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시·공간 변동 수중음향 채널에서 CAZAC 코드를 적용한 반송파 주파수 옵셋 보상 기법의 성능평가
Performance of Carrier Frequency Offset Compensation using CAZAC Code in Time and Spatial Variant Underwater Acoustic Channel 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.7, 2016년, pp.1229 - 1236  

박지현 (Department of Information and Communication Engineering, Pukyong National University) ,  배민자 (Department of Information and Communication Engineering, Pukyong National University) ,  김종주 (Department of Information and Communication Engineering, Pukyong National University) ,  윤종락 (Department of Information and Communication Engineering, Pukyong National University)

초록
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수중 음향 다중경로 채널에서 수중음향 통신 시스템의 성능은 채널의 시변적 경계면 상태 변동에 의해 영향을 받는다. 이러한 채널에서 시공간적 변동에 의해 송신 신호와 수신 신호의 위상과 주파수가 일치하지 않아 반송 주파수 옵셋이 발생되고 위상편이키잉 방식의 수중음향통신시스템의 성능을 저하시킨다. 본 논문에서는 수중 음향 통신 채널의 시 공간적 변동 채널에서 위상 코드를 적용한 반송 주파수 옵셋 보상 추정 기법의 성능을 평가하였다. 위상 코드는 주파수 옵셋을 추정하고 보상하기 위한 코드로 CAZAC를 적용하였으며, 실내 수조에서 성능을 평가하였다. QPSK 시스템에 위상코드를 적용한 결과는 적용하지 않은 경우보다 약 4-6배 비트오류율이 개선되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In underwater acoustic multipath channel, a performance of underwater acoustic (UWA) communication systems is affected by dynamic variation of boundary and high temporal and spatial variability of the channel conditions. Time and spatial variations of UWA channel induce a carrier frequency offset (C...

주제어

#수중 다중경로   #반송주파수 옵셋   #CAZAC(constant amplitude zero autocorrelation) 코드   #수중 음향 통신 시스템  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 시·공간적으로 변동하는 수중 다중경로 채널에서 송신 신호와 수신 신호의 위상 및 진폭 그리고 주파수의 불일치에 따른 CFO (carrier frequency offset) 감소기법을 제시한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
QPSK와 같은 위상변조방식이 수중음향통신시스템에 적용될 때 어떤 문제점이 있는가? 지연확산에 의한 오류감소를 위해 등화기 (equalizer)나 DLL (Delay Lock Loop)이 적용되고 잡음이나 페이딩에 대응하기 위한 채널코딩 (channel coding) 등이 적용되고 있다[6-9]. 그러나 수중음향 채널의 상관대역폭과 상관 시간 (coherence time)의 시․공간적 변동성 및 이에 따른 프레임 동기 및 등화기의 탭 계수의 변동, 페이딩 변화 등에 의해 정확한 채널 파라미터의 설정이 어렵다. 아울러 수신 신호 처리기법의 복잡성과 고 사양의 시스템구조 및 전력소비의 증가 등은 통신 신뢰성 측면에서는 장애 요인이다.
위상 변조방식의 수중음향 통신시스템에서 수신 신호 처리 과정에서 가장 중요한 기술은 무엇인가? 위상 변조방식의 수중음향 통신시스템은 수신 신호 처리 과정에서 가장 중요한 기술 중의 하나는 반송주파수의 위상정보를 추출하는 것이다. 본 논문에서는 시·공간적으로 변동하는 수중 다중경로 채널에서 송신 신호와 수신 신호의 위상 및 진폭 그리고 주파수의 불일치에 따른 CFO (carrier frequency offset) 감소기법을 제시한다.
CAZAC 코드는 어떤 특성이 우수한가? 본 논문에서는 시·공간적으로 변동하는 수중 다중경로 채널에서 송신 신호와 수신 신호의 위상 및 진폭 그리고 주파수의 불일치에 따른 CFO (carrier frequency offset) 감소기법을 제시한다. 자기상관 (autocorrelation) 특성이 우수한 CAZAC (constant amplitude zero autocorrelation) 코드를 위상 코드 (phase code)로 사용하여 시·공간적 변동성에 따른 CFO를 추정하고 보상하였다. 실내수조 실험으로 수면변동에 따른 반송주파수 위상변동과 도플러 특성 결과를 분석하여 그 성능을 평가하였다.
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참고문헌 (15)

  1. R. J. Urick, Principles of Underwater Sound, 3th ed. New York, NY:McGraw-Hill, 1983. 

  2. H. Medwin, C. S. Clay, Fundamentals of Acoustical Oceanography, New York, NY:Academic Press Company, 1998. 

  3. Stojanovic, M, Preisig, J., "Underwater acoustic communication channels: Propagation models and statistical characterization," Communications Magazine, IEEE, vol. 47, pp. 84-89, Jan. 2009. 

    상세보기

  4. J. Kim, K. Park, J. Park, and J. R. Yoon, "Coherence bandwidth effects on underwater image transmission in multipath channel," Japanese Journal of Applied Physics, vol. 50, no. 7, pp. 07HG05-1-07HG05-5, Nov. 2011. 

    상세보기 crossref

  5. K. Park, J. Park, S. W. Lee, J. W. Jung, J. Shin and J. R. Yoon, "Performance evaluation of underwater acoustic communication in frequency selective shallow water," Journal of the Acoustical Society of Korea, vol. 32, no. 2, pp. 95-103, Feb. 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  6. J. Park, C. Seo, K. Park, and J. R. Yoon, "Effectiveness of Convolutional Code in Multipath Underwater Acoustic Channel," Japanese Journal of Applied Physics, vol. 52, no. 7, pp. 07HG01-1-07HG01-3, Jul. 2013. 

    상세보기 crossref

  7. D. B. Kilfoyle and A. B. Baggeroer, "The state of the art in underwater acoustic telemetry," IEEE Oceanic Engineering Society, vol. 25, pp. 4-27, Jan. 2000. 

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  8. L. Liu, Y, Wang, L. Li, X. Zhang and J. Wang, "Design and implementation of channel coding for underwater acoustic system," ASICON '09. IEEE 8th International Conference, Changsha, pp. 497-500, 2009. 

  9. Y. R. Zheng, "Channel Estimation and Phase-Correction for Robust Underwater Acoustic Communications," MILCOM 2007 - IEEE Military Communications Conference, Orlando: FL, pp.1-6, 2007. 

  10. H. Fang, X. Hu and Ru Xu, "An Implementation of time and frequency synchronization for Carrier Interferometry OFDM in and Underwater Acoustic Channel," Circuits, Communications and Systems, 2009. PACCS '09. Pacific-Asia Conference, Chengdu, pp. 23-26, 2009. 

  11. T. S. Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, 2th ed. New Hersey, NJ:Prentice-Hall, 2002. 

  12. J. G. Proakis, Digital Communications, 4th ed. New York, NY: McGraw-Hill, 1993. 

  13. J. Meng and G. Kang, "A novel OFDM synchronization algorithm based on CAZAC sequence," Proc. Int. Confer. Comput. App. Sys. Modeling (ICCASM), Taiyuan, pp.634-637, 2010. 

  14. X. Hu, R. Xu, W. Wei, J. Liu and Y. Xie, "A novel scheme of Timing Synchronization For OFDM Underwater Communication System," OCEANS 2008 - MTS/IEEE Kobe Techno-Ocean, Kobe, pp. 1-5, 2008. 

  15. J. Tao, Y. R. Zheng, C. Xiao, T. C. Yang and W. Yang, "Channel Estimation, Equalization and Phase Correction for Single Carrier Underwater Acoustic Communications," OCEANS 2008 - MTS/IEEE Kobe Techno-Ocean, Kobe, pp. 1-6, 2008. 

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