수중음향통신에서 위상고정루프와 등화기의 결합 성능에 대한 연구

Abstract

수중음향통신은 수중에서 음파를 사용하는 통신 시스템이다. 수증음향통신은 저주파 사용을 하며, 주파수 대역폭이 제약적인 상황에서의 통신이 이루어진다. 수중음향통신은 여러 분야에서 필요로 하고 있으며, 지속적인 개발이 이루어지고 있다. 수중음향통신에서 통신 성능은 수중채널 특성에 영향을 받는다. 수중채널특성은 전달손실, 다중경로 전달, 도플러 영향, 잡음 등에 의해 결정이 된다. 신호는 채널 특성에 따라 다르게 변형되어 수신된다. PSK 계열의 신호에서는 동기 방식의 통신 시스템이 필요하다. PSK 계열의 신호에서는 동기 방식의 통신 시스템이 필요하며 통신 과정에서 다중경로의 영향으로 인접 심볼 간 간섭(Inter-Symbol Interference:ISI)과 주파수 및 위상변화에 영향을 많이 받게 되고, 등화기(Equalizer)와 위상고정루프(Phase-Locked loop)가 결합된 알고리즘으로 데이터 복구를 한다. 성능 검증을 위해 시뮬레이션 및 장거리 해상실험을 진행하였다. 시뮬레이션을 통해 이상적인 경우의 등화기와 위상고정루프의 성능 결과를 확인하였고, 장거리 해상실험을 통해 데이터율, 거리, 송신 신호 길이 변화 등 다양한 경우에 대해서도 데이터 복구 성공 유무에 대해 확인하였다. 장거리 해상실험은 2번 진행되었으며, 첫 번째 장거리 해상실험에서는 846 비트의 길이를 가진 신호에 대해 5번의 반복실험이 수행되었다. 두 번째 장거리 해상실험에서는 2010 비트의 길이를 가진 신호에 대해 2번의 반복실험이 수행되었다. 두 번의 실험에서 다수의 경우 데이터 복구가 이루어진 것을 확인하였고, 채널 환경이 좋지 않은 경우에서는 데이터복구가 어렵다는 것을 확인하였다. 또한 결정지향 방식과 궤환 필터의 결합 유무 및 파라메타 설정이 성능에 영향을 미치고 있음을 확인하였다.|Underwater acoustic communications uses sound waves and a low frequency. Communication is performed in which frequency bandwidth is limited. Research on underwater acoustic communications continue. In underwater acoustic communications, the performance is influenced by underwater channel characteristics. Underwater channel characteristics are determined by transmission loss, multipath, transmission, Doppler influence and noise. The signal is modified and received according to the channel characteristics. A synchronous communication system is required for PSK signals and inter-symbol interference (ISI) and frequency and phase change are greatly affected by the influence of multiple paths. Data recovery is performed by an algorithm that combines an equalizer and a phase-Locked loop. Simulation and long-range sea experiments were conducted to verify performance. The performance results of the ideal case were confirmed through simulation and the success of data recovery was confirmed for various cases such as data rate, distance, and transmission signal length change through long-range sea experiments. Two long-range sea experiments were conducted and in the first long-range sea experiment five repetitive experiments were performed on signals with a length of 846 bits. In the second long-range sea experiment, the experiments were performed on signals with a length of 2010 bits. It was confirmed that data recovery was performed in many cases and it was confirmed that it was difficult to recover data in case of poor channel environment. It was confirmed that the Decision-Directed method, combination of the feedback filters, the parameter setting affect the performance.