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중장거리 다중송신채널 환경에서 수중음향통신 시뮬레이터 성능 분석 및 검증
Performance analysis and verification of underwater acoustic communication simulator in medium long-range multiuser environment 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.37 no.6, 2018년, pp.451 - 456  

박희진 (한국해양과학기술원-한국해양대학교 해양과학기술전문대학원) ,  김동현 (한국해양과학기술원-한국해양대학교 해양과학기술전문대학원) ,  김재수 (한국해양대학교 해양공학과) ,  송희천 ,  한주영 (국방과학연구소)

초록
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최근 장거리 수중음향통신 연구가 활발하게 진행되고 있다. 장거리 수중음향통신 연구를 위한 해상실험은 해양환경의 영향을 크게 받고 높은 비용과 많은 시간이 소요된다. 따라서 장거리 환경에서 수중음향통신 시스템의 성능을 예측하고 검증하기 위한 시뮬레이터에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 장거리 수중음향통신 시뮬레이터의 개발을 목적으로 중장거리 다중송신환경에서 수중음향통신 시뮬레이터로서 VirTEX(Virtual Time series EXperiment)의 성능을 분석하고, 해상 실험 결과와 비교 검증하였다. 송신 신호는 탐침을 위한 Chirp신호와 16QAM 방식으로 변조된 통신 신호를 사용하였다. VirTEX를 통해 수신 신호를 모의하고 다중송신환경에 의해 발생하는 채널 간 간섭을 적응 수동형 시역전을 이용하여 보상하여 통신 성능을 분석하였다. 또한 2005년 7월 이탈리아의 Elba island 북쪽 해역에서 수행한 FAF05(Focused Acoustic Field 2005) 실험 데이터와 비교하여 이를 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

UAComm (Underwater Acoustic Communication) is an active research area, and many experiment has been performed to develop UAComm system. In this paper, we investigate the possibility of modifying and applying VirTEX (Virtual Time series EXperiment) to medium long range MIMO (Multiple-Input Multiple-O...

주제어

#적응 수동형 시역전   #채널 간 간섭   #수중음향통신  

표/그림 (5)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 20 km의 중장거리 다중송신채널환경에서 VirTEX 시뮬레이터의 수중음향통신 성능을 분석하였다. 시뮬레이터를 이용해 모의한 수신 신호의 통신 성능을 FAF05 데이터와 비교하여 20 km에서 시뮬레이터의 성능을 검증하였다.
  • 본 논문에서는 장거리 수중음향통신 시뮬레이터의 개발을 목적으로 중장거리 다중송신환경에서 수중음향통신 시뮬레이터의 성능을 분석하였다. 시뮬레이터의 환경은 2005년 7월 이탈리아의 Elba island 북쪽 해역에서 수행한 FAF05 (Focused Acoustic Field 2005)의 환경을 사용하였다.

가설 설정

  •  그 이유는 시뮬레이션을 수행할 때 해수면과 해저면을 평탄하다고 가정하였고 조류에 의한 수신기의 움직임을 고려하지 않았기 때문이다.
  • 실험 해역의 해수면 정보와 해저면 지형은 FAF05 실험에서 측정되지 않았으므로 해수면 파형은 고려하지 않았으며 해저면은 평탄하다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MIMO 통신의 단점은 무엇인가? 따라서 데이터 전송률을 높이기 위한 방안으로 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)통신이 제안되었다.[5,6] 하지만 MIMO 통신은 다중음원에 의한 채널 간 간섭이 발생해 통신 성능이 저하되는 단점이 있다. MIMO 통신은 통신 성능 개선을 위해 채널 간 간섭에 대한 보상이 필요하다.
VirTEX의 단점은 무엇인가? 또한 수신기의 움직임을 반영할 수 있어 도플러 효과를 고려할 수 있다는 장점이 있다. 단점으로는 고주파에서는 비교적 정확한 채널을 구현하지만, 중 ․ 저주파대역에서는 채널 구현의 정확성이 비교적 낮다. 또한 채널을 구현할 때 단일 주파수를 사용하므로, 실제 해양환경을 구현할 때 한계가 있다.[10-13]
VirTEX란 무엇인가? VirTEX(Virtual Timeseries EXperiment)는 Ray theory를 기반으로 한 음파전달모델인 BELLHOP을 이용하여 채널을 구현하고, 시간 영역에서 콘볼루션을 통해 음향환경 정보를 송신 신호에 적용하여 가상의 수신 신호를 생성하는 모델이다. VirTEX는 음파전달에 있어서 직관적인 이해가 가능하며 거리 종속 환경에서도 사용 할 수 있다는 장점이 있다.
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참고문헌 (19)

  1. H. C. Song, S. Cho, T. Kang, and W. S. Hodgkiss, "Long-range acoustic communication in deep water using a towed array," J. Acoust. Soc. Am. 129, 71-75 (2011). 

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  2. T. Shimura, H. Ochi, and H. C. Song " Experimental demonstration of multiuser communication in deep water using time reversal," J. Acoust. Soc. Am. 134, 3223-3229 (2013). 

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  3. S. H. Oh, G. H. Byun, and J. S. Kim,"Performance improvement of underwater acoustic communication using ray-based blind deconvolution in passive time reversal mirror" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 35, 375-382 (2016). 

  4. K. H. Choi, S. H. Kim, J. W. Choi, H. S. Kim, and B. N. Kim,"Algorithm and experimental verification of underwater acoustic communication based on passive time reversal mirror in multiuser environment" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 35, 167-174 (2016). 

  5. A. C. Singer, J. K. Nelson, and S. S. Kozat, "Signal processing for underwater acoustic communications," in IEEE Communications Magazine, 90-96 (2009). 

  6. D. B. Kilfoyle and A. B. Baggeroer, "The state of the art in underwater acoustic telemetry," IEEE J. Ocean. Eng. 25, 4-27 (2000). 

  7. S. I. Kim, G. F. Edelmann, W. A. Kuperman, W. S. Hodgkiss, and H. C. Song,"Spatial resolution of time-reversal arrays in shallow water," J. Acoust. Soc. Am. 110, 820-829 (2001). 

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  8. H. C. Song, J. S. Kim, and W. S. Hodgkiss,"Crosstalk mitigation using adaptive time reversal," J. Acoust. Soc. Am. 127, 19-22 (2010). 

  9. F. Mosca, and T. Shimura,"Low-frequency acoustic source for AUV long-range communication," Mast Europe, 1-9 (2011). 

  10. M. Siderius and M. B. Porter,"Modeling broadband ocean acoustic transmissions with time-varying sea surfaces," J. Acoust. Soc. Am. 124, 137-150 (2008). 

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  11. J. S. Kim,"Virtual time series experiment (VirTEX) simulation tool for underwater acoustic communication," Proc. 09 Acoustic Society America Conf., 2174 (2009). 

  12. J. S. Kim, H. C. Song, W. S. Hodgkiss, M. Dzieciuch, and M. B. Porter, "Dynamic channel modeling with a time-evolving sea surface," Proc. 10 European Conference on Underwater Acoustic, 741-745 (2010). 

  13. S. H. Oh, H. S. Kim, J. S. Kim, J. H. Cho, J. H. Chung, and H. C. Song,"Performance Analysis of Underwater Acoustic Communication Systems Using Underwater Channel Simulation Tool," (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 31, 373-383 (2012). 

  14. M. Fink, "Time-reversal mirrors," J. Phys. D: Appl. Phys.26, 1333-1350 (1993). 

  15. W. A. Kuperman, W. S. Hodgkiss, H. C. Song, T. Akal, C. Ferla, and D. R. Jackson,"Phase conjugation in the ocean : Experimental demonstration of an acoustic time-reversal mirror," J. Acoust. Soc. Am. 103, 25-40 (1998). 

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  16. H. C. Song and W. S. Hodgkiss, "Multiuser communication using passive time reversal," IEEE J. Ocean. Eng. 32, 915-926 (2007). 

  17. M. J. Eom, J. S. Kim, J. H. Cho, H. Y. Kim, and I. Sung, "Algorithm and experimental verification of underwater acoustic communication based on passive time-reversal mirror" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 33, 392-399 (2014). 

  18. J. S. Kim, H. C. Song, and W. A. Kuperman,"Adaptive time-reversal mirror," J. Acoust. Soc. Am. 109, 1817-1825 (2001). 

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  19. M. J. Eom, S. H. Oh, J. S. Kim, and S. M. Kim,"Algorithm and experimental verification of underwater acoustic communication based on passive time reversal mirror in multiuser environment," (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 35, 167-174 (2016). 

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