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주파수 선택 지표에 따른 길쌈 부호 수중 음향 통신 시스템의 성능 평가
서철원,박지현,박규칠,신정채,정진우,윤종락,Seo, Chulwon,Park, Jihyun,Park, Kyu-Chil,Shin, Jungchae,Jung, Jin Woo,Yoon, Jong Rak 한국음향학회 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.6
The convolution code(CC) of code rate 1/2 as a forward error correction (FEC) in Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) is applied to decrease bit error rate (BER) by background noise and multipath in shallow water acoustic channel. Ratio of transmitting signal bandwidth to channel coherence bandwidth is defined as frequency selectivity index. BER and bit energy-to-noise ratio gain of transmitted signal according to frequency selectivity index are evaluated. In the results of indoor water tank experiment, BER is well matched theoretical results at frequency selectivity index less than about 1.0. And bit energy-to-noise ratio gain is also matched theoretical value of 5 dB. BER is effectively decreased at frequency selective multipath channel with frequency selectivity index higher than 1.0. But bit energy-to-noise ratio greater than a certain size in terms of CC weaving is effective in reducing bit errors. In the results, the defined frequency selectivity index in this study could be applied to evaluate a performance of CC in multipath channel. Also it could effectively reduced BER in a low speed underwater acoustic communication system without an equalizer. 천해 수중 음향 채널의 배경잡음과 다중경로에 의한 비트 오류율(BER)을 경감하기 위해 Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)에 전방 오류 정정 코드(FEC)로 부호화 비율 1/2의 길쌈 코딩(CC)을 적용하였다. 전송신호의 대역폭에 대한 채널의 일관성 대역폭의 비를 주파수 선택 지표로 정의하였고 주파수 선택지표에 따른 전송 신호의 BER과 비트 에너지 대 잡음비의 이득을 평가하였다. 실내 수조 실험 결과, 주파수 선택지표가 약 1.0 이하인 경우 BER은 이론적인 결과와 일치하고 비트 에너지 대 잡음비의 이득은 약 5 dB로 이론적인 결과와 일치한다. 주파수 선택 지표가 1.0 이상인 주파수 선택적인 다중경로 채널에서도 BER은 효율적으로 감소하지만 비트 에너지 대 잡음비가 일정크기 이상인 조건에서만 CC의 비트 오류 감소에 효과가 있다. 이러한 결과는 본 연구에서 정의한 주파수 선택 지표가 다중 경로 채널에서 CC의 성능 평가의 지표로 적용될 수 있다. 아울러 등화기를 적용하지 않고 저속 수중 음향 통신시스템에 효과적으로 BER을 줄일 수 있다.
Cognitive Radio 시스템 환경에서의 다중 홉 릴레이 전송 기법
이동규(Dong-Kyu Lee),신정채(Jungchae Shin),임은택(Euntaek Lim),이현우(Hyeonwoo Lee),조호신(Ho-Shin Cho) 한국통신학회 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.9A
본 논문에서는 IEEE 802.22 기반의 인지라디오 시스템에서 다중 홉 릴레이 방식의 적용 방안을 제안한다. 먼저, 중계기를 통한 전송 시나리오를 가정하고 이를 지원하기 위한 물리 채널 프레임 구조를 예시한다. 다음으로, 분산 감지 (distributed sensing) 방식을 이용한 가용 채널 결정 방식을 제안하고 이를 토대로, 기지국 중심의 중앙집중형 (centralized) 채널 할당 기법 및 릴레이 전송을 위한 중계기 선택 알고리즘을 개발하였다. 그리고 수학적 해석과 시뮬레이션을 통한 성능 분석 결과는 제안한 다중 홉 릴레이 방식이 중계기를 사용하지 않은 기존의 인지 라디오 시스템에 비해 스펙트럼 이용효율과 시스템 수율 측면에서 성능 향상이 있음을 보여준다. In this paper, a multi-hop relaying transmission scheme is analyzed regarding its feasibility and potentiality in the IEEE 802.22-based cognitive radio (CR) environment. Shortly, basic design issues are addressed such as relay station (RS) deployment and a frame structure of physical channel to escape inter-hop interference. This paper mainly develops a radio resource management scheme based on spectrum sensing results aggregated from CR secondary nodes and improves the opportunistic spectrum sharing efficiency. In particular, a decision rule about a channel availability is made using a distributed sensing method. Subsequently, spectrum allocation and routing path decision procedures are proposed to establish a link from source to destination with a hop-by-hop manner. Simulation results show that the proposed multi-hop relaying scheme is substantially profitable in CR environments if the number of hops and RS deployment are designed in such a way that the spectrum sharing gain is larger than spectrum division loss which is inherently induced in multi-hop relaying systems.
Performance Evaluation of Underwater Acoustic Communication in Frequency Selective Shallow Water
박규칠,박지현,이승욱,정진우,신정채,윤종락,Park, Kyu-Chil,Park, Jihyun,Lee, Seung Wook,Jung, Jin Woo,Shin, Jungchae,Yoon, Jong Rak The Acoustical Society of Korea 2013 韓國音響學會誌 Vol.32 No.2
An underwater acoustic (UWA) communication in shallow water is strongly affected by the water surface and the seabed acoustical properties. Every reflected signal to receiver experiences a time-variant scattering in sea surface roughness and a grazing-angle-dependent reflection loss in bottom. Consequently, the performance of UWA communication systems is degraded, and high-speed digital communication is disrupted. If there is a dominant signal path such as a direct path, the received signal is modeled statistically as Rice fading but if not, it is modeled as Rayleigh fading. However, it has been known to be very difficult to reproduce the statistical estimation by real experimental evaluation in the sea. To give an insight for this scattering and grazing-angle-dependent bottom reflection loss effect in UWA communication, authors conduct experiments to quantify these effects. The image is transmitted using binary frequency shift keying (BFSK) modulation. The quality of the received image is shown to be affected by water surface scattering and grazing-angle-dependent bottom reflection loss. The analysis is based on the transmitter to receiver range and the receiver depth dependent image quality and bit error rate (BER). The results show that the received image quality is highly dependent on the transmitter-receiver range and receiver depth which characterizes the channel coherence bandwidth. 천해에서 수중음향통신은 해면과 해저의 음향특성에 강한 영향을 받는다. 시변적인 해면 산란과 입사각에 좌우되는 해저손실에 의해 수중통신 시스템의 성능은 영향을 받게 되어 고속의 디지털 통신 성능은 저하된다. 우세한 직접파가 존재하면 통신채널은 Rice 페이딩, 그렇지 않은 경우 Rayleigh 페이딩으로 모델링된다. 그러나 실해역의 실험으로 이러한 통계적인 채널 모델링을 검증하는 것은 어려운 연구주제로 알려져 있다. 해면산란과 해저반사 손실이 수중음향통신에 미치는 영향의 근원적인 이해를 돕기 위하여 저자들은 이들의 영향을 정량화하기 위한 천해 해역에서 실험을 수행하였다. 이진 주파수 천이 변조 방식으로 영상을 전송하여 해면산란과 해저 입사각에 좌우되는 해저반사 영향을 송신기와 수신기간의 거리, 수신기 깊이에 따른 영상의 양호성과 비트 오류율로 평가하였다. 결론적으로 영상의 전송 성능은 채널의 일관성 대역폭을 결정하는 송수신기간의 거리 및 수신기의 깊이에 좌우된다.
이재일,이종현,이승욱,신정채,정진우,Lee, Jaeil,Lee, Chong Hyun,Lee, Seung Wook,Shin, Jungchae,Jung, Jin Woo 대한전자공학회 2012 전자공학회논문지 Vol.50 No.8
본 논문에서는 파라메트릭 배열 기반 소나 통신 성능을 분석하였다. 분석을 위하여 음향학적 설계요소를 고려한 최적의 차 주파수 발생조건을 구하고 비선형성이 고려된 소나 방정식을 이용하여 차 주파수의 SNR을 추정하였다. 추정된 차 주파수의 SNR을 이용하여 디지털 변조 방식에 따른 이론적인 비트오류확률과 MIMO 채널 용량을 모의실험 하였다. 1차 주파수의 평균 주파수를 560kHz, 차 주파수를 45kHz 그리고 방사 파워 28.05Watt를 가정할 때, 비트오류확률 $10^{-4}$ 이하의 통신 거리는 1차 주파수를 사용할 경우 0.9km이고 차 주파수는 4.25km로 3.35km의 거리 이득을 얻음을 확인하였다. 또한 요구되는 채널 용량 10bps/Hz를 가정할 때 1차 주파수의 구동거리는 0.83km인 반면 주파수의 경우 SISO 통신은 3.8km 그리고 $2{\times}2$ MIMO 통신은 3.98km 까지 전송 할 수 있음을 확인 하였다. In this paper, we present novel analysis results of sonar communication using parametric array. We consider transducer diameter, primary frequency, difference frequency and acoustic power as analysis parameters of communication performance. We calculate theoretical BER(Bit Error Rate) and channel capacity of MIMO(Multi Input and Multi Output) communication system. By considering practical parameters, we obtain optimum difference frequency generation condition. The obtained primary frequency is 560 kHz, difference frequency 45kHz and acoustic power is 28.05Watt. For BER of $10^{-4}$, the range gain of parametric array communication is 3.35km compared to primary frequency communication. For channel capacity of 10bps/Hz, the SISO and $2{\times}2$ MIMO communication range of parametric array communication are 3.8km and 3.98km respectively, while primary frequency communication range is 0.83km.