수중음향통신에서 PN 성능 기반의 효율적인 수신 구조 (An Efficient Receiver Structure Based on PN Performance in Underwater Acoustic Communications)

수중음향통신은 다중경로로 인한 신호간의 간섭으로 성능이 열악하므로 채널 부호화의 적용은 필수적이다. 수중 통신에서 데이터를 전송하기 위한 패킷의 구조는 동기 획득을 위해 데이터 전송 전에 PN 시퀀스를 데이터의 헤드 부분에 첨가하여 전송한다. PN 시퀀스는 송·수신 간에 서로 알고 있는 데이터를 이용하여 동기를 획득하는 기능을 하고 있으므로 PN 시퀀스는 채널 부호화를 하지 않고 전송된다. 이러한 비부호화 된 PN 시퀀스는 대부분의 연구에서는 동기 획득을 위해 활용되지만 본 논��에서는 동기 획득 뿐 아니라 PN 시퀀스의 성능을 이용하여 데이터 필드의 성능 또한 예측할 수 있어 데이터 필드의 복호부에 정보를 제공할 수 있다. 본 논��에서는 다중 경로 전달 환경인 수중음향통신에서 원활한 통신과 함께 수신 신호의 성능을 향상시키기 위하여 낮은 SNR에서도 우수한 성능을 보이는 컨볼루션 부호화 기법과 BCJR 복호 방식을 이용하여 다양한 부호화 율에서 비 부호화 된 PN 시퀀스의 오류율과 부호화 된 데이터 필드의 오류율의 상관관계를 시뮬레이션 및 실제 수중 실험을 통해 분석하여 효율적인 수신 구조를 제시하였다.

Underwater communications are degraded as a result of inter symbol interference in multipath channels. Therefore, a channel coding scheme is essential for underwater communications. Packets consist of a PN sequence and a data field, and the uncoded PN sequence is used to estimate the frequency and phase offset using a Doppler and phase estimation algorithm. The estimated frequency and phase offset are fed to a coded data field to compensate for the Doppler and phase offset. The PN sequence is generally utilized to acquire the synchronization information, and the bit error rate of an uncoded PN sequence predicts the performance of the coded data field. To ensure few errors, we resort to powerful BCJR decoding algorithms of convolutional codes with rates of 1/2, 2/3, and 3/4. We use this powerful channel coding algorithm to present an efficient receiver structure based on the relation between the bit error of the uncoded PN sequence and coded data field in computer simulations and lake experiments.