수중음향통신을 위한 신뢰성을 갖는 대역 확산 기법에 관한 연구

Abstract

수중음향통신은 해양 환경 모니터링, 과학 연구 및 군사 목적을 위한 데이터 수집에 중요한 도구로써 지금까지 수중에서의 장거리 통신에 사용된 유일한 기술이다. 수중 무선 전송은 다중 경로 전파, 주파수 선택적 페이딩, 낮은 전파 속도 및 제한된 대역폭 등으로 인하여 지상 무선 전송보다 복잡하고 어렵다. 또한 도플러 천이 및 확산은 음향 신호의 낮은 전송 속도의 결과로 발생할 수 있으며, 이는 해류 또는 트랜시버의 움직임으로 인해 발생할 수 있다. 직접수열 대역 확산 (Direct Sequence Spread Spectrum : DSSS) 방식은 배경 잡음에 신호를 숨기고 도청을 억제하며, 다중경로 전달 문제를 해결할 수 있지만 대역 확산 과정 때문에 전송 속도가 감소하고 패킷 길이가 증가하게 된다. 수중 음향 채널과 같이 시변동성이 크고 짧은 코히어런스 시간을 갖는 특성에 의해 패킷의 길이가 길어지면 채널에 의한 영향을 많이 받게 된다. 이에 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 순환하는 다중 코드를 중첩하는 MCSS(M-ary Cyclic Shift Spectrum)방법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 다중 코드 중첩에 의한 SNR (signal-to-noise ratio) 감소로 인해 발생하는 문제를 줄이고 전송율을 향상시키기 위하여 확산 과정에 순환 이동된 다중 PN 시퀀스를 적용하였다. 아울러 수중 채널의 높은 시변동성에 대응하기 위해 각 심볼마다 도플러 주파수를 추정하고 전송 성능을 높이는 방법을 제시한다. 제안한 방법의 성능은 모의실험 및 해상 실험을 통해 분석되었으며, 기존의 방법과 제안한 방법의 BER (Bit Error Ratio)을 비교하여 검증하였다.