서해 실해역에서 CSS 기반 저전력 수중 통신 시스템의 성능 분석에 대한 연구 (Performance Analysis of CSS Based Low-Power Underwater Communication Systems in Western Sea of Korea)

서지정보

· 발행기관 : 한국통신학회
· 수록지 정보 : 한국통신학회논문지 / 45권 / 2호 / 344 ~ 354페이지
· 저자명 : 이태석, 김준호, 고학림, 조용호

초록

해양 자원 확보를 위한 개발 탐사, 수중 환경 관측, 재해 감시, 해양 방위 등의 중요성이 높아지면서 수중 통신기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 수중 통신의 전송 방식으로는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Mutiplexing), CDMA(Code Division Multiple Access), 그리고 chirp 신호 등이 많이 활용되고 있다. Chirp 신호는 주파수가 시간에 따라 연속적으로 변화하는 신호이며, LFM(Linear Frequency Modulation), HFM(Hyperbolic Frequency Modulation), Zad-offchu, CSS(Chirp Spread Spectrum) 방식 등으로 활용되고 있다. Chirp 신호를 활용하는 방식 중의 하나인 CSS 방식은 잡음과 도플러 천이에 높은 강건성을 갖기 때문에 육상의 저전력 통신 시스템에서 크게 활용되고 있다. 본 논문에서는 수중 통신을 위한 CSS 방식의 성능을 분석하였다. 특히 잡음에 강건한 특성을 확인하고자 충청남도 태안군 인근 천해역에서 OFDM 방식과 성능 비교 실험을 수행하였다. 실험결과 OFDM 방식대비 CSS 방식이 낮은 비트 오류율과 블록 오류율을 가짐을 확인하였다. 서로 다른 Spreading Factor(SF)와 대역폭을 갖는 CSS 방식에 따른 성능 비교 실험을 수행하였다. 실험 결과 SF 8을 갖는 CSS 방식이잡음과 도플러 천이에 모두 높은 강건성을 보임을 확인하였다. 따라서 실해역 환경에서 CSS 방식을 활용시 SF 8 을 기본으로하고 대역폭을 가변하여 전송률을 조절하는 것이 수중에서 잡음과 도플러 천이에 대해 안정적인 통신을 수행할 수 있음을 확인하였다.

영어초록

As the importance of exploration for underwater resources, observation for underwater environment, disaster monitoring, and marine defense increases, research on underwater communication technology is being conducted actively. OFDM(Orthogonal Frequency Division Mutiplexing), CDMA(Code Division Multiple Access), and chirp signals are widely used as a transmission method for underwater communications. The chirp signal means that the frequency changes continuously over time, and is used in LFM(Linear Frequency Modulation), HFM(Hyperbolic Frequency Modulation), Zad-offchu, and CSS(Chirp Spread Spectrum) methods. The CSS method has high robustness against noise and Doppler shift. Due to this characteristic, the CSS method is widely used in commercialization systems for low power communication on land. In this paper, the performance of the CSS method is analyzed based on the at-sea experiment. In order to assess the robustness against the noise and Doppler shift, comparison of the performance between the CSS and OFDM methods is conducted in the shallow waters near Taean-gun, Chungcheongnam-do. It is analyzed by the results of the experiment that the CSS method shows the improved bit error rate and block error rate compared to the OFDM method. In addition, performance of the CSS methods with different spreading factors(SFs) and bandwidth is analyzed. It is analyzed by the CSS methos with SF of 8 has good robustness against noise and Doppler shift. Therefore, it is feasible to use the CSS method with the SF of 8 and the variable bandwidth for adaptive data rate for reliable underwater communication.

참고자료

· 없음