수면 거칠기에 따른 시변 통신채널의 통계적 특성 분석 연구

Abstract

해수면에 입사된 음파는 해수면 거칠기에 의해 산란이 발생하여 통신신호에 주파수 확산과 통신채널에 시변동성을 야기하여 통신성능을 악화시킨다. 수면 거칠기에 따른 수면경로의 도플러 확산과 상관시간의 차이를 비교하기 위하여 한양대학교 해양음향공학연구실이 보유한 5×5×5 m3 수조에서 실험을 수행하였다. 수조에서 인위적인 거칠기를 생성하고 시간에 따라 수면 거칠기가 감소하는 환경에서 중심주파수 128 kHz와 3가지 대역폭(8, 16, 32 kHz)의 통신신호를 이용하여 실험을 수행하였다. 수면 거칠기는 용량식 파고계를 사용하여 측정하였고, 레일리 파라미터로 변환하여 거칠기에 대한 파라미터로서 사용되었다. 수면경로의 시변 채널 특성은 RMS 도플러 확산과 상관시간을 채널 파라미터로써 사용하여 통계적 분석을 수행하였다. 통신신호의 반송 주파수와 대역폭의 비율을 고려한 가중치 를 사용하여 보정한 Weighted RMS 도플러 확산()를 채널의 시변동성에 의해 발생하는 도플러 확산으로 제안하였다. 수면 거칠기에 따른 RMS 도플러 확산은 양의 상관관계를 가졌으며 통신 대역폭에 따라 도플러 확산의 영향이 증가하는 것을 확인하였다. 수면 거칠기에 따른 상관시간은 음의 상관관계를 보였다. 본 논문에서는 수조에서 측정된 레일리 파라미터에 따른 수면경로의 상관시간과 직접경로와 수면경로의 에너지 비율을 이용하여 전체 채널의 상관시간을 모의하고 측정값과 비교하였다. 해수면 거칠기에 따른 해 수면경로의 시변특성을 이용하여 통해 임의의 해양환경에서 효율적인 통신신호 설계를 위한 방법을 제안한다.