[논문]Triangle spread carrier 기법을 이용한 수중음향통신에서 도플러 천이 주파수 추정 및 보상

윤창현; 라형인; 이경원; 김기만

doi:10.7776/ask.2023.42.3.169

Triangle spread carrier 기법을 이용한 수중음향통신에서 도플러 천이 주파수 추정 및 보상
Doppler shift frequency estimation and compensation in underwater acoustic communication using triangle spread carrier technique 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.42 no.3, 2023년, pp.169 - 180

윤창현 (한국해양대학교) , 라형인 (한국해양대학교) , 이경원 (한국해양대학교) , 김기만 (한국해양대학교)

초록
AI-Helper

수중음향통신의 성능은 다중경로 전달과 도플러 확산에 크게 영향을 받는다. 본 논문은 다중경로 전달 환경에서 강인한 기존의 Sweep Spread Carrier(SSC) 기법을 변형하여, 새로운 통신기법인 Triangle Spread Carrier(TSC) 기법을 제안한다. 제안한 TSC 기법은 상승-처프와 하강-처프 신호가 반복되는 반송파를 갖는 형태이며, 각각의 상관함수 특성을 활용하여 수신 신호의 도플러 천이 주파수를 추정하고 보정한다. 제안된 TSC 기법의 성능을 입증하기 위하여 수중 채널 시뮬레이터를 이용한 모의실험과 동해에서 수행된 해상실험을 결과를 제시한다. 해상실험 결과 추정된 도플러 천이 주파수만을 이용하여 복조하였을 때 비부호화 된 비트 오류율은 최대 0.194였지만, 제안한 방법을 적용하였을 때 비부화화된 비트 오류율이 0.001로 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The performance of underwater acoustic communication is greatly affected by multipath propagation and Doppler spread. This paper proposes a new communication technique, the Triangle Spread Carrier (TSC) technique, by modifying the existing Sweep Spread Carrier (SSC) technique that is strong in a multipath propagation environment. The proposed TSC technique is a form in which the up-chirp and down-chirp signals have repeated carriers, and each correlation function characteristic is used to estimate and correct the Doppler shift frequency of the receiving signal. To demonstrate the performance of the proposed TSC technique, we present the results of simulations using underwater channel simulators and sea trial conducted in the East Sea. When demodulating using only the estimated Doppler shift frequency as a result of the sea trial, the uncoded bit error rate was up to 0.194, but when the proposed method was applied, the uncoded bit error rate was reduced to 0.001.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. (Color available online) Concept of SSC modulation.
그림 Fig. 2. (Color available online) A single sweep as part of the SSC signal.
그림 Fig. 3. (Color available online) Spectrogram of the
그림 Fig. 4. (Color available online) Concept of TSC modulation.
그림 Fig. 5. (Color available online) (a) Application of matched f iltering to TSC signal, (b) Doppler shift effect on positive Doppler and negative Doppler.
그림 Fig. 6. (Color available online) Error of Doppler frequency using TSC method.
그림 Fig. 7. (Color available online) Polynomial equation plotting for error appearance using nonlinear LS fitting.
그림 Fig. 8. (Color available online) Comparison of error with estimated and corrected Doppler frequency.
그림 Fig. 9. (Color available online) West sea channel using the VirTEX simulator, (a) sound speed profile, (b) ray tracing, (c) channel impulse response.
표 Table 1. Simulation parameters.
그림 Fig. 10. (Color available online) Result in the West sea channel, (a) estimated Doppler frequency error, (b) uncoded BER.
표 Table 2. Program operation time and performance according to each.
그림 Fig. 11. (Color available online) Schematic of sea trial.
그림 Fig. 12. Packet structure.
그림 Fig. 13. (Color available online) Underwater channel characteristics in sea trial, (a) channel impulse response, (b) Delay-Doppler spread function, (c) power delay profile.
그림 Fig. 14. Block diagram of TSC transmission.
그림 Fig. 15. (Color available online) Result of the sea trial, (a) Doppler shift frequency error. (b) uncoded BER.

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