[논문]심해 장거리 환경에서 시공간 다이버시티를 이용한 수중음향통신성능 향상

박희진; 김동현; 김재수; 한주영; 박정수

doi:10.7776/ask.2019.38.5.587

초록
AI-Helper

수중음향통신에서 다중경로로 인한 인접 심볼 간 간섭은 통신 성능을 저하시킨다. 인접 심볼 간 간섭의 영향을 최소화하여 수중음향통신 성능을 향상시키기 위해 다이버시티 기법을 사용한다. 본 논문에서는 공간 다이버시티와 시간 다이버시티의 결합을 통해 수중음향통신 성능이 개선됨을 보인다. 시공간 다이버시티를 통해 제한적인 배열에서 수중통신 시스템의 효율성을 증대시켰다. 또한 2018년 10월 한국의 동쪽 해역에서 수행한 BLAC18(Biomimetic Long range Acoustic Communication 18) 실험 데이터와 비교하여 이를 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

ISI (Inter Symbol Interference) reduces the performance of UAComm (Underwater Acoustic Communication). This paper shows that the performance of UAComm can be improved through the spatiotemporal diversity method that is the combination of spatial diversity and temporal diversity methods. By using spa...

ISI (Inter Symbol Interference) reduces the performance of UAComm (Underwater Acoustic Communication). This paper shows that the performance of UAComm can be improved through the spatiotemporal diversity method that is the combination of spatial diversity and temporal diversity methods. By using spatiotemporal diversity, the array aperture was reduced to increase the efficiency of the UAComm system. It is also verified using the experimental data of BLAC18 (Biomimetic Long range Acoustic Communication 18) conducted in October 2018.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Diagram of spatiotemporal diversity method.
그림 Fig. 2. Sound speed profile and experimental environment of BLAC18.
그림 Fig. 3. Transmitted signal packet structure.
그림 Fig. 4. Time series of source signal.
그림 Fig. 5. Input signal to noise ratio of BLAC18.
그림 Fig. 6. Constellations for comparing the performance of spatiotemporal diversity.
표 Table 1. BER for comparing the performance of spatiotemporal diversity.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 송신기와 수신기 사이의 거리가 60 km이고 수심이 1200 m인 심해 장거리 환경에서 배열의 길이가 제한될 때 통신 성능을 향상시키기 위해 시공간 다이버시티 기법을 제안하였다. 또한 국방과학연구소의 지원으로 2018년 10월 수행된 BLAC18 해상 실험 데이터를 통해 이를 검증하였다.
신호를 수신하는 방법에 따라 시간 다이버시티와 공간 다이버시티, 빔 다이버시티 등이 있다. 본 논문에서는 제한된 공간 다이버시티에서 통신성능을 향상시키기 위한 방법으로 시간 다이버시티와 공간 다이버시티 기법을 결합하여 시공간 다이버시티 기법을 제안한다. 또한 이를 검증하기 위해 2018년 10월 한국의 동쪽해역에서 수행한 BLAC18(Biomimetic Long range Acoustic Communication 18) 실험 데이터를 이용한다.

제안 방법

^[7] 송신기와 수신기의 거리는 60 km로 장거리에 해당한다.^[8] 인접 심볼간 간섭에 의한 영향을 최소화하기 위해 시공간 다이버시티를 사용하고 수동형 시역전 처리를 통해 등화기 처리를 수행하여 통신 성능을 비교 분석한다.
본 논문에서는 통신 시스템의 성능을 수치화시키기 위해 입력 신호 대 잡음비를 사용하였다.^[7,8] Fig.
시공간 다이버시티를 구현하여 통신성능을 분석할 때, ab개의 선택된 수신신호를 이용하여 시계열 반전처리를 통해 수치적 정합 필터를 수행하고, 재집속된 송신신호를 복조하여 통신성능을 분석한다. 이를 수식으로 나타내면 Eqs.
043로 5배 이상 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해 제한된 배열에서 통신 성능 저하의 해결책으로 시공간 다이버시티를 제안한다.
인접 심볼 간 간섭을 줄이기 위해 roll-off factor가 0.25인 RRC(Root Raised Cosine) 필터를 변조와 복조 과정에서 정합 필터로 사용하였다.
제 3장에서는 BLAC18 해상실험의 실험 환경과 실험 구성에 대해 설명한다. 제 4장에서는 공간 다이버시티기법, 시간 다이버시티 기법, 시공간 다이버시티 기법을 BLAC18 해상 실험 데이터에 적용하여 통신 성능을 도출하여 비교하여 분석한다. 마지막 제 5장에서 결론을 맺는다.

대상 데이터

25인 RRC(Root Raised Cosine) 필터를 변조와 복조 과정에서 정합 필터로 사용하였다. 데이터 신호는 255개의 심볼을 가지는 m-sequnce 신호를 프리앰블로 사용한다.
본 논문에서는 송신기와 수신기 사이의 거리가 60 km이고 수심이 1200 m인 심해 장거리 환경에서 배열의 길이가 제한될 때 통신 성능을 향상시키기 위해 시공간 다이버시티 기법을 제안하였다. 또한 국방과학연구소의 지원으로 2018년 10월 수행된 BLAC18 해상 실험 데이터를 통해 이를 검증하였다.
본 논문에서는 제한된 공간 다이버시티에서 통신성능을 향상시키기 위한 방법으로 시간 다이버시티와 공간 다이버시티 기법을 결합하여 시공간 다이버시티 기법을 제안한다. 또한 이를 검증하기 위해 2018년 10월 한국의 동쪽해역에서 수행한 BLAC18(Biomimetic Long range Acoustic Communication 18) 실험 데이터를 이용한다.^[7] 송신기와 수신기의 거리는 60 km로 장거리에 해당한다.
본 논문에서는 BLAC18 데이터를 적용하여 검증하였다. 송신기와 수신기 배치와 음속구조는 Fig.

이론/모형

Chirp 신호는 640 Hz의 밴드 폭을 가진다. 데이터 신호는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조방식을 사용하며 전송률은 512 bps이다. 인접 심볼 간 간섭을 줄이기 위해 roll-off factor가 0.
본 절에서는 시공간 다이버시티 기법을 BLAC18 데이터에 적용하여 검증한다. 공간 다이버시티를 제한하기 위하여 인접한 2개의 수신채널을 이용한다.

성능/효과

085[85/1000]의 비트 오율을 가진다. (a)와 비교했을 때, 통신성능은 5배 이상 향상됨을 보인다. Fig.
011[11/1000]의 비트오율을 가진다. 시간 다이버시티 기법을 단독으로 사용했을 때보다 시공간 다이버시티 기법을 사용했을 때 통신 성능이 월등히 향상됨을 확인했다.
시간 다이버시티 기법을 단독으로 적용시켰을 때보다 시공간 다이버시티를 기법을 적용했을 때 비트오율이 평균 0.210에서 0.043로 5배 이상 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통해 제한된 배열에서 통신 성능 저하의 해결책으로 시공간 다이버시티를 제안한다.
^[16] 반복적으로 수신된 강한 임펄스 신호의 형태를 갖는 클릭음은 시변동성이 큰 채널을 형성하여 통신 성능을 저하시킨다. 시공간 다이버시티 기법을 적용하여 다이버시티 개수를 증가시켜 통신 성능의 향상됨을 보였다.
5는 각 수신 채널 수심에 따른 입력 신호 대 잡음비를 나타낸 것이다. 음속구조에 의해 수심 220 m 부근에서 음향 축이 형성되었으며, 음향 축 근처에서 음선이 밀집되어 입력 신호 대 잡음비가 높아지는 것을 확인할 수 있다.^[11,15]

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다이버시티 기법의 특징은?	인접 심볼 간 간섭은 페이딩 현상의 대표적인 예로, 페이딩 현상의 해결책으로는 다이버시티 기법이 있다. 다이버시티 기법은 다수의 독립적인 페이딩 현상을 갖는 여러 개의 신호를 수신하여, 결합을 통해 페이딩 현상을 완화시킨다. 신호를 수신하는 방법에 따라 시간 다이버시티와 공간 다이버시티, 빔 다이버시티 등이 있다.
	장거리 수중음향통신의 성능을 저하시키는 요소는?	장거리 수중음향통신은 길어진 전달 경로에 의해 증가하는 전달 손실과 다중경로 전파에 의한 인접 심볼 간 간섭에 의해 통신 성능이 저하된다. 인접 심볼 간 간섭은 페이딩 현상의 대표적인 예로, 페이딩 현상의 해결책으로는 다이버시티 기법이 있다.
	본 논문에서 시공간 다이버시티 기법을 검증하기 위해 사용한 데이터는 무엇인가?	본 논문에서는 제한된 공간 다이버시티에서 통신성능을 향상시키기 위한 방법으로 시간 다이버시티와 공간 다이버시티 기법을 결합하여 시공간 다이버시티 기법을 제안한다. 또한 이를 검증하기 위해 2018년 10월 한국의 동쪽해역에서 수행한 BLAC18(Biomimetic Long range Acoustic Communication 18) 실험 데이터를 이용한다.[7] 송신기와 수신기의 거리는 60 km로 장거리에 해당한다.

참고문헌 (16)

A. Plaisant, "Long range acoustic communications," Proc. IEEE OCEANS'98 Conf. 472-476 (1998).
T. Shimura, H. Ochi, and Y. Watanabe, "Time-reversal communication with moving source-receiver in shallow water," Jpn. J. Appl. Phys. 45, 4847-4852 (2006).

상세보기
Y. -S. L. Chiu, Y. -Y. A. Chan, and C. -F. Chen, C. -W. Wang, "Long-range communication performance based on passive phase conjugation impacted by internal waves in the south china sea," OCEANS 2008-MTS/IEEE Kobe Techno-Ocean. 1-8 (2008).
H. C. Song and W. S. Hodgkiss, "Diversity combining for long-range acoustic communication in deep water," J. Acoust. Soc. Am. 132, EL68-EL73 (2012).

상세보기
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).

원문보기 상세보기
M. J. Eom, S. 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).

원문보기 상세보기
J. S. Kim, K. M. Kim, J. H. Chung, J. W. Choi, D. H. Kim, H. J. Park, J. Y. Hahn, S. S. Park, S. H. Cho, J. S. Park, D. W. Do, and J. S. Park, "Overview of the biomimetic long range acoustic communication experiment 2018 (BLAC18)" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. Suppl. 1(s) 38, 16 (2019).
F. Mosca and T. Shimura, "Low-frequency acoustic source for AUV long-range communication," Mast Europe, 1, 1-9 (2011).
M. Fink, "Time-reversal mirrors," J. Phys. D: Appl. Phys. 26, 1333-1350 (1993).

상세보기
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).

상세보기
H. C. Song, W. S. Hodgkiss, W. A. Kuperman, W. J. Higley, K. Raghukumar, T. Akal, and M. Stevenson, "Spatial diversity in passive time reversal communications," J. Acoust. Soc. Am. 120, 2067-2076 (2006).

상세보기
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).

원문보기 상세보기
G. Vazquez, F. Ray, M. Lamarca, and J. R. Fonollosa, "Diversity in mobile communications for blind detection of block-coded modulations," Proc. IEEE 49th Vehicular Technology Conf. 1105-1101 (1999).
H. Hourani, "An overview of diversity techniques in wireless communication systems," Postgraduate course in radio communications, 4, 144-160 (2004/2005).
K. H. Choi, S. H. Kim, J. W. Choi, H. S. Kim, and B. N. Kim, "Analysis of passive time-reversal communication performance inshallow water with underwater sound channel" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. 37, 21-30 (2018).
J. Y. Song, D. H. Kim, Y. H. Choi, and J. S. Kim, "Study of acoustic characteristics of east sea dolphin in BLAC18" (in Korean), J. Acoust. Soc. Kr. Suppl. 1(s) 38, 232 (2019).

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

심해 장거리 환경에서 시공간 다이버시티를 이용한 수중음향통신성능 향상
Performance improvement of long-range underwater acoustic communication in deep water using spatiotemporal diversity 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (7)

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

심해 장거리 환경에서 시공간 다이버시티를 이용한 수중음향통신성능 향상 Performance improvement of long-range underwater acoustic communication in deep water using spatiotemporal diversity 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

표/그림 (7) 모든 표/그림 보기

표/그림 (7) 슬라이드로 보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (16)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김재수 (56) 박정수 (48)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

심해 장거리 환경에서 시공간 다이버시티를 이용한 수중음향통신성능 향상
Performance improvement of long-range underwater acoustic communication in deep water using spatiotemporal diversity 원문보기

초록
AI-Helper

표/그림 (7)

표/그림 (7)

AI 본문요약
AI-Helper