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명은 신
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1 논문 한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 수중채널분석과 Coded OFDM 을통한전송방법연구 준회원전형원 *, 이수제 *, 정회원이흥노 * Underwater Channel Analysis and Transmission Method Research via Coded OFDM Hyeong-Won Jeon*, Su-Je Lee* Associate Members, Heung-No Lee* Regular Member 요 약 수중채널은매질에의한신호감쇄로인해전송대역이제한되며, 수온, 염도, 기하학적구조등다양한요소의영향을받기때문에복잡하며신뢰성을유지하기어려운통신환경중의하나이다. 본논문에서는수중채널에대한분석을토대로보다실질적인모의수중채널을모델링하였다. 또한 ISI, 주파수선택적페이딩, 시간선택적페이딩을동시에고려한 Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) 시스템을디자인하였으며앞서언급한실질적인모의수중채널에대한시뮬레이션을통하여디자인된시스템이다양한상태의채널에서도성능변화의폭이작고견실하게작동할수있음을보였다. 제안하는 Coded OFDM 시스템은 Low Density Parity Check (LDPC) 코드를사용했으며, Un-coded OFDM 시스템에비해 10-3 BER기점을기준으로 7 db의이득이발생하였다. 뿐만아니라채널의변화에따른 SNR 차가 8 db에서 3 db로줄었다. Key Words : Underwater Channel, Delay Spread, Doppler Spread, OFDM System, LDPC Code ABSTRACT The underwater channel is known to offer poor communications channel. The channel medium is highly absorptive and the transmission bandwidth is limited. In addition, the channel is highly frequency selective; the degree of selectiveness depends on a detailed geometry of the channel. Furthermore, the response changes over time as the channel conditions affecting the response such as water temperature, sea surface wind and salinity are time-varying. The transceiver design to deal with the frequency and time selective channel, therefore, becomes very challenging. It has been known that deep fading at certain specific sub-carriers are detrimental to OFDM systems. To mitigate this negative effect, the proposed coded OFDM system employs an LDPC code based modulation. In this paper, we aim 1) to provide a detailed underwater channel model; 2) to design a robust LDPC coded OFDM system; 3) to test the proposed system under a variety of channel conditions enabled by the channel model. Ⅰ. 서론 최근해양자원및해양환경에대한관심이증대되면서수중통신 (Underwater communications) 은기존 군사적목적을위한제한된연구에서벗어나무인자동화탐사정 (Automatic under vehicles) 을통한해저탐사및데이터수집, 수중무선센서네트워크 (Underwater wireless sensor networks) 를이용한해 이논문은 2009 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된해외우수연구기관유치사업연구임 (K E ). 이논문은 2010 년도정부 ( 교육과학기술부 ) 의재원으로한국연구재단의지원을받아수행된연구임 (No ). * 광주과학기술원정보통신공학부 ({hyeongwon, sujerago, heungno}@gist.ac.kr), ( : 교신저자 ) 논문번호 :KICS , 접수일자 :2011 년 1 월 31 일, 최종논문접수일자 :2011 년 4 월 2 일 573

2 한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 양환경오염모니터링, 재해방지, 항해유도등연구범위및활용분야가확대되고있다 [1]. 수중통신은매질특성상음파를사용하며, 주파수의존적감쇄로전송대역이제한된다. 수중채널 (Underwater channel) 은수온, 염도, 기하학적구조등에영향을받기때문에복잡하며신뢰성을유지하기어려운통신환경이다. 수중채널의반사및잔향에의한다중경로 (Multipath) 지연확산 (Delay spread) 은 Inter-Symbol Interference(ISI) 와주파수선택적페이딩 (Frequency selective fading) 을발생시켜통신시스템의성능을저하시킨다. 또한해면풍속및유속의변화는시간선택적페이딩 (Time selective fading) 을유발한다 [2,3]. 채널의시간적인변화가심볼주기에비해상대적으로느린 Slow fading의경우, 주파수선택적페이딩은 OFDM 방식과같은다중채널전송방식으로극복할수있다. 다중채널전송방식은광대역신호를여러개의협대역신호로분해하여전송하기때문에광대역의주파수선택적채널을협대역의주파수비선택적채널로근사화할수있다 [4]. OFDM 방식에서특정부반송파에서의 Deep fading은수신 SNR 감쇄를야기해전체시스템의성능을크게저하시킬수있다. 따라서 OFDM 시스템에서는일반적으로 Convolutional Codes(CC), Reed- Solomon(RS) 코드, Turbo 코드, BCH 코드와같은오류정정부호 (Error Correction code) 가함께사용된다 [4,5]. OFDM 시스템은주파수오프셋에의한 Inter- Channel Interference(ICI) 에민감하므로부반송파간직교성이유지되는범위내에서부반송파대역폭과심볼주기를조절해야한다. 또한다중경로에의한 ISI 를해결하기위하여연속된 OFDM 심볼사이에최대지연확산 (Maximum delay spread) 보다긴보호구간을삽입해야한다. 이때 OFDM 심볼의연속성을유지하기위해유효심볼구간의마지막구간을복사하여유효심볼구간앞에삽입하는데이보호구간을 Cyclic Prefix(CP) 라한다 [6]. 그러나수중에서의송수신기의움직임은도플러확산 (Doppler spread) 을야기하여 OFDM 시스템의부반송파간직교성을쉽게무너뜨린다. 뿐만아니라, 상대적으로느린음파의전파속도 (Propagation velocity) 에의한큰최대지연확산은 ISI 해결을위한긴보호구간을필요로하기때문에전송효율을높이기어렵다. 이러한문제점들은다음과같이이전의논문에서다루어진바가있다. 주파수오프셋에의한직교성파 괴를방지하기위해시간영역에서의채널추정을통한 Orthogonal Matching Pursuit(OMP) 알고리즘 [7] 및 Adaptive phase synchronization [8] 이제안되었고, OFDM 신호검출을위한 Adaptive 알고리즘 [9] 이제안되었다. 또한시스템의성능향상을위하여수중채널에서의 OFDM 시스템에기반을둔 Binary LDPC 코드 [10] 및 Non-binary LDPC 코드 [5] 의사용이연구되었다. 하지만동기화및주파수오프셋보상에근거한시스템디자인은복잡도 (Complexity) 가높아적용에제한성이있을수있다. 게다가수중채널에서의 OFDM 시스템에근거한기존의논문들은시스템을테스트하는데사용된수중채널모델이너무간략화된경우가많았다. 예로들면 1) 수중채널에서는수면, 해저에서의반사특성에의해무수히많은다중경로가존재할수있는데, 테스트시고려된다중경로의수가너무적은경우 2) 송수신기의공간적위치변화에따라채널특성이크게변할수있는데, 이러한특성이고려되지않은경우이다. 이와같은경우, 시시각각으로변화하는수중채널에서의시스템성능을보장하기어렵다. 본논문에서는이러한문제점들을해결하기위해수중채널에대한분석을토대로보다실질적인모의수중채널을모델링하였다. 또한반송파주파수에따른도플러확산과가용대역폭의상충관계를고려하여별도의동기화및보상없이최대해면풍속이 15 m s인열악한환경에서주파수선택적페이딩, ISI, 시간선택적페이딩에동시에대처하는 Coded OFDM 시스템을디자인하였다. 본논문에서제안하는 Coded OFDM 시스템은 LDPC 코드를사용했으며, 앞서언급한실질적인모의수중채널에대한시뮬레이션을통하여디자인된시스템이다양한상태의채널에서도성능변화의폭이작고견실하게작동할수있음을보였다. 본논문은다음과같은순서로구성되어있다. Ⅱ장에서는도플러확산, 다중경로에대해분석과모의수중채널모델링에대해다룬다. Ⅲ장에서는 OFDM 시스템파라미터디자인과 LDPC 코드디자인을통한 Coded OFDM 시스템디자인을다루며, 마지막으로 Ⅳ장에서결론을맺는다. Ⅱ. 수중채널분석및모델링 2.1 도플러확산수중채널에서표면산란 (Surface scattering) 은해면 574

3 논문 / 수중채널분석과 Coded OFDM 을통한전송방법연구 상태에의존적이다. 평평한해면에서대부분의입사파는 π만큼의위상변화 (Phase shift) 를가지며완벽하게반사된다. 하지만해면풍속에의한너울은반사지점의이동을야기하고, 결과적으로에너지분산을초래한다. 이와같은반사지점의이동은가우시안랜덤변수로모델링할수있다. 반송파주파수가 khz인신호의도플러확산 [11] 은다음과같다. (1) 위의식에서 는음속으로염분, 수온, 압력등의영향을받지만일반적으로 1500 m s이며, 는해면풍속을, 는지표각 (grazing angle) 을나타낸다. 그림 1은 를 1로가정했을때의반송파주파수와해면풍속에따른도플러확산으로고주파반송파를사용할수록, 해면풍속에의한도플러확산이기하급수적으로증가함을나타낸다. 즉, 이는높은반송파주파수를사용하면가용대역폭이증가하는장점이존재하지만해면풍속에의한도플러확산이기하급수적으로증가한다는단점또한존재함을의미한다. 따라서수중통신시스템을설계할때반송파주파수선택에따른가용대역폭과도플러확산의상충관계는반드시고려되어야한다. 그림 1. 해면반사에의한도플러확산 2.2 다중경로수중채널에서음파는해면, 해저에서반사되며그림 2와같이다중경로를형성한다. 거리, 을가지는반사경로의전달함수 (Transfer function) 는식 (2) 와같다 [12]. (2) 는거리가 이고반송파주파수가 Hz일때의경로감쇄이며, 는해면에서의반사횟수 와해저에서의반사횟수 에의해결정되는반사계수 (Reflection coefficient) [12] 이다. 식 (2) 의경로감쇄 는다음과같이표현된다. (3) 위식에서 는 Constant scaling factor이며, 는분산계수 (Spreading factor) 로분산형태에따라 1에 그림 2. 수중채널에서의다중경로 서 2 사이의값을가진다. 본논문에서는전방향분산을고려하여 를 1로, 를 2로설정하였다. 는흡수계수 (absorption coefficient) 로다음과같이표현된다. (4) 는 Thorp s empirical formula [13] 에의해식 (5) 와같이정의되며단위는dB / km이다. (5) 앞서언급한식 (2) 의반사계수 는다음과같이나타내어진다. (6) 식 (6) 에서 와 는각각해면과해저에의한 575

(a) D T=7 m, D R=45 m (b) D T=0 m, D R=45 m (8) (c) D T=7 m, D R=50 m (d) D T=0 m, D R=50 m 는각반사경로의전달함수에대한역푸리에변환 (Inverse Fourier Transform) 결과이다. 식 (8) 에서 는직접경로 (Direct path) 와의시간차이다. 2.

4 한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 반사계수로이상적인해면의경우, 는 -1이며 는다음과같이계산된다. (7) 위식에서 와 는일반적인물의밀도와음속으로각각 1000 g/ m3, 1500 m s이며, 와 는해저에서의물의밀도와음속으로각각 1800 g/ m3, 1300 m s이다. 이와같은수중채널에서의반사특성을고려한임펄스응답 (Impulse response) 은다음과같이표현된다. (a) D T=7 m, D R=45 m (b) D T=0 m, D R=45 m (8) (c) D T=7 m, D R=50 m (d) D T=0 m, D R=50 m 는각반사경로의전달함수에대한역푸리에변환 (Inverse Fourier Transform) 결과이다. 식 (8) 에서 는직접경로 (Direct path) 와의시간차이다. 2.3 모의수중채널모델링수중채널모델링은해면, 해저의기하학적구조, 해면풍속에의한파고의변화, 송수신기의공간적위치변화, 수온, 염도등많은요소를고려해야하기때문에매우복잡하다. 따라서이모든요소를반영하기에는많은어려움이있다. 본논문의모의수중채널은해저의평평한 (Flat) 상태와 15m/s의해면풍속을전재로모델링되었다. 그림 3 은본논문의모의수중채널의개요도로수심은 50 m이며송신기와수신기는 1000 m의거리를두고떨어져있음을가정하였다. 그림 3 (a) 는송신기와수신기가각각해저로부터 7 m, 45 m 떨어져위치함을가정한채널이며그림 3 (b) 는송신기가 7 m 하강한경우, 그림 3 (c) 는수신기가 5 m 상승한경우, 그림 3 (d) 는송신기가 7 m 하강, 송신기가 5 m 상승한경우의채널이다. 그림 4는모의수중채널의다중경로로그림 4 (a) 는총반사횟수가홀수인다중경로로 (i) 경로는해면에서첫반사가일어난경우, (ii) 경로는해저에서첫반사가일어난경우의반사경로를나타낸다. 그림 4 (b) 는총반사횟수가짝수인다중경로로 (iii) 경로는해면에서첫반사가일어난경우이며, (iv) 경로는해저에서첫반사가일어난경우의반사경로를나타낸다. 이러한반사경로는무수히많이생성될수있는데, 본논문에서는직접경로와의에너지차가 30 db이내 그림 3. 모의수중채널개요도 (a) 총반사횟수가홀수인다중경로 (b) 총반사횟수가짝수인다중경로그림 4. 모의수중채널의다중경로인반사경로만고려하였다. 그림 5 (a) 는그림 3 (a) 채널에대한임펄스응답으로이를통하여모의수중채널의최대지연확산은약 25 ms이고상관대역폭 (Coherence band- width) 이약 40 Hz임을알수있다. 그림 5 (b), (c), (d) 를통하여송수신기의위치에따라반사경로가제한적으로생성됨을알수있다. 그림 3 (b) 채널의경우수신기가해저에위치하기때문에해저에서첫반사가일어나는반사경로 ( 그림 4의 (ii) 경로, (iv) 경로 ) 는발생할수없으며유사하게그림 3 (c) 채널의경우송신기가해면에위치하기때문에해면에서마지막반사가일어나는반사경로 ( 그림 4의 (i) 경로, (iv) 경로 ) 는발생할수없다. 같은이유로송수신기가각각해저와 576

5 논문 / 수중채널분석과 Coded OFDM 을통한전송방법연구 (a) D T=7 m, D R=45 m (b) D T=0 m, D R=45 m (c) D T=7 m, D R=50 m (d) D T=0 m, D R=50 m 그림 5. 모의수중채널의임펄스응답 표 1은본논문에서제안하는 OFDM 시스템의파라미터값이다. 앞서 2.1장에서언급했듯이, 반송파주파수가증가함에따라해면풍속에의한도플러확산이기하급수적으로증가하기때문에시간선택적페이딩에대처하기위해서는가능한낮은반송파주파수를사용하여야한다. 하지만너무낮은반송파주파수의선택은가용대역폭의감소를유발한다. 본논문에서는 10 khz의전송대역폭사용을염두하에가능한낮은주파수인 7 khz를반송파주파수로설정하였다. 또한모의수중채널시뮬레이션결과를토대로 ISI에대처하기위한 CP 구간을 25 ms로설정하였다. 최대해면풍속이 15 m s임을가정한상황에서이때의최대도플러확산은식 (1) 에의해 Hz이며이에따른채널의상관시간은 210 ms이다. 주파수선택적페이딩과시간선택적페이딩에동시에대처하기위해서는주파수선택적페이딩을극복하기위한조건 ( ) 과시간선택적페이딩을극복하기위한조건 ( ) 을동시에만족하는부반송파수를선택해야한다. 본논문에서는이와같은조건을만족하기위하여부반송파수를 256개로설정하였으며, 따라서 OFDM 심볼주기는유효심볼주기와 CP 구간의합인 50.6 ms이다. 표 1. OFDM 시스템파라미터 해면에위치한그림 3 (d) 채널의경우해저에서첫반사가일어나는반사경로와해면에서마지막반사가일어나는반사경로는발생할수없다. 이와같이송수신기가해면또는해저에위치하는경우, 송수신기의위치변화가미세하더라도송수신기가해면또는해저에위치하게되는경우, 큰채널변화를야기한다. Ⅲ. Coded OFDM 시스템디자인 3.1 OFDM 시스템파라미터디자인앞서언급했듯이, 채널의시간적인변화가심볼주기에비해상대적으로느린 Slow fading의경우, 주파수선택적페이딩은 OFDM 방식으로극복할수있다. 주파수선택적페이딩에대처하기위해서는부반송파대역폭이상관대역폭보다작아야하며, ISI에대처하기위해서는연속된 OFDM 심볼사이에최대지연확산보다긴보호구간을삽입해야한다. 또한시간선택적페이딩에대처하기위해서는 OFDM 심볼주기가채널의상관시간보다충분히작아야한다 [14]. 파라미터전송주파수대역 (Transmission Frequency Band) 전송대역폭 (Transmission Bandwidth : ) 반송파주파수 (Carrier Frequency) 최대도플러확산 (Maximum Doppler Spread : ) 상관시간 (Coherent Time : ) 최대지연확산 (Maximum Delay Spread : ) 상관대역폭 (Coherent Bandwidth : ) 부반송파수 ( ) 부반송파대역폭 ( ) 유효심볼주기 ( ) CP 구간 ( ) OFDM 심볼주기 ( ) 값 2~12 khz 10 khz 7 khz Hz 210 ms 25 ms 40 Hz Hz 25.6 ms 25 ms 50.6 ms 577

한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 본논문에서제안하는 OFDM 시스템은부반송파대역폭 (39.0625 Hz ) 이상관대역폭 (40 Hz ) 보다작기때문에주파수선택적페이딩에대처할수있으며, 최대지연확산만큼의 CP 구간 (25 ms ) 을갖기때문에 ISI에대처할수있다. 게다가, OFDM 심볼주기 (50.

하지만 10-3 BER 지점에서의시뮬레이션결과를비교해보면, 채널의변화에따른 SNR 차가 8 db존재함을알수있다. 그림 6. 수중채널에서의 BER (BPSK vs. BPSK + OFDM system) 3.2 LDPC 코드디자인본논문에서사용된 LDPC 코드는 1962년 R. G.

6 한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 본논문에서제안하는 OFDM 시스템은부반송파대역폭 ( Hz ) 이상관대역폭 (40 Hz ) 보다작기때문에주파수선택적페이딩에대처할수있으며, 최대지연확산만큼의 CP 구간 (25 ms ) 을갖기때문에 ISI에대처할수있다. 게다가, OFDM 심볼주기 (50.6 ms ) 가채널의상관시간 (210 ms) 보다충분히작기때문에시간선택적페이딩에도대처할수있다. 그림 6은 OFDM 방식사용여부에따른수중채널에서의 Binary Phase Shift Keying(BPSK) Bit Error Rate(BER) 시뮬레이션결과로 OFDM 방식을사용함에따라 BER 성능이개선됨을나타낸다. 하지만 10-3 BER 지점에서의시뮬레이션결과를비교해보면, 채널의변화에따른 SNR 차가 8 db존재함을알수있다. 그림 6. 수중채널에서의 BER (BPSK vs. BPSK + OFDM system) 3.2 LDPC 코드디자인본논문에서사용된 LDPC 코드는 1962년 R. G. Gallarger에의해제안되었으며, 그후많은사람들에의해재발견된후가장앞선채널코딩기술로자리매김하고있는오류정정부호중의하나이다. LDPC 코드의패리티검사행렬 (Parity check matrix) 는일종의희소행렬 (Sparse matrix) 로주로 0으로구성되며아주적은수의 1을포함하고있다. 일반적인 Regular LDPC 코드는 (,, ) 로표현되는데, 여기서 은블록길이, 와 는패리티검사행렬에서각행 (Row) 과열 (Column) 이포함하는 1의개수를나타낸다 [15,16]. 본논문에서사용된 LDPC 코드는 Pseudo 랜덤행렬 (Random matrix) 의열순환 (Column permutation) 을통하여다음의과정을통하여생성되었다. (9) (10) Pseudo 랜덤행렬 는식 (9), (10) 와같이 행렬을 번반복하여형성한다. 여기서 행렬은 크기의단위행렬 (Identity matrix) 이다. (11) 패리티검사행렬 는 행렬의열순환을 번반복하여형성한다. 은 check node 의수이다. 패리티검사행렬 의가우스소거 (Gaussian elimination) 를통해 Systematic 패리티검사행렬 를형성하며, 이를이용하여생성행렬 (Generator matrix) 를형성한다. 그림 7은앞서설명한 Pseudo 랜덤행렬의열순환을통한패리티검사행렬생성과정에대한개요도이다. LDPC 코드디자인시 와 를증가시킬수록코드의최소거리 (Minimum distance) 가증가하지만, 패리티검사행렬이밀해짐 (Dense) 에따라 iterative decoder의동작을보장할수없게된다. 따라서본논문에서는이러한상충관계 [17] 를고려하여 와 를각각 4와 8로설정하였다. 또한앞서디자인한 OFDM 시스템과의결합을고려하여블록길이 을부반송파수와같은 256으로설정하였다. 그림 7. 패리티검사행렬생성개요도 578

7 논문 / 수중채널분석과 Coded OFDM 을통한전송방법연구 3.3 Coded OFDM 시스템그림 8은본논문에서제안하는 Regular LDPC 코드를사용한 Coded OFDM 시스템의블록다이어그램 (Block diagram) 이다. 입력데이터시퀀스 (sequence) 은 LDPC 코드의생성행렬 ( ) 과곱해져 를형성한다. 는 BPSK 변조를거친뒤각반송파에맵핑된다. (12) (13) 주파수영역에서의수신된신호는다음과같다. (14) 와 는임펄스응답과샘플링 (Sampling) 된잡음의푸리에변환 (Fourier Transform) 결과이다. 는수신단에서추정한채널의전달함수로, 본논문에서는완벽한채널추정을가정 ( ) 했다. 잡음과채널보상에의한 는다음과같이추정된다. 표 2. LLR message passing 알고리즘 Decoding Algorithm : Message passing 1) Initialize 2) Iteration (1) Bit-to-Check messages (2) Check-to-Bit messages 3) Output 4) Decision: R (15) 추정된신호 는 Iterative decoder의초기 Log Likelihood Ratio(LLR) 설정에이용되며, Iterative decoder는 bit node와 check node 사이의메세지전달 (Message passing) 을통하여 LLR을갱신해나간다. LLR message passing 알고리즘 [17] 은표 2와같다. 1) Initialize에서는추정된신호 를이용하여초기의 LLR 값을설정한다. 2) Iteration은 Bit-to-Check messages 과정과 Check- 그림 8. Coded OFDM 시스템블록다이어그램 to-bit messages 과정으로크게 2가지과정으로나뉜다. 행렬은 bit node로부터 check node 로의연결 (connection) 을나타내며연결선의순번 을행으로, bit node index 를열로갖는다. 즉, 는 번째 bit node에서의 번째연결선과연결되어있는 check node index를나타낸다. 예로들어 1번 bit node는 3 번, 5번 check node와연결되어있고 2번 bit node는 1번, 7번 check node와연결되어있음을가정하면, 행렬의다음과같다. (16) 행렬은 check node로부터 bit node로의연결을나타내며연결선의순번 을행으로, check node index 을열로갖는다. 즉, 은 번째 check node에서의 번째연결선과연결되어있는 bit node index를나타낸다. 매 Iteration 마다표 2의 Bit-to-Check messages 과정과 Check-to-Bit messages 과정을반복한뒤, iteration이종료되면 3) 최종 LLR 값을계산한뒤 579

한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 4) Decision 을통하여 를결정한다. 3.4 시스템성능분석그림 9는본논문에서제안하는 Coded OFDM 시스템의 BER이다. 제안된시스템은 LDPC 코드를사용함에따라수신단의 SNR이일정한계점을넘어서면 Deep fading에의한성능저하를해결할수있음을나타낸다.

8 한국통신학회논문지 '11-05 Vol. 36 No. 5 4) Decision 을통하여 를결정한다. 3.4 시스템성능분석그림 9는본논문에서제안하는 Coded OFDM 시스템의 BER이다. 제안된시스템은 LDPC 코드를사용함에따라수신단의 SNR이일정한계점을넘어서면 Deep fading에의한성능저하를해결할수있음을나타낸다. 특히 10-3 BER 지점에서의 SNR을비교해보면 7 db의이득이발생함을알수있다. 뿐만아니라채널변화에따른 SNR 차가 8 db에서 3 db로줄어들었음을알수있다. 그림 9. 수중채널에서의 BER (with 10 iteration) (BPSK vs. BPSK+OFDM vs. BPSK+OFDM+LDPC) Ⅳ. 결론 본논문에서는수중채널에대한분석을토대로보다실질적인모의수중채널을모델링했으며, 다중경로지연확산에의한 ISI, 주파수선택적페이딩과해면풍속에의한시간선택적페이딩, 도플러확산을동시에고려한 Coded OFDM 시스템을디자인했다. 주파수선택적페이딩과시간선택적페이딩에동시에대처하기위하여반송파주파수에따른도플러확산과가용대역폭의상충관계를고려하였으며, ISI에대처하기위하여모의수중채널시뮬레이션결과에근거한 CP 구간을삽입하였다. 제안된시스템은 LDPC 코드를사용하여부호화 (Encoding) 했으며 Message passing 알고리즘을통하여복호화 (Decoding) 했으며, 보다실질적인모의수중채널에대한시뮬레이션을통하여디자인된시스템이다양한상태의채널에서도성능변화의폭이작고견실하게작동할수있음을보였다. 본논문에서제안하는 Coded OFDM 시스템은 Un-coded OFDM 시스템에비해 10-3 BER 기점을기준으로 7 db의이득이발생했다. 뿐만아니라채널변화에따른 SNR 차가 8 db에서 3 db로줄었다. 참고문헌 [1] I. F. Akyildiz, D. Pompili, and T. Melodia, Underwater acoustic sensor networks: research challenges, Ad Hoc Networks Journal, Elsevier, Vol.3, Issue3, pp , Mar [2] I. F. Akyildiz, D. Pompili, and T. Melodia, Challenges for efficient communication in underwater acoustic sensor networks, ACM SIGBED Rev., vol. 1, no. 2, pp. 3-8, Jul [3] M. Stojanovic and J. Preisig, Underwater acoustic communication channels: Propagation models and statistical characterization, IEEE Communications Magazine, Vol.47, No.1, pp , Jan [4] L. Litwin and M. Pugel, The Principles of OFDM, RF Signal Processing, pp , Jan [5] J. Huang, S. Zhou, and P. Willett, Nonbinary LDPC coding for multicarrier underwater acoustic communication, IEEE JSAC Special Issue on Underwater Wireless Communications and Networks, Vol.26, No.9, pp , Dec [6] O. Edfors, M. Sandell, J. van de Beek, D. Landstrom, and F. Sjoberg, An introduction to orthogonal frequency-division multiplexing, Technical report, Lulea University of Technology, Sep [7] S. Mason, C. Berger, S. Zhou, K. Ball, L. Freitag, and P. Willett, An OFDM design for underwater acoustic channels with Doppler spread, in Proc. of the 13th DSP Workshop, Marco Island, FL, January 4-7, [8] M. Stojanovic, OFDM for underwater acoustic communications: Adaptive synchronization and sparse channel estimation, in Proc. of International Conference on Acoustics, Speech and Signal Proc., Las Vegas, NV, Apr

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9 논문 / 수중채널분석과 Coded OFDM 을통한전송방법연구 [9] M. Stojanovic, Low complexity OFDM detector for underwater channels, in Proc. of MTS/IEEE OCEANS conference, Boston, MA, Sept , [10] Li-yang Bai, Fang Xu, Ru Xu, Shao-yu Zheng, LDPC Application Based on CI/OFDM Underwater Acoustic Communication System, icise, pp , 2009 First International Conference on Information Science and Engineering, [11] M. Stojanovic, Underwater Acoustic Communication, entry in Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, John G. Webster, Ed., John Wiley & Sons, 1999, Vol. 22, pp [12] P. Qarabaqi and M. Stojanovic, Statistical modeling of a Shallow Water Acoustic Communication Channel, in Proc. Underwater Acoustic Measurements Conference, Nafplion, Greece, Jun [13] L. Berkhovskikh and Y. Lysanov, Fundamentals of Ocean Acoustics, Springer, [14] B. Sklar, Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2 nd Ed., Prentice Hall, [15] R. G. Gallager, Low density parity check codes, IRE Trans. Inform. Theory, Vol. IT-8, pp.21-28, Jan [16] S. ten Brink, G. Kramer, and A. Ashikhmin, Design of Low-Density Parity-Check Codes for Modulation and Detection, IEEE Trans. Commun., Vol.52, pp , Apr [17] H. N. Lee, Wireless Communications Class lecture notes, GIST, spring semester, 전형원 (Hyeong-Won Jeon) 준회원 2010년 2월한밭대학교전파공학전공학사 2010년 3월~현재광주과학기술원정보통신공학부석사과정 < 관심분야 > 부호이론, 수중채널통신, 협력통신이수제 (Su-Je Lee) 준회원 2010년 2월성균관대학교전자전기컴퓨터공학과학사 2010년 3월~현재광주과학기술원정보통신공학부석박통합과정 < 관심분야 > 무선통신, 부호이론이흥노 (Heung-No Lee) 정회원 1999년 11월 Ph.D. in Department of Electrical Engineering, University of California, Los Angeles(UCLA) 1999년 3월~2001년 11월 Member of Technical Staff of Hughes Research Lab. in Malibu, California 2002년 1월~2008년 12월 :Assistant Professor in Department of Electrical and Computer Engineering, the University of Pittsburgh 2009년 1월~현재광주과학기술원정보통신공학부부교수 < 관심분야 > 압축센싱, 네트워크코딩, 정보이론, 무선통신 581

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PowerPoint Template Mobile 미디어 IT 기술 OFDM / OFDMA Techniques Department of Electronics and IT Media Engineering 1 Contents 1. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) OFDM Overview OFDM Techniques 2. OFDMA System