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은밀 수중음향통신 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.33 no.8, 2016년, pp.82 - 88  

김기만 (한국해양대학교)

초록
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본고에서는 은밀 수중음향통신과 관련한 연구동향과 수중 채널 환경의 특징들에 대해 소개한다. 육상 무선통신 환경과 마찬가지로 수중 채널에서도 전달 손실, 다중경로 전달, 도플러 효과 및 잡음이 장애 요인으로 작용하나 물 속의 상황을 정확히 예측하기 어렵고 시간에 따른 변동성이 매우 심하기 때문에 통신 시스템 설계를 어렵게 한다. 이러한 장애 요인들을 극복하면서 은밀 수중음향통신으로써 대표적인 대역확산 기법과 함께 수중 생체 모방형 신호를 사용하는 방법을 소개하고, 실제 국내 해역에서 획득한 데이터를 이용한 결과들을 제시한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본고에서는 은밀 수중음향통신과 관련한 대표적인 연구 내용과 함께 이에 앞서 수중 채널의 특징들에 대해 알아본다. 또한 국내 해역에서 수집된 데이터로부터 얻어진 결과를 소개한다.
  • 본고에서는 은밀 수중음향통신과 관련한 대표적인 연구 내용과 함께 이에 앞서 수중 채널의 특징들에 대해 알아본다. 또한 국내 해역에서 수집된 데이터로부터 얻어진 결과를 소개한다.
  • 본고에서는 은밀 수중음향통신과 관련한 연구동향들을 소개하였으며, 그에 앞서 수중음향통신 시스템이 극복해야 할 수중 채널 환경에 대해 언급하였다. 수중 채널 환경은 수심에 따른 수온 분포 및 염분, 수압에 따라 음파의 전달 속도가 다르고, 해수면과 해저면에 의한 다중경로 전달 특성을 가진다.

가설 설정

  • 마지막으로 수중 채널에서의 통신 장애 요인은 잡음이다. 이는 통신 가능 거리, 대역폭 및 신호 대 잡음비를 결정한다.
  • <그림 1>에는 실제 남해에서 계절 별로 측정된 음속 분포를 나타내었으며, <그림 2>에는 송수 신기가 모두 수심 60 m에 배치되어 있고 거리가 1,000 m라 하였을 때 5월과 8월 음속 정보를 이용하여 계산된 수중에서의 음파 전파 경로를 각각 나타내었다. 벨홉 모델링[11]을 사용한 것으로 해수면과 해저면은 평탄하다고 가정하였고, 해저면의 재질은 실제 남해의 대표적인 특성을 적용한 것이다. 그림은 ray bending 현상과 함께 해수면과 해저면에 의한 반사 현상을 관찰할 수 있는데 이러한 현상은 주로 수심에 따라 음속 분포가 다르기 때문이며, 이는 송수신기의 수심에 따라 다르게 나타난 다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
은밀 수중음향통신이란 무엇인가? 은밀 수중음향통신이란 수중 채널로 통신 신호를 방사할 때 채널 상에 신호의 존재 자체를 알 수 없도록 즉, 매우 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 환경에서도 정보가 전달되도록 하거나 설령 신호를 가로채기 당하더라도 그 신호를 복구하기 어렵게 만드는 것을 의미한다. 통상 앞의 내용을 저피탐(LPD, low probability of detection)이라 하고, 후자를 저피감청(LPI, low probability of interception)이라 한다.
수중 채널의 특성에 영향 요인은 무엇인가? 수중 채널은 해수면의 거칠기 변화, 수심에 따른 음속 구조, 전송 거리, 구성 물질 및 해저 지형 등으로 인하여 다양하고 복잡한 특성을 가진다. 무엇보다 물속은 매우 넓고 모든 영역에 대해 직접적인 관측이 어렵기 때문에 그 변동성 또한 예측이 어렵다.
복합한 수중 채널 환경이 생기는 이유는? 수중음향통신은 복합한 수중 채널 환경 때문에 육상 무선통신보다 많은 어려움이 따른다. 매질의 특성상 음파를 사용할 수밖에 없는데 그 전달 속도는 전자파에 비해 매우 느리고 온도와 염분에 따라 다르며, 수심에 따른 차이로 인해 회절하게 된다. 또한 해수면, 해저면 및 수중의 다양한 산란체들로 인한 흡수 손실, 반사뿐만 아니라 정확한 예측이 불가능한 해수면의 움직임에 의한 도플러 확산 등을 기본적으로 수중음향통신을 어렵게 하는 장애 요인들이다[10]. 따라서 은밀 수중음향통신은 기본적으로 이러한 장애 요인들을 극복하면서 동시에 은밀성을 유지하도록 하여야 한다.
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참고문헌 (21)

  1. I.F. Akyildiz, D. Pompili, and T. Melodia, "Challenges for efficient communication in underwater acoustic sensor networks," ACM SIGBED Review, vol.1, no.2, pp.3-8, July 2004. 

  2. M. Stojanovic, "Underwater acoustic communications : design considerations on the physical layer," Fifth Annual Conf. on Wireless on Demand Network Systems and Services, pp.1-10, Jan. 2008. 

  3. J.H. Park, "LPI techniques in the underwater acoustic channel," Military Communications Conference, Oct. 1986. 

  4. E.M. Sozer, J.G. Proakis, M. Stojanovic, J.A. Rice, A. Benson, and M. Hatch, "Direct sequence spread spectrum based modem for underwater acoustic communication and channel measurements," Proc. MTS/IEEE Oceans Conference, pp.228-233, Sept. 1999. 

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  11. F.B. Jensen, Computational ocean acoustics, Springer, 1994. 

  12. S. Liu, G. Qiao, A. Isamil, B. Liu, and L. Zhang, "Covert underwater acoustic communication using whale noise masking on DSSS signal," Proc. MTS/ IEEE Oceans Conference, pp.1-6, June 2013. 

  13. A. ElMoslimany, M. Zhou, T.M. Duman, and A. Papandreou-Suppappola, "A new signaling scheme for underwater acoustic communications," Proc. MTS/IEEE Oceans Conference, pp.1-5, Sept. 2013. 

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  18. 황찬호, 김기만, "시변 수중음향통신 채널을 위한 도플러 주파수 추정," 한국통신학회 논문지, 제40권 제1호, pp.187-192, 2015년 1월. 

  19. P. Hursky, M.B. Porter, M. Siderius, and V.K. Mc-Donald, "Point-to-point underwater acoustic communications using spread-spectrum passive phase conjugation," J. Acoust. Soc. Amer., vol.120, no.1, pp.247-257, July 2006. 

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  20. A. Walree , E. Sangfelt, and G. Leus, "Multicarrier spread spectrum for covert acoustic communications," Proc. MTS/IEEE Oceans Conference, pp.1-8, Sept. 2008. 

  21. G. Leus and A. Walree, "Multiband OFDM for covert acoustic communications," IEEE J. Selected Areas in Communications, vol.26, no.9, pp.1662-1673, Dec. 2008. 

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