공기중 음향통신에 있어서 임펄스 응답이 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

일반적으로 공기중에서는 전자파를 이용한 정보 통신이 주로 사용되고, 수중에서는 음파를 이용한 음향 통신이 주로 사용되고 있다. 수중에서는 음파가 전자파나 광파보다 손실이 적고 장거리를 전파할 수 있기 때문에 음향 통신이 큰 장점을 가지고 있는 반면, 음향 통신은 공기 중에서는 거의 사용되지 않는데, 공기중에서의 소리는 전파 거리에 있어서 전자기파와 비교가 되지 않고, 감쇠와 느린 전파 속도의 문제가 단점으로 존재하기 때문이다[1]. 음향 신호가 주로 사용되는 분야는 이동체의 위치 추적이나 식별[2-3] 등의 분야이며, 정보 통신에는 거의 사용되고 있지 않다. 그러나 본 논문에서 다루고자 하는 거리가 매우 가까운 단거리 통신에서는 음향 신호를 이용하는 것도 효과적일 수 있다. 특히 전파를 이용한 통신에서 문제가 되는 다중 경로 페이딩 효과는 차치하더라도 반사된 음파에 의한 마이크로폰과 스피커 사이의 임펄스 응답의 영향, 주변 잡음의 영향이 크게 나타나므로 그 효과를 최소화 할 수 있는 방안도 강구되어야 한다[4]. 본 연구에서는 802.11g 무선 환경에서 변조 방식으로 널리 사용되고 있는 DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying)[11-12]를 이용한 공기중 단거리 음향 통신 시스템의 성능에 대해 평가해 보았다. 실험 공간으로는 무향실과 일반 실험실을 사용하였고, 각각의 실험 공간에서 측정한 임펄스 응답을 바탕으로 공기중에서의 DBPSK 시스템의 성능을 평가하였다. 또한, 임펄스 응답의 영향으로 통신에 에러가 발생하여 이퀄라이저[5-6]를 적용한 Adaptive-DBPSK를 이용한 공기 중 단거리 음향 통신 시스템의 성능도 평가하였다. 각 심볼 주기의 길이 및 이퀄라이저의 길이에 따른 성능에 대해서도 평가하였다.

Acoustic communication underwater has often been studied. Since acoustic waves propagate for a longer distance than electromagnetic waves and light waves in water, acoustic communication has a great advantage in such environments. In contrast, acoustic communication is not often used in air, because airborne sound is not very effective compared with electromagnetic waves, particularly for longdistance communication. The disadvantages include the problems of attenuation and slow propagation velocity. However, it may be effective for short-range communication such as that using beacons. Although acoustic beacons are used widely at present, the general purpose of using acoustic waves is only the localization of vehicles, and they are rarely used for data communication Digital communication in air was experimentally examined for short-range communication using acoustic signals with a microphone and a speaker. The experiments using the both DBPSK system and ADBPSK system were carried out in a normal room and in an anechoic room. In the DBPSK system, the length of symbol time was controlled to minimize the influences of the impulse response. Consequently the longer the length of symbol time was, the less the errors were in DBPSK. On the other hand, the errors in ADBPSK system were less than ones in DBPSK system even in the shorter length of symbol time.