수중통신 채널 변동특성 분석 및 통신성능에 미치는 영향

Abstract

본 논문에서는 수중통신 다중경로 채널에서 일관성 대역폭에 따른 전송성능을 평가하였다. 이를 위해 먼저 일관성 대역폭이 BFSK와 BPSK방식의 전송성능에 미치는 영향을 수치모의 실험을 통해 평가하였다. 또한 해상실험을 통해 송?수신기의 위치를 상대적으로 해저면 보다 해면에 근접한 상황에서 해면의 시변적 특성이 포함된 수신신호의 해면변동에 의한 시간 및 주파수 일관성 특성을 해석하였다. BFSK와 BPSK의 전송성능을 수치모의 실험을 통해 다중경로 채널에서 신호 대역폭이 일관성 대역폭 보다 적어야 되며, 신호 대역폭이 일관성 대역폭 보다 큰 경우 비트오류가 급속히 증가되어 전송성능이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 해상실험에서는 Pierson-Moskowitz의 해면변동에 따른 일관성에서 바다의 표면 스펙트럼의 주요 해면파의 높이와 주파수는 15.5m 위에서 측정한 풍속(15～16knot)에 대해 1.34m, 0.177Hz로 약 0.175Hz와 근사함을 확인하였다. 결론적으로 수중음향 통신채널의 다중경로를 통해 수신된 신호는 경로차이에 의한 지연확산이 채널의 일관성 대역폭에 영향을 주며 주파수 선택성을 증가시켜 전송성능을 제한시킴을 알 수 있었다. 아울러 해면의 시간적 변동에 의해 일관성 및 일관성 대역폭은 시간에 따라 변화하고 변동특성은 해면파의 스펙트럼 특성과 일치한다.

Underwater Acoustic(UWA) channel differ substantially from those in other media, such as radio channels, due to severe signal degradations caused by multipath propagation, Doppler spread and high temporal and spatial variability of channel conditions. So the available bandwidth in an UWA communication channel is severely limited. Within this limited bandwidth, the signal is subject to multipath propagation through a channel whose characteristics vary with time and highly depends on the location of transmitter and receiver. Therefore, in a underwater acoustic communication system, multipath propagation causes intersymbol interference (ISI), and an important figure of merit is multipath spread in terms of symbol intervals. In addition, temporal coherence of acoustic signals in the ocean has an effect on the performance of underwater communication systems. This paper presents the effect of multipath variation on underwater acoustic communication. The analysis is based on coherence bandwidth variation due to multipath time spread. It is found that the ISI is a function of multipath spread and the temporal coherence variation of transmitting signal is consistent with the dominant frequency of surface wave.