초록 ▼

○ 수중음향 채널 모델링
- 주파수에 따른 최대 전송 거리 예측
- 음선추적 기반의 광대역 채널 모델링 기법 개발
- 음원 이동에 의한 주파수 편이 채널 모델링
- 사전 채널 왜곡 기법 분석 및 실해역 시험
- 시변 해수면에 의한 산란 모델링
- 수중음향 채널 측정 기법 개발
- 수조 및 실해역 수중음향 채널 분석
- 실시간 수중음향채널 시뮬레이터 개발
○ 수중 무선통신 단말기 모뎀 개발
- 수중음향 모뎀 요구조건 분석
- 송수신 수중음향 트랜스듀서 및 증폭기 개발
-

○ 수중음향 채널 모델링
- 주파수에 따른 최대 전송 거리 예측
- 음선추적 기반의 광대역 채널 모델링 기법 개발
- 음원 이동에 의한 주파수 편이 채널 모델링
- 사전 채널 왜곡 기법 분석 및 실해역 시험
- 시변 해수면에 의한 산란 모델링
- 수중음향 채널 측정 기법 개발
- 수조 및 실해역 수중음향 채널 분석
- 실시간 수중음향채널 시뮬레이터 개발
○ 수중 무선통신 단말기 모뎀 개발
- 수중음향 모뎀 요구조건 분석
- 송수신 수중음향 트랜스듀서 및 증폭기 개발
- 저전력 송신기 설계
- 복조기 시스템 상세설계
- 동기확보기술 개발
- 오류정정 부호 알고리듬 및 복호기 구현
- 수중 채널 왜곡 보상기법 개발
- 수중 빔형성 기술 및 MIMO 기술 연구
○ 수중 무선통신 네트워크 기술동향 조사
- SEAWEB
- FRONT 프로젝트
- AOSN(Autonomous Oceanographic Sampling Network)
- PLUSNet 사업 현황
- 유럽의 수중네트워크 개발 현황
- 국내 수중네트워크 개발 현황
○ CDMA 기반의 다중접속기법 연구
- 대역 확산 통신방법
- 대역 주파수 도약과 직접확산 스펙트럼
- 확산코드
- CDMA 방식의 순방향 채널구조
- CDMA 방식의 역방향 채널구조
- CDMA 수신 구조
- 주파수 도약 스펙트럼 확산방식의 CDMA
○ 빔형성 기법 적용시의 수중 Ad-hoc 통신용 프로토콜 기초 연구
- 수중 ad-hoc 통신망에 빔형성 기법 적용 연구
- 빔형성 기법이 적용된 수중 ad-hoc 통신망용 프로토콜 연구 및 성능 향상분석
○ 수중음향 네트워크 개발
- 분산형 수중 ad-hoc 네트워크 프로토콜 설계 및 구현
- 네트워크 프로토콜 MAC 프레임 구조 설계
- 확률이론과 시뮬레이션을 이용한 네트워크 프로토콜 성능분석
- 새로운 수중음향통신망 MAC 프로토콜 설계
- 수중음향 통신환경을 반영한 수중 네트워크 시뮬레이터 개발
- 분산형 수중 ad-hoc 네트워크 프로토콜 실해역 성능 검증
- 수중-수상-육상 연계를 위한 게이트웨이 및 육상원격관제 시스템 제작

Abstract ▼

○ Underwater Acoustic Channel Modeling
- Estimation of maximally propagating distance according to transmitting frequency
- Development of channel modeling based on wide-band ray tracing
- Doppler frequency modeling by source movement
- Analysis of pre-coding method and field experiments

○ Underwater Acoustic Channel Modeling
- Estimation of maximally propagating distance according to transmitting frequency
- Development of channel modeling based on wide-band ray tracing
- Doppler frequency modeling by source movement
- Analysis of pre-coding method and field experiments
- Scattering modeling by time-varying surface waves
- Development of a channel measurement method
- Analysis of underwater acoustic channel in a water tank and the ocean
- Development of real-time underwater acoustic channel simulator
○ Underwater Acoustic Modem Development
- Requirement analysis for underwater acoustic modem
- Development of transmitting and receiving underwater acoustic transducer and their amplifiers
- Lowpower transmitter design
- Receiver system design
- Developement of synchronization techniques of receiver
- Channel code algorithm and decoder implementation
- Development of underwater channel distortion compensation schemes
- Study on the underwater beamformming and MIMO techniques
○ Survey of technology currents on underwater acoustic networks
- SEAWEB
- FRONT
- AOSN(Autonomous Oceanographic Sampling Network)
- PLUSNet
- EU
- Domestic technology currents
○ A study of multiple access scheme based on CDMA
- Study of spread spectrum scheme
- Frequency hopping and direct spread spectrum
- Spread spectrum code
- The structure of forward directed channel on CDMA
- The structure of reverse directed channel on CDMA
- The structure of CDMA receiver
- Frequency hopping spread spectrum of CDMA
○ Basic study of beam forming in UW ad-hoc protocol
- A study of beam forming in UW ad-hoc protocol
- Throughput analysis of beam forming in UW ad-hoc protocol
○ Field Experiments of Underwater Acoustic Communications
- Measurement of acoustic environments
- Analysis of decision feedback equalizer
- Field experiments of underwater acoustic communications
○ Development of underwater acoustic networks
- Design and implementation of network protocol for distributed underwater ad-hoc networks
- Design of MAC frame of network protocols
- Performance analysis using probability theory and simulation works
- Design novel network protocols for underwater acoustic networks
- Developement of network simulator considering underwater acoustic communication environments
- Underwater performance verification of network protocol for distributed underwater ad-hoc networks
- Development of gateway and land remote control system linking underwater-surface-land

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 13
• 목차 ... 23
• Contents List ... 28
• 그림 차례 ... 34
• 표 차례 ... 62
• Figure List ... 67
• Table List ... 97
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 103
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 103
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 104
• 1. 기술적 측면 ... 104
• 2. 사회·문화적 측면 ... 105
• 3. 경제·산업적 측면 ... 105
• 제 3 절 연구개발의 범위 ... 106
• 제 4 절 개발기술의 실용화 실적 ... 107
• 1. 수중 무선통신 시스템 핵심 기술 기술이전 ... 107
• 2. 수중무선통신 네트워크 기술이전 ... 107
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 109
• 제 1 절 수중음향 채널 모델링 ... 109
• 제 2 절 수중통신 모뎀 기술개발 ... 114
• 1. HERMES ... 114
• 2. Micro-Modem ... 118
• 3. TRIDENT ... 121
• 4. JAMSTEC 개발 모뎀 ... 127
• 제 3 절 수중 네트워크 기술 ... 130
• 1. 수중 네트워크를 위한 MAC 프로토콜 ... 130
• 2. 수중 네트워크를 위한 라우팅 프로토콜 ... 136
• 제 4 절 국외 수중통신 활용연구 조사 분석 ... 140
• 1. Seaweb ... 140
• 2. AOSN (Autonomous Oceanographic Sampling Network) ... 141
• 3. PLUSNet(Persistent Littoral Undersea Surveillance Network) ... 142
• 4. NEPTUNE ... 144
• 5. OOI(Ocean Observatories Initiative) ... 145
• 6. GEOSTAR (GEophysical and Oceanographic Station for Abyssal Research) ... 146
• 7. ESONET ... 148
• 8. UAN(Underwater Acoustic Network) ... 149
• 제 3 장 수중음향 채널 모델링 ... 151
• 제 1 절 서론 ... 151
• 제 2 절 수중음향 채널 모델링 이론 ... 153
• 1. 수중음향 물리량 추정식 ... 153
• 2. 수동 소나 방정식 ... 159
• 3. 음파 전달 모델링 기본 이론 ... 162
• 4. 음선 추적 기반 채널 모델링 기법 개발 ... 175
• 5. 사전 채널 보정 기법 ... 195
• 6. 해수면에 의한 산란 모델 ... 247
• 제 3 절 수중음향 채널 측정 및 분석 ... 262
• 1. 수중음향 채널측정 기법 ... 262
• 2. 수중음향 채널 측정 시스템 ... 265
• 3. 수조의 수중음향 채널 측정 ... 273
• 4. 실해역 수중음향 채널 측정 ... 278
• 제 4 절 수중음향 채널 시뮬레이터 ... 357
• 1. 수중음향 채널 모사 알고리듬 ... 357
• 2. 수중음향 채널 시뮬레이터 구현 ... 362
• 제 5 절 소결 ... 367
• 제 4 장 수중 무선통신 단말기 모뎀 개발 ... 369
• 제 1 절 서론 ... 369
• 제 2 절 수중음향 모뎀 요구조건 분석 및 사양 ... 371
• 1. 수중계측센서의 데이터량 조사 ... 371
• 2. 수중 단말기 모뎀의 요구조건 분석 ... 375
• 3. 수중음향통신 링크 해석 및 링크 예산 수립 ... 377
• 4. 수중음향통신을 위한 디지털 전송방식의 정량적, 정성적 해석 ... 400
• 제 3 절 수중음향 트랜스듀서 설계 및 제작 ... 409
• 1. 단방향 지향성 모델 ... 409
• 2. 양방향 원통형 모델 ... 430
• 3. 방향성 지향형 모델 ... 443
• 4. 양방향 무지향성 모델 ... 449
• 5. 단방향 저주파 지향성 모델 ... 468
• 제 4 절 저전력 송신기 설계 ... 477
• 1. 프레임 구조 ... 477
• 2. 저전력 변조기 설계 ... 478
• 3. 펄스성형필터(PSF) 설계 ... 480
• 4. 결합보간기 구조를 갖는 송신기 ... 485
• 제 5 절 복조기 시스템 상세설계 ... 494
• 1. 복조시스템 ... 494
• 2. 저역통과 필터 ... 495
• 3. 버스트 검출기 설계[4.5-2] ... 498
• 4. 잡음 분산 측정 ... 502
• 5. 채널상태 감시기술 ... 504
• 6. 수신기 전단부 상세 설계 ... 516
• 7. 도플러 편이 추정 및 보상기술 개발 ... 526
• 제 6 절 동기확보기술 ... 532
• 1. 신호모델 ... 533
• 2. ML 심볼시간 추정기-I 설계 ... 534
• 3. ML 심벌시간 추정기-II 설계 ... 537
• 4. ML 심벌시간 추정 성능 검증 ... 542
• 5. 위상 및 주파수 편이 결합 추정기 설계 ... 546
• 6. 프레임 시간 검출기 설계 ... 561
• 7. DD(Decision Directed) 위상 추적기[4.6-1] ... 567
• 제 7 절 오류정정 부호 알고리듬 ... 586
• 1. 길쌈 부호화 ... 586
• 2. 길쌈 부호의 표현법 ... 587
• 3. 길쌈 부호의 복호 알고리듬 ... 592
• 4. Viterbi 복호기의 오율 해석[4.7-2] ... 599
• 5. 최적 길쌈부호기 설계 ... 600
• 6. 천공 길쌈부호 복호기 최적 구현 ... 607
• 7. SDR기반 길쌈 부호화기 구현 ... 615
• 8. SDR 기반 비터비 복호기 구현 ... 620
• 제 8 절 수중 채널 왜곡 보상 기법 개발 ... 625
• 1. 수중음향통신을 위한 광대역 FIR 빔형성 알고리듬 개발 ... 625
• 2. 수중 채널 등화기 개발 ... 632
• 3. 수중음향통신을 위한 다중 경로 다이버시티 기술 연구 ... 665
• 4. 천해역 단거리용 채널등화기 성능비교 ... 683
• 5. 다중경로 지연정보를 이용한 적응등화기 ... 695
• 6. 무지향성 송수긴 겸용 센서를 이용한 모뎀의 안정화구현 ... 700
• 7. 채널추정과 결합한 채널등화기술 ... 713
• 제 9 절 수중 빔형성 기술 및 MIMO 기술 연구 ... 722
• 1. 수중 빔형성 기술 연구 ... 722
• 2. 수중 MIMO 기술 연구 ... 728
• 3. 빔형성기가 결합된 MIMO 방식 연구 ... 767
• 4. 실시간 구현을 위한 병렬처리 구조 설계 ... 769
• 5. 빔형성기가 적용된 Multi-user MIMO 시스템의 구조도 연구 ... 775
• 6. 적응 빔형성 시스템과 복수 사용자 신호검출 간섭제거기와의 연계성 연구 ... 778
• 7. 빔형성 기법/MIMO가 적용된 수중 ad-hoc 통신망용 센서 노드 설계 ... 783
• 8. 수중 빔형성 및 MIMO 측정 및 측정 데이터 분석 ... 792
• 9. 수중 ad-hoc 통신망에서의 프레임 구조 연구 ... 809
• 10. 빔형성기/MIMO의 세부 블록 설계 ... 823
• 11. DSP 구현 및 성능 검증 ... 850
• 제 10 절 수중통신 소형화 모뎀 제작 ... 860
• 1. 수중 음향 무선통신 소형화 모뎀 제작 변천사 ... 860
• 2. 수중 무선통신 소형화 모뎀 송수신 보드 제작 ... 863
• 3. 디지털 신호처리 보드 ... 898
• 4. 진수 및 회수 장치 ... 912
• 제 11 절 수중통신모뎀 실해역 시험 ... 917
• 1. 2005년도 시험 ... 917
• 2. 2006년도 시험 ... 921
• 3. 2007년도 시험 ... 927
• 4. 2008년도 시험 ... 928
• 5. 2009년도 시험 ... 931
• 6. 2010년도 시험 ... 935
• 7. 2011년도 시험 ... 937
• 제 12 절 소결 ... 939
• 제 5 장 수중 무선통신 네트워크 개발 ... 944
• 제 1 절 서론 ... 944
• 제 2 절 수중음향네트워크를 위한 HTDMA 매체접속제어 프로토콜 설계 ... 945
• 1. 초기화 스테이지 ... 947
• 2. 표준 오퍼레이션 스테이지 ... 948
• 3. 종료 스테이지 ... 949
• 4. 성능 분석 결과 ... 949
• 제 3 절 블록단위의 시간분할 매체접속제어 프로토콜 연구 ... 951
• 1. BTB-TDMA 프레임 구조 ... 953
• 2. 초기화 과정 ... 954
• 3. 데이터 전송 과정 ... 956
• 4. 성능 분석 결과 ... 957
• 제 4 절 이동노드 기반의 시간분할 매체접속제어 프로토콜 연구 ... 960
• 1. 프레임 구조 ... 961
• 2. 초기화 단계 ... 962
• 3. 데이터전송 단계 ... 963
• 4. 성능 분석 결과 ... 964
• 제 5 절 수중통신을 위한 Hybrid형 MAC 프로토콜 연구 ... 966
• 1. 프로토콜 기본구조 ... 966
• 2. 비경쟁모드에서의 MAC 프로토콜 ... 967
• 3. 경쟁모드에서의 MAC 프로토콜 ... 968
• 4. Hybrid MAC 프로토콜의 적용 예 ... 969
• 제 6 절 섹터센서/다채널 매체접속제어 프로토콜 연구 ... 972
• 제 7 절 전송수율 향상을 위한 물리계층 기술 개발 ... 985
• 1. 물리계층 네트워크 코딩 기술 개발 ... 985
• 2. 격자감소기반 다중입출력 선부호화 기술 개발 ... 995
• 3. 2-경로 다중입출력 중계 채널의 점근적 용량 분석 연구 ... 1007
• 제 8 절 수중 네트워크 시뮬레이터 개발과 수중음향네트워크 프로토콜 성능 분석 ... 1010
• 1. Qualnet 기반 수중 네트워크 시뮬레이터 구현 ... 1010
• 2. 수중음향네트워크 시뮬레이션 조건 및 고려사항 ... 1012
• 3. 수중 센서 네트워크 구조 시뮬레이션 ... 1013
• 4. 수중 이동 네트워크 구조 시뮬레이션 ... 1017
• 5. 수중 하이브리드 네트워크 구조 시뮬레이션 ... 1020
• 6. 시뮬레이션 결과 요약 ... 1023
• 제 9 절 수중통신망 게이트웨이 및 원격관제 시스템 ... 1024
• 1. 게이트웨이 부이의 하드웨어 ... 1024
• 2. 게이트웨이 소프트웨어 개발 ... 1038
• 3. 수중통신망 원격관제 시스템 구축 ... 1043
• 4. 수중-육상 연계 데모 소프트웨어 구현 ... 1045
• 제 10 절 Underwater Ad-hoc communication (UAC) 프로토콜 설계와 구현 및 실해역 성능 검증 ... 1048
• 1. UAC 프로토콜 ... 1048
• 2. 수중음향통신 모뎀과 네트워크 장비 연동을 위한 인터페이스 포맷 설계 ... 1050
• 3. LabWindows CVI를 이용한 UAC 프로토콜 구현 ... 1053
• 4. UAC 프로토콜 실해역 성능 검증 시험 ... 1054
• 제 11 절 소결 ... 1059
• 제 6 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 1061
• 제 1 절 연도별 연구목표 ... 1061
• 제 2 절 평가의 착안점 및 기준 ... 1067
• 제 3 절 연구개발 목표의 달성도 ... 1071
• 제 4 절 사업목표 대비 연구결과 달성도 ... 1079
• 1. 연구개발 사업의 목표 ... 1079
• 2. 연구사업 목표 달성내용 ... 1080
• 제 5 절 정량적 연구 성과 ... 1114
• 제 6 절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ... 1120
• 제 7 장 연구개발결과의 활용계획 ... 1123
• 제 1 절 활용계획 ... 1123
• 1. 수중무선통신시스템 활용 분야 ... 1123
• 2. 수중무선통신시스템 산업화 활용 ... 1125
• 제 2 절 추가연구의 필요성 ... 1127
• 1. 배경 ... 1127
• 2. 필요성 ... 1128
• 제 3 절 기업화 추진실적 및 추진방안 ... 1129
• 1. 수중무선통신 시스템 기술 상용화를 위한 기술이전 ... 1129
• 2. 수중무선통신 네트워크 기술 상용화를 위한 기술이전 ... 1130
• 3. 향후 기업화 추진방안 ... 1131
• 참고문헌 ... 1132