수중통신시스템은 과거 AM, FM 변ㆍ복조방식을 이용한 아날로그시스템이 개발되어 왔고, 최근에는 디지털 하드웨어 기술의 발전으로 디지털 변ㆍ복조 방식을 이용한 디지털통신시스템이 개발 이용되고 있다. 수중통신에 있어서 손실, 배경 잡음, 다중경로 등의 해양 환경 특성을 극복하는 것은 신뢰성 있는 통신 환경을 이룩하는데 중요하다. 특히 해면과 해저로 경계 지워진 천해 환경에서 다중경로에 의한 영향은 수중통신시스템의 성능을 좌우하는 중요한 요소 중의 하나이다. 이런 다중경포의 통신채널은 일반적으로 수지 채널과 수평채널로 구분 짓고 있으며, 수직채널은 직접 파와 반사 파의 경로차이가 크고, 수평채널은 직접 파와 반사 파의 경로차이가 수지채널에 비해 상대적으로 적게 나타난다. 본 논문에서는 수치모의 실험을 통해 세 가지 디지털 변ㆍ복조 방식인 FSK, BPSK, DPSK의 수직ㆍ수평 다중경로 통신채널에 대한 성능을 비교 검토하였다.
수중통신시스템은 과거 AM, FM 변ㆍ복조방식을 이용한 아날로그시스템이 개발되어 왔고, 최근에는 디지털 하드웨어 기술의 발전으로 디지털 변ㆍ복조 방식을 이용한 디지털통신시스템이 개발 이용되고 있다. 수중통신에 있어서 손실, 배경 잡음, 다중경로 등의 해양 환경 특성을 극복하는 것은 신뢰성 있는 통신 환경을 이룩하는데 중요하다. 특히 해면과 해저로 경계 지워진 천해 환경에서 다중경로에 의한 영향은 수중통신시스템의 성능을 좌우하는 중요한 요소 중의 하나이다. 이런 다중경포의 통신채널은 일반적으로 수지 채널과 수평채널로 구분 짓고 있으며, 수직채널은 직접 파와 반사 파의 경로차이가 크고, 수평채널은 직접 파와 반사 파의 경로차이가 수지채널에 비해 상대적으로 적게 나타난다. 본 논문에서는 수치모의 실험을 통해 세 가지 디지털 변ㆍ복조 방식인 FSK, BPSK, DPSK의 수직ㆍ수평 다중경로 통신채널에 대한 성능을 비교 검토하였다.
Analog communication systems using AM, FM modem have been developed. Digital communication systems using digital modems, which is by expansion of digital hardware skill have been recently developed. In order to accomplish a reliable communication it is important to overcome ocean environmental chann...
Analog communication systems using AM, FM modem have been developed. Digital communication systems using digital modems, which is by expansion of digital hardware skill have been recently developed. In order to accomplish a reliable communication it is important to overcome ocean environmental channel characteristics such as transmission loss, ambient noise and multipath effect etc. Specially, the effect of multipath is the most important element that determines the performance of underwater communication system in shallow water. Multipath channel can be divided a vertical and horizontal channel. the former is defined the channel to have large path-delay times between a direct wave and reflected waves. The latter shows relatively small path-delay times between a direct and reflected waves in compared with a vertical channel. In this paper, The performance of FSK, PSK and DPSK modem with respect to the vertical and horizontal multipath communication channels it described and compared.
Analog communication systems using AM, FM modem have been developed. Digital communication systems using digital modems, which is by expansion of digital hardware skill have been recently developed. In order to accomplish a reliable communication it is important to overcome ocean environmental channel characteristics such as transmission loss, ambient noise and multipath effect etc. Specially, the effect of multipath is the most important element that determines the performance of underwater communication system in shallow water. Multipath channel can be divided a vertical and horizontal channel. the former is defined the channel to have large path-delay times between a direct wave and reflected waves. The latter shows relatively small path-delay times between a direct and reflected waves in compared with a vertical channel. In this paper, The performance of FSK, PSK and DPSK modem with respect to the vertical and horizontal multipath communication channels it described and compared.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
가설 설정
음속은 깊이에 따라 일정하게 두었고, 경로 손실은 식(1)을 사용하였으나 주파수에 따른 흡수 손실은 고려하지 않았다. 해면의 반사손실은 식(2)에서 평균 파고가 0.2ft인 파도가 잔잔한 해상 상태를 고려하여 결정하였고 해저의 반사손실은 해저 바닥을 모래로 가정하여 설정하였다. 다중경로의 영향을 분석하기 위해 신호 대 잡음비는 40dB로 하여 배경잡음이 거의 없는 조건으로 하였다.
제안 방법
본 논문에서는 수치모의 실험을 통해 세 가지변 · 복조 방식인 FSK, BPSK, DPSK의 수직 · 수평 수중통신채널에 대한 성능을 BER(Bit Error Rate)로 나타내어 비교, 검토하였다.
고려하였다. 수심(h)은 100m, 송신기의 깊이는 해면에서 5m, 수신기의 깊이는 해면에서 97m로 두었고 송신기와 수신기간의 수평거리(r)는 수직 채널상태를 50m로 수평 채널을 500m로 하여 수치 모의 실험을 수행하였다. 음속은 깊이에 따라 일정하게 두었고, 경로 손실은 식(1)을 사용하였으나 주파수에 따른 흡수 손실은 고려하지 않았다.
수치모의실험에서는 수직 · 수평 통신채널 각각의 경우에서 대해 첫 번째 반사 파가 도착하는 시간 전후의 전송 데이터 비트 수를 조정하고 그때의 BER을 계산하여 각 변조방식에 따른 다중경로의 영향을 비교하였다.
음파전달 경로는 음원 영상법을 이용하여 해면, 해저, 해면-해저, 해저-해면의 4가지 다중경로만을 고려하였다. 수심(h)은 100m, 송신기의 깊이는 해면에서 5m, 수신기의 깊이는 해면에서 97m로 두었고 송신기와 수신기간의 수평거리(r)는 수직 채널상태를 50m로 수평 채널을 500m로 하여 수치 모의 실험을 수행하였다.
성능/효과
FSK방식에서 에러가 발생하는 전송 비트수는 각 채널에서 직접파와 해면 반사파의 지연시간에 따라 결정되는 것으로 확인되었다. 이것은 해저 반사파의 경우 해저면의 손실이 커서 상대적으로 그 영향이 통신성능을 크게 좌우하지 않는 것으로 판단된다.
특히 BPSK와 DPSK 방식은 수직 · 수평채널 모두에 있어 동일한 신호대잡음비에서 FSK에 비해 낮은 에러확률을 보였으며 수평채널에서는 다중경로가 없는 직접파 환경에서 FSK의 보다 낮은 에러확률을 나타냈다. 그리고 세가지변 · 복조방식 중에서 BPSK 방식이 다중경로의 경향에 가장 강인함을 수치모의 실험으로 확인하였다. 따라서 BPSK와 DPSK방식은 연속적인 데이터 통신이 가능하지만 여전히 높은 에러확률을 감안할 때 신뢰성 있는 수중 무선 통신을 가능하게 하기 위해서는 실제 해양환경에서의 변복조방식에 대한 통신성능 비교 · 분석 등의 다중경로의 영향을 극복하기 위한 통신 시스템 개발의 연구가 지속적으로 수행되어야 한다.
이것은 해저 반사파의 경우 해저면의 손실이 커서 상대적으로 그 영향이 통신성능을 크게 좌우하지 않는 것으로 판단된다. 반면에 BPSK와 DPSK방식은 반사파의 영향에 상관없이 상대적으로 FSK보다 나은 통신성능을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 방식은 반사파들에 의한 다중경로의 영향을 적게 받아 신뢰성 있는 통신 성능을 보장하면서 연속적인 비트전송이 가능함을 알 수 있다.
이는 수직채널에서는 반사 파들이 직접 파보다 큰 지연시간을 가지고 중첩되어 수신신호를 더 크게 왜곡시키는 것으로 판단된다. 세 가지 변조방식 중 다중경로가 없을 때와 마찬가지로 FSK가 가장 나쁜 성능을 나타내었으며 BPSK와 DPSK는 수직채널에서는 FSK와 유사한 특성을 보이지만, 수평채널에서는 다중경로가 없을 때의 FSK보다 더 나은 성능을 보였다.
수직 · 수평채널에서 세 가지 변조방식 모두 다중경로가 존재할 경우 SNR이 감소할수록 더 높은 BER 특성을 보인다.
수치 모의 실험 결과에서 수중데이터통신에 주로 사용되는 3가지 변 · 복조 방식 중 FSK가 다중경로의 영향에 가장 민감하고, 상대적으로 BPSK, DESK는 다중경로의 영향에 강인한 것으로 나타났다. 특히 BPSK와 DPSK 방식은 수직 · 수평채널 모두에 있어 동일한 신호대잡음비에서 FSK에 비해 낮은 에러확률을 보였으며 수평채널에서는 다중경로가 없는 직접파 환경에서 FSK의 보다 낮은 에러확률을 나타냈다.
수치 모의 실험 결과에서 수중데이터통신에 주로 사용되는 3가지 변 · 복조 방식 중 FSK가 다중경로의 영향에 가장 민감하고, 상대적으로 BPSK, DESK는 다중경로의 영향에 강인한 것으로 나타났다. 특히 BPSK와 DPSK 방식은 수직 · 수평채널 모두에 있어 동일한 신호대잡음비에서 FSK에 비해 낮은 에러확률을 보였으며 수평채널에서는 다중경로가 없는 직접파 환경에서 FSK의 보다 낮은 에러확률을 나타냈다. 그리고 세가지변 · 복조방식 중에서 BPSK 방식이 다중경로의 경향에 가장 강인함을 수치모의 실험으로 확인하였다.
93msec 였다. 표 2는 수평채널의 경우이며 직접파와 해저 · 해면 반사파의 지연 시간은 각각 0.75, 1.27msec로 나타났다.
후속연구
그리고 세가지변 · 복조방식 중에서 BPSK 방식이 다중경로의 경향에 가장 강인함을 수치모의 실험으로 확인하였다. 따라서 BPSK와 DPSK방식은 연속적인 데이터 통신이 가능하지만 여전히 높은 에러확률을 감안할 때 신뢰성 있는 수중 무선 통신을 가능하게 하기 위해서는 실제 해양환경에서의 변복조방식에 대한 통신성능 비교 · 분석 등의 다중경로의 영향을 극복하기 위한 통신 시스템 개발의 연구가 지속적으로 수행되어야 한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.