빛의 세기를 I(λ)라하고 수중에서 미소거리 dz 만큼 진행했을 때 감쇠된 빛 세기를 Beer의 법칙을 이용하여 dI(λ)로 표현하면 식 (1)과 같다.
성능/효과
심해의 경우 상대적으로 맑은 해수 환경이므로 1 Mbps 급 데이터 속도로 수십 m 정도의 가시광 무선통신이 가능함을 전산모의 결과로부터 제시하였다. 심해 자원 개발 및 환경 모니터링을 위한 자율 주행 이동체 및 로봇들이 저 전력으로 임무를 수행하면서 무선통신을 하기 위해서는 소형화가 가능하고 전력소비가 낮은 수중통신 모뎀 기술을 적용하는 것이 유리하다. 이러한 관점에서 LED 기반 가시광 통신은 기존의 음향파 수중통신과 상호보완적인 기술로서 응용될 수 있기를 바란다.
통신 성능에 가장 영향을 미치는 요인은 해수의 탁도에 의해 결정되는 산란계수이다. 심해의 경우 상대적으로 맑은 해수 환경이므로 1 Mbps 급 데이터 속도로 수십 m 정도의 가시광 무선통신이 가능함을 전산모의 결과로부터 제시하였다. 심해 자원 개발 및 환경 모니터링을 위한 자율 주행 이동체 및 로봇들이 저 전력으로 임무를 수행하면서 무선통신을 하기 위해서는 소형화가 가능하고 전력소비가 낮은 수중통신 모뎀 기술을 적용하는 것이 유리하다.
본 연구에서는 해저에서 근거리 고속 통신으로 주목받고 있는 가시광 통신의 성능을 수신 광 전력, 통신거리, 신호 대 잡음비, 비트 오율 등을 이용하여 전산 모의하였다. 통신 성능에 가장 영향을 미치는 요인은 해수의 탁도에 의해 결정되는 산란계수이다. 심해의 경우 상대적으로 맑은 해수 환경이므로 1 Mbps 급 데이터 속도로 수십 m 정도의 가시광 무선통신이 가능함을 전산모의 결과로부터 제시하였다.
후속연구
심해 자원 개발 및 환경 모니터링을 위한 자율 주행 이동체 및 로봇들이 저 전력으로 임무를 수행하면서 무선통신을 하기 위해서는 소형화가 가능하고 전력소비가 낮은 수중통신 모뎀 기술을 적용하는 것이 유리하다. 이러한 관점에서 LED 기반 가시광 통신은 기존의 음향파 수중통신과 상호보완적인 기술로서 응용될 수 있기를 바란다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
광파를 이용한 통신의 장점은 무엇인가?
광파를 이용한 통신의 가장 큰 장점 중 하나는 1 Gbps 이상의 데이터 전송률이 가능한 넓은 대역폭을 제공한다는 것이다. 그러나 무선 광통신을 수중에 적용할 경우 광신호가 수중에서 급격히 흡수되는 점과 수중의 부유물과 플랑크톤 등에 의한 산란으로 신호가 감쇠된다는 단점이 있다.
광 주파수 영역에서 광 전력의 장단점은 무엇인가?
수중에서 단거리 무선통신을 목표로 한다면 가시광 대역의 빛을 이용하는 방법이 유력한 후보가 될 수 있으며, 심해의 맑은 해수조건이라면 고속 데이터 통신이 가능한 센서네트워크 구축도 가능하다. 광 주파수 영역에서 광 전력은 수중에서 지수 함수적으로 감소하는 경향을 보이며 속도 또한 진공에 비하여 9배 정도 느려지지만 (수중에서 광속은 2.7 × 107m/s 정도이다), 수중음파에 비하여 넓은 대역폭을 제공할 수 있는 THz 영역의 캐리어 주파수를 가지므로 비디오 영상전송 및 실시간 수중시스템 제어가 가능한 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 가시광 영역에서 해수의 흡수계수와 산란계수를 이용하여 수중 가시광 통신에 미치는 영향을 분석하여 전산모의 하였다.
광파를 이용한 통신의 단점은 무엇인가?
광파를 이용한 통신의 가장 큰 장점 중 하나는 1 Gbps 이상의 데이터 전송률이 가능한 넓은 대역폭을 제공한다는 것이다. 그러나 무선 광통신을 수중에 적용할 경우 광신호가 수중에서 급격히 흡수되는 점과 수중의 부유물과 플랑크톤 등에 의한 산란으로 신호가 감쇠된다는 단점이 있다. 수중 가시광 통신의 가능성과 성능을 평가하기 위한 통신 시스템 및 채널 모델을 Figure 1로 표현하였다.
참고문헌 (7)
D. Anguita, D. Brizzolara, G. Parodi, amd Q. Hu, "Optical wireless underwater communication for AUV: preliminary simulation and experimental results," Proceedings on IEEE Oceans, pp. 1-5, 2011.
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M .Sui, X. Yu, and F. Zhang, "The evaluation of modulation techniques for underwater wireless optical communications," IEEE International Conference on Communication Software and Networks, pp. 138-142, 2009.
Z. Xu, "Approximate performance analysis of wireless ultraviolet links," Proceeding of IEEE Cnference on Aoustics, Seech and Signal Processing, pp. 577-580, 2007.
D-K. Park, "Study on short-range non-line-of-sight ultraviolet communication," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 36, no. 1, pp. 179-184, 2012 (in Korean).
X. Fu, G. Chen, T. Tang, Y. Zhao, P. Wang, and Y. Zhang, "Research and simulation of PPM modulation and demodulation system on spatial wireless optical communication," Symposium on Photonics and Optoelectronic, pp. 1-5, 2010.
M .Sui, X. Yu, and Z. Zhou, "The modified PPM modulation for underwater wireless optical communication," IEEE International Conference on Communication Software and Networks, pp. 173-177, 2009.
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