전자공학회논문지 (Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers)

대한전자공학회 (The Institute of Electronics and Information Engineers)
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고지향 소나 시스템 통신 성능분석

Analysis of Highly Directional Sonar Communication System

  • 투고 : 2012.05.30
  • 발행 : 2012.12.25
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초록

본 논문에서는 파라메트릭 배열 기반 소나 통신 성능을 분석하였다. 분석을 위하여 음향학적 설계요소를 고려한 최적의 차 주파수 발생조건을 구하고 비선형성이 고려된 소나 방정식을 이용하여 차 주파수의 SNR을 추정하였다. 추정된 차 주파수의 SNR을 이용하여 디지털 변조 방식에 따른 이론적인 비트오류확률과 MIMO 채널 용량을 모의실험 하였다. 1차 주파수의 평균 주파수를 560kHz, 차 주파수를 45kHz 그리고 방사 파워 28.05Watt를 가정할 때, 비트오류확률 $10^{-4}$ 이하의 통신 거리는 1차 주파수를 사용할 경우 0.9km이고 차 주파수는 4.25km로 3.35km의 거리 이득을 얻음을 확인하였다. 또한 요구되는 채널 용량 10bps/Hz를 가정할 때 1차 주파수의 구동거리는 0.83km인 반면 주파수의 경우 SISO 통신은 3.8km 그리고 $2{\times}2$ MIMO 통신은 3.98km 까지 전송 할 수 있음을 확인 하였다.

In this paper, we present novel analysis results of sonar communication using parametric array. We consider transducer diameter, primary frequency, difference frequency and acoustic power as analysis parameters of communication performance. We calculate theoretical BER(Bit Error Rate) and channel capacity of MIMO(Multi Input and Multi Output) communication system. By considering practical parameters, we obtain optimum difference frequency generation condition. The obtained primary frequency is 560 kHz, difference frequency 45kHz and acoustic power is 28.05Watt. For BER of $10^{-4}$, the range gain of parametric array communication is 3.35km compared to primary frequency communication. For channel capacity of 10bps/Hz, the SISO and $2{\times}2$ MIMO communication range of parametric array communication are 3.8km and 3.98km respectively, while primary frequency communication range is 0.83km.

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참고문헌

  1. R. F. W. Coates, M. Zheng and L. Wang, "Technical Communications," IEEE J. Ocean. Eng. vol. 21, pp. 225-232, 1996. https://doi.org/10.1109/48.486797
  2. P. J. Westervelt, "Parametric Acoustic Array," J. Acoust. Soc. Am. vol. 35, pp. 535-537, 1963. https://doi.org/10.1121/1.1918525
  3. H. O. Berktay and D. J. Leahy, "Farfiled performance of parametric transmitters," J. Acoust. Soc. Am. vol. 55, pp. 539-546, 1974. https://doi.org/10.1121/1.1914533
  4. M. B. Moffett and R. H. Mellen, "Model for parametric acoustic sources," J. Acoust. Soc. Am. vol. 61, pp. 325-337, 1977. https://doi.org/10.1121/1.381310
  5. 한정희, 이종현, 팽동국, 배진호, 김원호, "최대우도 검파에 기반한 파라메트릭 어레이 소나 시스템," J 전자공학회 논문지 제48권 TC편 제1호 pp. 25-31, 2011.
  6. M. B. Bennett and D. T. Blackstock, "Parametric array in air," J. Acoust. Soc. Am. vol. 57, pp. 562-568, 1975. https://doi.org/10.1121/1.380484
  7. T. B. Pederson, "A Parametric SONAR Performance Calculator," J. Phys. Colloque C8, Suppl., Tome 40, pp. C8-137-C8-139, 1979.
  8. L. Kopp, D. Cano, E. Dubois, L. Wang, B. Smith and R. F. W. Coates, "Potential Performance of Parametric Communications," IEEE, J. Ocean. Eng. vol. 25, No. 3, pp. 282-295, 2000. https://doi.org/10.1109/48.855259
  9. J. Urick, Principles of Underwater Sound, 3rd edition, McGraw-Hill, 1983.
  10. 김명진, 아날로그 및 디지털 통신이론, 생능출판사, 2007.
  11. J. G. Proakis, M. Salehi, G. Bauch, Contemporary Communication Systems using Matlab and simulink, Thomson Brooks/cole, 2004
  12. 조용수, 김재권, 양원영, MIMO-OFDM 무선통신 과 Matlab, 흥릉과학출판사, 2008.
  13. F. H. Fisher and V. P. Simmons, "Sound absorption in sea water," J. Acoust. Soc. Am. vol. 62, pp. 558-564, 1977. https://doi.org/10.1121/1.381574

피인용 문헌

  1. Experimental evaluation of pseudo-sound in a parametric array vol.150, pp.5, 2012, https://doi.org/10.1121/10.0007279