[논문]수중 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호화 기법의 성능

박지현; 윤종락

doi:10.7776/ask.2019.38.2.207

수중 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호화 기법의 성능
Performance of convolutional coding using block interleaving in underwater frequency-selective channel 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.38 no.2, 2019년, pp.207 - 213

박지현 (부경대학교 음향진동공학연구소) , 윤종락 (부경대학교 정보통신공학과)

초록
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본 논문은 수중 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호기법의 통신성능을 평가하였다. 블록 인터리빙은 디지털 데이터 열을 확산 분산하고 재배치하는 기법으로 주파수 선택적 채널에서 연집오류(burst error)의 집중을 분산시켜 성능을 향상하게 시키는 기법으로 블록 인터리빙 기법이 적용되고 있다. 수조 실험에서 블록 인터리빙이 적용된 길쌈부호의 성능을 평가한 결과 주파수 비 선택적 채널에서 블록 인터리빙을 적용한 길쌈부호의 성능의 차이가 없었다. 하지만 주파수 선택적 채널에서는 블록 인터리빙이 적용된 길쌈부호가 길쌈부호보다 2 dB 이득이 발생하였으며, 이로 인해 수중 음향 통신 성능향상에 기여함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we evaluate the communication performance of convolutional code with block interleaving in a frequency-selective channel. Block interleaving is a technique for spreading and rearranging digital data streams. A block interleaving technique is applied to improve the performance by dispersing the concentration of burst errors in a frequency-selective channel. As a result of evaluating the performance of the convolutional code with block interleaving in the water tank experiment, There was no difference in the performance of convolutional codes using block interleaving in a frequency-selective channel. However, in the frequency-selective channel, the convolutional code with block interleaving has a gain of 2dB, and it is confirmed that the underwater acoustic communication performance is improved.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Underwater multipath channel.
그림 Fig. 2. Underwater frequency-selective channel.
그림 Fig. 3. FEC k = 7, rate 1/2 convolutional encoder.
그림 Fig. 4. Viterbi decoder.
그림 Fig. 5. Block interleaving.
그림 Fig. 6. Experimental configuration in water tank.
표 Table 1. Water tank experiment parameters.
그림 Fig. 7. Delay spread of water tank.
그림 Fig. 8. Water tank channel frequency response.
그림 Fig. 9. BER characteristic of non frequency-selective channel.
그림 Fig. 10. BER characteristic of frequency-selective channel.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 수중 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호의 통신성능을 평가 하였다. 수조 실험을 통해 채널의 특성을 분석하고, 지연확산에 따른 코히어런스 대역폭을 통해 전송률에 따른 주파수 선택성을 판단하였다.
본 연구에서는 수중 주파수 비 선택적 채널과 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호의 통신성능을 평가하였다. 수조 채널의 지연확 산에 따른 코히어런스 대역폭을 고려하여 QPSK방식과 길쌈부호기법 그리고 블록 인터리빙이 적용된 길쌈부 호기법의 BER(Bit Error Rate) 성능을 확인하였다.

제안 방법

본 논문에서 제시한 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호화 기법은 수중 음향 통신 채널의 주파수 선택성에 따른 오류를 감소시키는 방법으로 제시하 였다. 실험결과에서 주파수 비 선택적인 채널에서 QPSK 방식보다 QPSK-CC와 QPSK-CC-BI는 약 3 dB 개선되었지만, 블록 인터리빙 기법에 대한 이득은 존재하지 않았다.
본 논문은 수중 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호의 통신성능을 평가 하였다. 수조 실험을 통해 채널의 특성을 분석하고, 지연확산에 따른 코히어런스 대역폭을 통해 전송률에 따른 주파수 선택성을 판단하였다.
본 연구에서는 수중 주파수 비 선택적 채널과 주파수 선택적 채널에서 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호의 통신성능을 평가하였다. 수조 채널의 지연확 산에 따른 코히어런스 대역폭을 고려하여 QPSK방식과 길쌈부호기법 그리고 블록 인터리빙이 적용된 길쌈부 호기법의 BER(Bit Error Rate) 성능을 확인하였다.
정보 심벌 전송 률은 100 sps, 200 sps(symbol per second)로 설정하였으며, 1/2 길쌈부호를 적용한 전송 신호의 전송률을 심 벌 발생률과 같게 하여 송신대역폭 가 100 Hz, 200 Hz가 되도록 하였다.
7 m이다. 채널의 응답특성을 분석을 위해 0.5 s 길이의 LFM(Linear Frequency Modulation) 신호를 10 kHz ~ 20 kHz 대역으로 1 s 간격으로 60회 전송하여 채널의 주파수 응답특성을 분석하였다.

이론/모형

통신 채널 전송에서 발생하는 오류를 감소시키기 위해 채널 코딩기법을 적용한다. 채널코딩 기법은 자동 재전송요구 기법과 전방오류 정정기법으로 구분된다.

성능/효과

10은 채널의코히어런스 대역폭 이상인 200 sps의 주파수 선택적 채널에서 QPSK , QPSK-CC 그리고 QPSK -CC-BI의 BER 특성이다. QPSK 방식과 QPSK -CC를 적용한 경우     이득은 약 2 dB로 길쌈부호기 법의 오류정정에 따른 성능이 향상되었다. 또한 QPSKCC와 QPSK-CC-BI의 경우     이득은 QPSK-CCBI가 약 2 dB 증가하였으며, QPSK 방식에 비해 QPSKCC-BI를 적용한 경우 약 4 dB의 이득이 향상됨을 실험을 통해 확인하였다.
QPSK 방식과 QPSK -CC를 적용한 경우     이득은 약 2 dB로 길쌈부호기 법의 오류정정에 따른 성능이 향상되었다. 또한 QPSKCC와 QPSK-CC-BI의 경우     이득은 QPSK-CCBI가 약 2 dB 증가하였으며, QPSK 방식에 비해 QPSKCC-BI를 적용한 경우 약 4 dB의 이득이 향상됨을 실험을 통해 확인하였다.
수중 주파수 선택적 채널에서 전방오류정정기법중 길쌈부호를 적용하여 수치 모의실험 성능을 제시한 연구에서 3 dB의 이득이 발생함을 보였다. 또한 수조 실험의 결과로 주파수 선택적 채널에서 4 dB의성능향상을 확인하였다. ^[13] 이러한 채널코딩 성능의 직접적인 실험 연구와 더불어 주파수 선택적 채널의 영향을 감소시키기 위해 시간 확산 기법 중 인터리빙 기법이 적용되고 있다.
이것은 수중 주파수 선택적 채널에서 대역 제한과 페이딩에 의한 군집오류를 감소시킬 수 있다. 또한 천해에서 운용되는 수중 로봇의 무선 제어와 시변성 수중음향 채널에서의 수중 음향 통신 시스템의 성능을 향상할 수 있다.
수조 실험결과 주파수 비 선택적 채널에서는 QPSK 방식과 QPSK -CC를 적용한 경우 이득은 약 3 dB로 일반적인 이론치와 일치함을 보인다.
수중 주파수 선택적 채널에서 전방오류정정기법중 길쌈부호를 적용하여 수치 모의실험 성능을 제시한 연구에서 3 dB의 이득이 발생함을 보였다. 또한 수조 실험의 결과로 주파수 선택적 채널에서 4 dB의성능향상을 확인하였다.
실험결과 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호 기법은 주파수 선택적 채널에서 성능향상에 효과적 임을 확인하였으며, 이를 통해 수중 음향 통신 시스 템의 성능향상에 기여할 수 있음을 확인하였다.
본 논문에서 제시한 블록 인터리빙 기법을 적용한 길쌈부호화 기법은 수중 음향 통신 채널의 주파수 선택성에 따른 오류를 감소시키는 방법으로 제시하 였다. 실험결과에서 주파수 비 선택적인 채널에서 QPSK 방식보다 QPSK-CC와 QPSK-CC-BI는 약 3 dB 개선되었지만, 블록 인터리빙 기법에 대한 이득은 존재하지 않았다. 하지만 주파수 선택적 채널에서는 QPSK-CC보다 QPSK-CC-BI가 2 dB 개선 효과를 가지는 것을 확인하였다.
실험결과에서 채널의 코히어런스 대역폭에서 의한 주파수 선택성이 존재하는 채널에서 성능개선 효과를 확인하였다. 이를 바탕으로 주파수 선택성이 강한 천해 다중경로 채널에서 블록 인터리빙을 적용한 길쌈부호기법은 적용할 경우 수중 음향 통신 시스템의 성능향상에 기여할 것으로 판단된다.
실험결과에서 주파수 비 선택적인 채널에서 QPSK 방식보다 QPSK-CC와 QPSK-CC-BI는 약 3 dB 개선되었지만, 블록 인터리빙 기법에 대한 이득은 존재하지 않았다. 하지만 주파수 선택적 채널에서는 QPSK-CC보다 QPSK-CC-BI가 2 dB 개선 효과를 가지는 것을 확인하였다.

후속연구

실험결과에서 채널의 코히어런스 대역폭에서 의한 주파수 선택성이 존재하는 채널에서 성능개선 효과를 확인하였다. 이를 바탕으로 주파수 선택성이 강한 천해 다중경로 채널에서 블록 인터리빙을 적용한 길쌈부호기법은 적용할 경우 수중 음향 통신 시스템의 성능향상에 기여할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수중 음향 통신의 환경요인인 다중경로는 무엇에 영향을 받는가?	수중 음향 통신에서 성능 제한의 대표적인 환경요 인은 다중경로이다. 다중경로는 송 ․ 수신기의 위치 변화, 조수간만에 따른 수심 변화, 그리고 경계면의 변동에 의한 음향 통신 채널의 물성 변동에 영향을 받는다. 이로 인해 송신 신호의 반사각, 진폭, 주파수,위상 그리고 각 경로 파의 시간 지연에 영향을 미친다.
	채널코딩 기법 중 전방오류 정정기법은 무엇인가?	자동 재전송요구 기법은 오류가 발생하면 오류 심벌을 다시 전송하는 기법으로 고속전송이 가능한 통신에서 유용한 방법으로 수중 음향 통신에서는 효율이 낮다. 전방오류 정정기법은 정보 비트에 대한 정정 비트를 함께 전송하는 방법으로 정보의 중복 도를 증가시켜 오류정정을 수행하는 기술이다.
	다중경로는 수중 음향 통신에 어떤 영향을 끼치는가?	다중경로는 송 ․ 수신기의 위치 변화, 조수간만에 따른 수심 변화, 그리고 경계면의 변동에 의한 음향 통신 채널의 물성 변동에 영향을 받는다. 이로 인해 송신 신호의 반사각, 진폭, 주파수,위상 그리고 각 경로 파의 시간 지연에 영향을 미친다. 수신된 신호는 다중경로 경계면의 물리적 특성에 따라 지연확산되고 수중 음향 통신 채널의 코히어런스 대역폭 제한과 전송 심벌의 심벌 간 간섭 및 주파수 선택성 증가로 인해 통신성능이 제한된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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