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수중음향채널에서 Sparse 채널 추정 기법에 관한 연구
A Study on the Sparse Channel Estimation Technique in Underwater Acoustic Channel 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.18 no.5, 2014년, pp.1061 - 1066  

권병철 (Department of Radio Communication Engineering, Korea Maritime and Ocean University) ,  이외형 (Department of Radio Communication Engineering, Korea Maritime and Ocean University) ,  김기만 (Department of Radio Communication Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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천해에서 음파 전달은 매우 복잡하며, sparse한 전달 특성을 갖는다. 이러한 환경에서 수중음향통신 시스템의 성능을 향상시키기 위하여 채널을 추정하기 위한 여러 방법들이 연구되었다. 본 논문에서는 기존의 sparse-aware LMS(Least Mean Square) 알고리즘들보다 빠른 수렴속도를 갖는 LMS 기반 채널 추정 알고리즘을 제안하였다. 제안한 방법은 $L_p$-norm LMS 알고리즘과 soft decision 과정을 결합한 것이다. 모의실험은 실제 해상 실험을 통하여 얻은 수중 음속 데이터를 바탕으로 수행되었다. 그 결과 제안한 방법이 기존의 방법들보다 빠른 수렴속도와 향상된 성능을 보이는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Transmission characteristics of the sound propagation is very complicate and sparse in shallow water. To increase the performance of underwater acoustic communication system, lots of channel estimation technique has been proposed. In this paper, we proposed the channel estimation based on LMS(Least ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존의 sparse-aware LMS 알고리즘들에 비해 빠른 수렴속도를 갖는 LMS 기반 채널 추정 알고리즘을 제안하였다. 제안한 방법은 Lp-norm LMS 알고리즘과 soft decision 과정을 결합한 것으로 그 성능을 모의실험을 통해 고찰하였다.
  • 본 논문에서는 천해에서 수중음향통신 채널이 sparse 하다는 특징을 이용하여 기존의 sparse-aware LMS 알고리즘보다 빠른 수렴속도를 갖는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 Lp-norm LMS 일고리즘과 soft decision 과정을 결합한 것으로 그 성능을 모의실험을 통해 고찰 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
천해에서 수중음향통신 채널 환경의 특징은? 천해에서 수중음향통신 채널 환경은 수심, 수온 분포및 염분 농도 등에 따라 신호의 전달속도가 변화하고, 특히 해수면이나 해저면의 반사로 인한 다중경로 전달 현상이 나타난다. 또한 페이딩과 도플러 효과가 시간에 따라서 매우 빠르게 변화할 뿐만 아니라 계절이나 기상 상태의 영향을 크게 받는다[1].
천해에서의 채널 전달 특성은? 천해에서의 채널 전달 특성은 대부분 0에 가까운 크기를 가지면서 몇 개의 큰 값을 갖는 sparse한 전달 특성을 가지고 있다[5]. 따라서 수중음향통신에서 열악한 채널 환경을 극복하고 sparse한 채널 특성을 반영한 채널 추정 방법들이 연구되어 왔다.
Sparse 채널 추정을 위한 기존 방식은 어떻게 나누어 지는가? Sparse 채널 추정을 위한 기존 방식은 크게 두 가지로 분류 할 수 있다. 첫 번째 방식은 제곱 오차를 최소화 하는 방식이며, 두 번째 방식은 채널 임펄스 응답의 몇 가지 중요한 탭만을 선택 하는 것이다[6-12]. 이러한 방법들 중 구현이 쉽고 효율적인 LMS(Least Mean Square) 알고리즘을 기반으로한 sparse-aware LMS 채널 추정 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (12)

  1. R.J. Urick, Principles of underwater sound, McGraw-Hill, 1983. 

  2. Daniel B. Kilfoyle and Arthur B. Baggeroer,"The state of art in underwater acoustic telemetry," IEEE J. Oceanic Eng., vol.25, no.1, pp.4-27, Jan. 2000. 

  3. Seung-geun Kim, Sea-Moon Kim, Young-kon Lim, "Shallow Water Acoustic Communication Channel Characteristic Analysis Using PN Sequence with 25 kHz Carrier at the Shore of Geojea Island," The Journal of the Acoustical Society of Korea, v.26, n.8, pp.381-389, 2007. 

  4. Hyung-jun Ju, Jung-woo Han, Ki-man Kim, "Analysis of Communication Siganl Transfer Channel Characteristics in Shallaw Water," Journal of the Korea Institute of information and Communication Engineering, v.13, n.8, pp.1534-1542, 2009. 

  5. C. Carbonelli and U. Mitra,"A simple sparse channel estimator for underwater acoustic channels,", Oceans 2007, pp.1-6, Vancouver, Sept. 2007. 

  6. Yilun Chen, Yuantao Gu, Hero, A.O. "Sparse LMS for System Identification", IEEE Conference Acoustics, Speech and Signal Proceeding, pp.3125-3128, Taipei, 2009. 

  7. Omid Taheri, Sergiy A. Vorobyov "Sparse Channel Estimation with $l_p$ -norm and Reweighed $l_1$ -norm Penalized Least Mean Squares", IEEE Conference Acoustics, Speech and Signal Proceeding, pp.2864-2867, Prague, 2011. 

  8. Zunxiong Lui, Shucheng Wang, and Tianqing Zhou, "An Adaptive ${\varepsilon}$ -law Sparse LMS Algorithm for System Identification", Journal of Computational Information Systems, vol.8, no.19, pp.7975-7982, 2012. 

  9. M. Godavarti and A. O. Hero, "Partial update LMS algorithms," IEEE Trans. Signal Processing, vol.53, pp. 2382-2399, 2005. 

  10. R. Baraniuk, "Compressive sensing," IEEE Signal Processing Magazine, vol. 25, no.7, pp. 118-124, July 2007. 

  11. E. Candes, "Compressive sampling," Int. Congress of Mathematics, vol.3, pp.1433-1452, 2006. 

  12. D. Donoho, "Compressed sensing," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 52, no. 4, pp. 1289-1306, Apr. 2006. 

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