천해역 취득 데이터를 이용한 수중음향통신 수신기 성능분석 = Performance Analysis of Receiver for Underwater Acoustic Communications Using Acquisition Data in Shallow Water

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 25 kHz의 반송파와 5 kHz의 심볼율을 갖는 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 통신시스템에서 수신된 신호를 100 kHz로 샘플링하여 전송데이터를 복원하는 수중통신용 수신기의 구조에 대하여 논한다. 또한, 천해역에서 제작한 센서를 이용하여 취득한 데이터를 2:1의 비율로 간축한 후 설계한 수신기의 입력으로 하여, 결합채널등화기 출력신호의 BER (Bit Error Rate) 을 최소화하는 결합채널등화기의 FF (Feed-Forward) 및 FB (Feed-Back) 필터 탭 수 및 RLS (Recursive Least-Square) 알고리듬의 망각인자 등의 설계 파라미터를 도출하였다. 취득 신호의 전송거리는 각각 1.4 km, 2.9 km, 4.7 km이다. 분석결과 BER을 최소화하기 위한 결합채널등화기의 FF 와 FB 탭 수는 전송거리에 따라 상이하나 망각인자는 0.997에서 최적 또는 최적에 가까운 성능을 보이는 것을 확인하였다. 그러므로, 수중음향통신 수신기 설계시 망각인자, ${\lambda}$,는 0.997로 고정하고, 전송거리에 따라 최적의 성능을 갖는 결합채널등화기의 FF 필터 탭 수와 FB 필터 탭수를 가변적으로 변경할 수 있는 구조를 갖는 수신기를 설계하는 것이 바람직하다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한, 수신기 성능 분석을 통하여 본 논문에서 고려하는 시스템에서는 16탭 길이를 갖는 간단한 형태의 필터를 161탭 길이를 갖는 정합필터 대신에 수신기의 저역통과필터로 사용하더라도 성능의 열화가 적음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper describes an acoustic communication receiver structure, which is designed for QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) signal with 25 kHz carrier frequency and 5 kHz symbol rate, and takes samples from received signal at 100 kHz sampling rate. Based on the described receiver structure, optimum design parameters, such as number of taps of FF (Feed-Forward) and FB (Feed-Back) filters and forgetting factor of RLS (Recursive Least-Square) algorithm, of joint equalizer are determined to minimize the BER (Bit Error Rate) performance of the joint equalizer output symbols when the acquisition data in shallow water using implemented acoustic transducers is decimated at a rate of 2:1 and then enforced to the input of receiver. The transmission distances are 1.4 km, 2.9 km, and 4.7 km. Analysis results show that the optimum number of taps of FF and FB filters are different according to the distance between source and destination, but the optimum or near optimum value of forgetting factor is 0.997. Therefore, we can reach a conclusion that the proper receiver structure could change the number of taps of FF and FB filters with the fixed forgetting factor 0.997 according to the transmission distance. Another analysis result is that there are an acceptable performance degradation when the 16-tap-length simple filter is used as a low-pass filter of receiver instead of 161-tap-length matched filter.

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