KR102033831B1 - Method for predicting passive time-reversal underwater communication performance using Eq technique - Google Patents
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Abstract
수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법이 개시된다. 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법은 수중에 일렬 배열된 수신기들에 수신되는 신호로부터 수중음향 통신 성능을 예측하며, 상기 수신기들에 선형 주파수 변조(LFM) 신호가 수신되는 단계; 상기 수신된 LFM 신호에 송신 LFM 신호를 정합 필터링(matched filtering)하여 수중 채널 임펄스 응답(channel impulse response)을 예측하는 단계; 예측된 상기 수중 채널 임펄스 응답과 시역전된 수중 채널 임펄스 응답의 컨볼루션(convolution) 합을 통해 q-함수[q-function, q(t)]를 도출하는 수동 시역전 기법을 적용하는 단계; 상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 산출하고, 산출된 시역전 다중경로 에너지 값이 가장 큰 시점을 동기화 시점(S1)으로 선정하고, 상기 동기화 시점(S1)으로부터 기 설정된 시간(△t)이 경과한 구간(S1~S1+△t)을 설정하는 단계; 상기 구간(S1~S1+△t)에서의 상기 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 누적하고, 상기 구간(S1~ S1+△t) 내에서 한 심볼 시간(Ts)에서의 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 Eq로부터 수동 시역전 수중통신 성능을 평가하는 단계를 포함한다.Disclosed is a method of predicting passive reverse underwater communication performance. The passive reverse area underwater communication performance prediction method includes predicting hydroacoustic communication performance from signals received by receivers arranged in a line, and receiving a linear frequency modulated (LFM) signal at the receivers; Predicting an underwater channel impulse response by matched filtering the transmitted LFM signal to the received LFM signal; Applying a manual reversal technique to derive a q-function [q-function, q (t)] through a convolution sum of the predicted underwater channel impulse response and the reversed underwater channel impulse response; The time-reversing multipath energy is calculated according to time through the energy of the q-function, and the time point at which the calculated value of the reversing multipath energy is largest is selected as the synchronization time point S1, Setting a period S1 to S1 + DELTA t after the set time DELTA t; Accumulate the time-reverse multipath energy in the intervals S1 to S1 + Δt over time, and calculate the time-reverse multipath energy in the symbol time Ts within the intervals S1 to S1 + Δt. Calculating Eq; And evaluating the manual start-up underwater communication performance from the calculated E q .
Description
본 발명은 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 시역전 다중경로 누적 에너지 Eq값의 산출을 이용하여 수중 음향통신의 성능을 예측하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting passive telecommunication underwater communication performance. More particularly, the present invention relates to a method for predicting the performance of underwater acoustic communication using the calculation of the T-path cumulative energy Eq value.
육상통신과 달리 수중 음향통신은 해양의 경계면에 의한 다중경로(multipath) 영향으로 심볼 간 간섭(Inter-Symbol Interference)이 강하게 작용한다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 배열 수신기를 이용한 시역전 수중 음향통신 기법이 연구되었으며, 이 기법은 다중경로에 의해 변형된 통신 신호를 다중경로를 이용한 자기등화(self-equalizer) 특성으로 심볼 간 간섭을 보상하게 된다.Unlike land communication, underwater acoustic communication has strong inter-symbol interference due to the multipath effect caused by the boundary of the ocean. As a method to overcome this problem, an inverted acoustic acoustic communication technique using an array receiver has been studied, and this technique has a multi-path self-equalizer for multi-path transformed communication signals. Will compensate.
다중경로를 통해 수신된 신호 에너지의 한 심볼 내 누적에너지와 통신 신호의 비트 에러율(Bit Error Rate, BER)의 상관관계를 확인함으로써, 한 심볼 내 수신된 누적 채널 에너지(E1)의 통신 성능 상관성(BER)을 검증할 수 있다.Correlation performance of cumulative channel energy (E 1 ) received in one symbol by checking the correlation between the cumulative energy in one symbol of signal energy received through multipath and the bit error rate (BER) of the communication signal. (BER) can be verified.
이러한 방법은 다중경로 중 최초 수신된 채널 에너지의 크기가 가장 큰 경우 기존 기술의 상관성이 잘 맞으나, 수직 음속구조나 해수면 및 해저면 산란에 의해 최초 수신된 채널 에너지의 크기가 나머지 채널의 에너지보다 작은 경우 기대했던 결과가 도출되지 않을 수 있다.This method is well correlated with the existing technology when the magnitude of the first received channel energy is the largest among the multipaths, but the magnitude of the initially received channel energy is smaller than that of the rest of the channel by the vertical sound velocity structure or sea level and sea floor scattering. The expected results may not be achieved.
본 발명은 시역전 다중경로 누적 에너지 Eq값으로부터 수중통신 성능을 명확하게 예측할 수 있는 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법을 제공한다.The present invention provides a method for predicting the passive reverse underwater communication performance capable of clearly predicting the underwater communication performance from the multi-path cumulative energy Eq value.
본 발명에 따른 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법은 수중에 일렬 배열된 수신기들에 수신되는 신호로부터 수중음향 통신 성능을 예측하며, 상기 수신기들에 선형 주파수 변조(LFM) 신호가 수신되는 단계; 상기 수신된 LFM 신호에 송신 LFM 신호를 정합 필터링(matched filtering)하여 수중 채널 임펄스 응답(channel impulse response)을 예측하는 단계; 예측된 상기 수중 채널 임펄스 응답과 시역전된 수중 채널 임펄스 응답의 컨볼루션(convolution) 합을 통해 q-함수[q-function, q(t)]를 도출하는 수동 시역전 기법을 적용하는 단계; 상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 산출하고, 산출된 시역전 다중경로 에너지 값이 가장 큰 시점을 동기화 시점(S1)으로 선정하고, 상기 동기화 시점(S1)으로부터 기 설정된 시간(△t)이 경과한 구간(S1~S1+△t)을 설정하는 단계; 상기 구간(S1~S1+△t)에서의 상기 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 누적하고, 상기 구간(S1~ S1+△t) 내에서 한 심볼 시간(Ts)에서의 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 Eq로부터 수동 시역전 수중통신 성능을 평가하는 단계를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for predicting the performance of a passive reverse area underwater communication performance, comprising: predicting a hydroacoustic communication performance from signals received by receivers arranged in a line and receiving a linear frequency modulated (LFM) signal at the receivers; Predicting an underwater channel impulse response by matched filtering the transmitted LFM signal to the received LFM signal; Applying a manual reversal technique to derive a q-function [q-function, q (t)] through a convolution sum of the predicted underwater channel impulse response and the reversed underwater channel impulse response; The time-reversing multipath energy is calculated according to time through the energy of the q-function, and the time point at which the calculated value of the reversing multipath energy is largest is selected as the synchronization time point S1, Setting a period S1 to S1 + DELTA t after the set time DELTA t; Accumulate the time-reverse multipath energy in the intervals S1 to S1 + Δt over time, and calculate the time-reverse multipath energy in the symbol time Ts within the intervals S1 to S1 + Δt. Calculating Eq; And evaluating the manual start-up underwater communication performance from the calculated E q .
또한, 상기 수신기에 수신되는 상기 LFM 신호는 직경로 신호, 해수면 반사 신호 그리고 해저면 반사 신호를 포함할 수 있다.The LFM signal received by the receiver may include a diameter signal, a sea level reflection signal, and a bottom reflection signal.
또한, 상기 한 심볼 시간에서의 상기 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq는 상기 동기화 시점 이후 구간에서, 하기 수식 1에 의해 산출될 수 있다.In addition, Eq, which is the inverse multipath cumulative energy at the symbol time, may be calculated by
[수식 1] [Equation 1]
여기서, 
또한, 상기 수중통신 성능을 평가하는 단계는 상기 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq 값으로부터 상기 수신기들이 배열되는 개수 및 위치를 결정할 수 있다.In addition, the evaluating the underwater communication performance may determine the number and location of the receivers are arranged from the Eq value, which is the cumulative energy of the forward multipath.
본 발명은 상술한 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 포함한다.The present invention includes a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for performing the above-mentioned manual start-up underwater communication performance prediction method.
본 발명에 따르면, 수동 시역전 기법의 적용으로 수신기에 수신되는 신호들이 시간 집속되고, 동기화 시점 이후 구간에서 한 심볼 시간에서의 시역전 다중경로 누적 에너지 Eq값을 산출하므로, 동기화 시점에서의 시역전 다중경로 에너지 크기가 가장 크게 되며, 이를 통해 통신 성능과의 명확한 상관성을 도출할 수 있다.According to the present invention, the signals received at the receiver are time-focused by applying the manual start-up reversal technique, and the time-reversed multipath cumulative energy Eq value is calculated at a symbol time in the interval after the synchronization time. The multipath energy magnitude is the largest, which leads to a clear correlation with the communication performance.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 수중통신을 위한 송신기와 수신기들을 나타내는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 단계 S50에서 상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 산출한 그래프이다.
도 4는 동기화 시점 이후 구간에서 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따른 나타낸 정규화 그래프이다.
도 5는 도 4의 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 누적한 시역전 다중경로 누적 에너지 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 성능을 평가하기 위한 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method for predicting manual communication of underwater communication performance according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of transmitters and receivers for underwater communication.
3 is a graph of time-reverse multipath energy calculated over time through the energy of the q-function in step S50.
4 is a normalized graph showing a multipath energy before starting in a section after a synchronization time point over time.
FIG. 5 is a graph of a city forward multipath cumulative energy obtained by accumulating the city forward multipath energy of FIG. 4 over time. FIG.
6 is a graph for evaluating the performance of underwater communication according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention can be sufficiently delivered to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned to be on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical contents.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular encompasses the plural unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, steps, configurations It should not be understood to exclude the possibility of the presence or the addition of elements or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 수중통신을 위한 송신기와 수신기들을 나타내는 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for predicting passive telecommunication performance according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an example of transmitters and receivers for underwater communication.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법은 수중에 위치하는 송신기(100)로부터 발신된 신호를 수신기(200)들에서 수신하고, 수신된 신호로부터 수중음향 통신 성능을 평가 및 예측한다.1 and 2, the passive reverse area underwater communication performance prediction method receives signals transmitted from a
송신기(100)에서는 선형 주파수 변조(Linear Frequency modulation, LFM) 신호와 통신 신호(Communication signal)가 발신될 수 있다. 송신기(100)에서 발신된 신호는 해수면 또는 해저면에 반사되지 않고 수중 경로만을 통해 도달하는 직경로 패스(direct path), 해수면에 반사되어 도달되는 해수면 반사 패스(surface reflect path), 그리고 해저면에 반사되어 도달되는 해저면 반사 패스(bottom bounce path)를 포함하는 다중 경로를 거쳐 수신기(200)에 수신된다.In the
본 발명에 따른 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법은, 수신기들에 선형 주파수 변조(LFM) 신호가 상술한 다중 경로를 통해 수신되는 단계(S10), 상기 수신된 LFM 신호에 송신 LFM 신호를 정합 필터링(matched filtering)하여 수중 채널 임펄스 응답(channel impulse response)을 예측하는 단계(S20), 예측된 상기 수중 채널 임펄스 응답과 시역전된 수중 채널 임펄스 응답의 컨볼루션(convolution) 합을 통해 q-함수[q-function, q(t)]를 도출하는 수동 시역전 기법을 적용하는 단계(S30), 상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 산출하고, 산출된 시역전 다중경로 에너지 값이 가장 큰 시점을 동기화 시점(S1)으로 선정하고, 상기 동기화 시점(S1)으로부터 기 설정된 시간(△t)이 경과한 구간(S1~S1+△t)을 설정하는 단계(S40), 상기 구간(S1~S1+△t)에서의 상기 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 누적하고, 상기 구간(S1~ S1+△t) 내에서 한 심볼 시간(Ts)에서의 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq를 산출하는 단계(S50), 그리고 상기 산출된 Eq로부터 수동 시역전 수중통신 성능을 평가하는 단계(S60)을 포함한다.In the passive reverse area underwater communication performance prediction method according to the present invention, a linear frequency modulated (LFM) signal is received at the receivers through the above-described multipath (S10), and matching filtering of the received LFM signal to the received LFM signal. predicting an underwater channel impulse response (matched filtering) (S20), and performing a q-function through a convolution sum of the predicted underwater channel impulse response and an inverted underwater channel impulse response. q-function, q (t)] to apply a manual reversing technique (S30), through the energy of the q-function to calculate the multi-reverse turn energy over time, the calculated reversal multi-path Selecting a point of time at which the energy value is the largest as a synchronization point S1 and setting a period S1 to S1 + Δt after a predetermined time Δt has elapsed from the synchronization point S1 (S40). The viewing area in the section S1-S1 + Δt Stacked along the multipath energy over time, and the period (S1 ~ S1 + △ t) step (S50) for calculating a viewing area around the multipath cumulative energy of Eq in one symbol time (Ts) within, and the calculated E A step S60 of evaluating passive reverse hand communication performance from q is included.
도 3은 단계 S50에서 상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 산출한 그래프이다.3 is a graph of time-reverse multipath energy calculated over time through the energy of the q-function in step S50.
도 3을 참조하면, 시역전 다중경로 에너지는 시간 경과에 따라 서로 다른 시점에서 복수 개의 피크 값(P1, P2, P3,…Pn)을 나타내는데, 이러한 피크 값(P1, P2, P3,…Pn)들은 상술한 다중 경로에 따른 LFM 신호의 수신 시간 및 세기 차이로 인해 나타난다.Referring to FIG. 3, the inverse multipath energy represents a plurality of peak values P1, P2, P3,... Pn at different points in time, and these peak values P1, P2, P3,... Are shown due to the difference in reception time and strength of the LFM signal according to the multipath described above.
송신기(100)에서 신호 s(t)가 전파될 때, 수신기 배열의 i번째 수신기(200)는 
[수식 1][Equation 1]
여기서, y(t)는 수동 시역전 기법을 통해 집속된 신호이고, M은 일렬 배열되는 수신기(200)의 수이며, q(t)는 수중 채널 임펄스 응답과 시역전된 수중 채널 임펄스 응답의 컨볼루션(convolution) 합이다. 이하 q(t)를 q-함수(q-function)로 칭한다.Here, y (t) is a signal focused through the manual reversal technique, M is the number of
상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 도 4와 같이 시간에 따라 산출할 수 있다. 그리고 산출된 시역전 다중경로 에너지 중 값이 가장 큰 시점을 동기화 시점(S1)으로 선정하고 동기화 시점(S1)으로부터 오른쪽 영역, 즉 기 설정된 시간(△t)이 경과한 구간을 설정한다. 여기서 기 설정된 시간(△t)이란, 시역전 다중경로 에너지의 피크 값이 나타나지 않은 영역까지를 의미한다.The inverse multipath energy can be calculated over time as shown in FIG. 4 through the energy of the q-function. And sets the calculated the viewing area around the multipath selection of the largest point, the value of the energy to the synchronization point (S 1) and the right area from the synchronization point (S 1), that is group range by two hours (△ t) has passed is set. Herein, the predetermined time Δt refers to an area where the peak value of the inversion multipath energy does not appear.
도 4는 동기화 시점 이후 구간에서 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따른 나타낸 정규화 그래프이고, 도 5는 도 4의 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 누적한 시역전 다중경로 누적 에너지 그래프이다.FIG. 4 is a normalized graph showing the multi-path energy of the reverse path in time after the synchronization time point, and FIG. 5 is a multi-path cumulative energy graph of the reverse path multipath energy accumulated in FIG. 4 over time.
도 4 및 도 5를 참조하면, 시역전 다중경로 누적 에너지는 동기화 시점 이후 구간에서 아래 수식 2에 의해 정규화할 수 있다.4 and 5, the inverse multipath cumulative energy may be normalized by
[수식 2][Formula 2]
여기서, Eq(t)는 동기화 시점 이후 전체 시간에 대한 시간 t까지의 시역전 다중경로 누적 에너지의 정규화 값이고, t는 동기화 시점 이후의 시간이고, qr(τ)은 상기 q-함수의 동기화 시점 이후의 값이다.Here, E q (t) is the normalized value of the viewing area around the multi-path energy accumulated by the time t to the total time after the synchronization time point, t is the time after the synchronization time, q r (τ) is a function of the q- The value after the synchronization point.
시역전 다중경로 누적 에너지 값이 산출되면, 상기 시간 구간(T1~△t)에서 한 심볼 시간(Ts)을 선정한다. 한 심볼 시간(Ts)은 시역전 다중경로 누적 에너지 로부터 수중통신 성능을 평가할 수 있는 기준 시간으로, 사용자에 의해 설정된다.When the multi-path cumulative energy value is calculated, one symbol time T s is selected in the time intervals T 1 to Δt. One symbol time T s is a reference time for evaluating the performance of the underwater communication from the inverse multipath cumulative energy and is set by the user.
동기화 시점 이후 구간에서 한 심볼 시간(Ts)에서의 시역전 다중경로 누적 에너지 값은 아래 수식 3에 의해 산출한다.The inverse multipath cumulative energy value at one symbol time T s in the interval after the synchronization time point is calculated by
[수식 3][Equation 3]
Eq는 한 심볼 시간(Ts)에서의 시역전 다중경로 누적 에너지의 정규화 값이고, Ts는 한 심볼 시간, qr(τ)는 상기 q-함수의 동기화 시점 이후의 값이다.E q is a normalization value of the inverse multipath cumulative energy at one symbol time T s , Ts is one symbol time, and q r (τ) is a value after the synchronization time of the q-function.
Eq 값이 산출되면, Eq 값으로부터 수신기(200)들의 배열 및 거리에 따른 수중통신 성능을 평가한다.E q Once the value is calculated, E q Evaluate the underwater communication performance according to the arrangement and distance of the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수중통신 성능을 평가하기 위한 그래프이다. 그래프 (A)는 가로축이 Eq 값을 나타내고, 세로축이 비트 오류율(Bit Error rate)를 나타낸다. Eq 값이 클수록, 그리고 비트 오류율이 낮을수록 수중 음향통신 성능이 우수함을 의미한다. 그래프 (B)는 가로축이 Eq 값을 나타내고, 세로축이 신호대잡음비(Signal to noise ratio, SNR)를 나타낸다. Eq 값이 클수록, 출력되는 신호대잡음비의 데시벨이 높을수록 수중 음향통신 성능이 우수함을 의미한다.6 is a graph for evaluating the performance of underwater communication according to an embodiment of the present invention. Graph (A) has horizontal axis E q Value, and the vertical axis represents the bit error rate. E q The larger the value and the lower the bit error rate, the better the underwater acoustic communication performance. Graph (B) has horizontal axis E q The vertical axis represents the Signal to Noise Ratio (SNR). E q The larger the value, the higher the decibel of the output signal-to-noise ratio, the better the underwater acoustic communication performance.
그래프 상에서 표시된 원형, 사각형, 그리고 마름모 표식은 수신기(200)들이 제공된 수심 및 수신기들의 배열 개수에 따른 수중 음향통신 성능을 나타낸다. 각 표식에서 Range는 수신기(200)들이 제공되는 최대 수심을 나타내고, M은 해당 Range 내에 배열되는 수신기(200)의 개수를 나타낸다.The circular, square, and rhombus markings shown on the graph indicate the underwater acoustic communication performance according to the depth at which the
그래프 상에서 제1영역(A1)은 수신기들의 배열 및 간격이 음향통신 성능이 우수한 상태를 의미한다. 구체적으로, 음향통신을 측정한 해양에서는 수신기들을 (Range=100, M=4), (Range=500, M=4) (Range=1000, M=4), (Range=1000, M=3) 중 어느 하나로 배열할 경우 우수한 음향통신 성능을 얻을 수 있음을 예측할 수 있다. 그 외 다른 표식에서는 음향통신 성능이 우수하지 못하여, 수신기(200)들의 배열 및 간격에 대한 조정이 필요함을 예측할 수 있다.The first region A1 on the graph means a state in which the arrangement and spacing of the receivers are excellent in acoustic communication performance. Specifically, in the ocean where acoustic communication is measured, receivers (Range = 100, M = 4), (Range = 500, M = 4) (Range = 1000, M = 4), (Range = 1000, M = 3) It can be predicted that excellent acoustic communication performance can be obtained by arranging any one of them. In other marks, it is possible to predict that the acoustic communication performance is not good, and thus adjustment of the arrangement and spacing of the
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
100: 송신기
200: 수신기100: transmitter
200: receiver
Claims (5)
상기 수신기들에 선형 주파수 변조(LFM) 신호가 수신되는 단계;
상기 수신된 LFM 신호에 송신 LFM 신호를 정합 필터링(matched filtering)하여 수중 채널 임펄스 응답(channel impulse response)을 예측하는 단계;
예측된 상기 수중 채널 임펄스 응답과 시역전된 수중 채널 임펄스 응답의 컨볼루션(convolution) 합을 통해 q-함수[q-function, q(t)]를 도출하는 수동 시역전 기법을 적용하는 단계;
상기 q-함수의 에너지를 통해 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 산출하고, 산출된 시역전 다중경로 에너지 값이 가장 큰 시점을 동기화 시점(S1)으로 선정하고, 상기 동기화 시점(S1)으로부터 기 설정된 시간(△t)이 경과한 구간(S1~S1+△t)을 설정하는 단계;
상기 구간(S1~S1+△t)에서의 상기 시역전 다중경로 에너지를 시간에 따라 누적하고, 상기 구간(S1~ S1+△t) 내에서 한 심볼 시간(Ts)에서의 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 Eq로부터 수동 시역전 수중통신 성능을 평가하는 단계를 포함하는 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법.
A method for predicting hydroacoustic communication performance from signals received at receivers arranged in water,
Receiving a linear frequency modulated (LFM) signal at the receivers;
Predicting an underwater channel impulse response by matched filtering the transmitted LFM signal to the received LFM signal;
Applying a manual reversal technique to derive a q-function [q-function, q (t)] through a convolution sum of the predicted underwater channel impulse response and the reversed underwater channel impulse response;
The time-reversing multipath energy is calculated according to time through the energy of the q-function, and the time point at which the calculated value of the reversing multipath energy is largest is selected as the synchronization time point S1, and the pre-starting multipath energy is selected from the synchronization time point S1. Setting a period S1 to S1 + DELTA t after the set time DELTA t;
Accumulate the time-reverse multipath energy in the sections S1 to S1 + Δt according to time, and calculate the time-reverse multipath energy in the symbol time Ts within the intervals S1 to S1 + Δt. Calculating Eq; And
Passive forward-looking underwater communication performance prediction method comprising the step of evaluating the manual forward-looking underwater communication performance from the calculated E q .
상기 수신기에 수신되는 상기 LFM 신호는 직경로 신호, 해수면 반사 신호 그리고 해저면 반사 신호를 포함하는 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법.
The method of claim 1,
The LFM signal received by the receiver is a passive reverse reversal underwater communication performance prediction method comprising a diameter signal, a sea level reflection signal and a bottom surface reflection signal.
상기 한 심볼 시간에서의 상기 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq는 상기 동기화 시점(S1) 이후 구간에서, 하기 수식 1에 의해 산출되는 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법.
[수식 1]
여기서,
The method of claim 1,
EQ, the cumulative multipath cumulative energy at the symbol time, is calculated by Equation 1 below in the interval after the synchronization time point (S1).
[Equation 1]
here,
상기 수중통신 성능을 평가하는 단계는 상기 시역전 다중경로 누적 에너지인 Eq 값으로부터 상기 수신기들이 배열되는 개수 및 위치를 결정하는 수동 시역전 수중통신 성능 예측 방법.
The method of claim 1,
The evaluating the underwater communication performance of the manual reverse area underwater communication performance prediction method to determine the number and location of the receivers are arranged from the value Eq value of the field-reverse multipath cumulative energy.
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