진해만의 근거리 수중 고주파수 채널 특성 측정 및 분석

Abstract

수중에서 음파를 이용한 고속 통신 기술을 구현하기 위해서는 광대역 주파수 범위를 갖는 고주파수 수중음향 채널을 활용하는 것이 불가피하다. Benson and Frater와 Freeman 등은 지향성 트랜스듀서를 이용하여 수백 kHz의 반송주파수를 갖는 수중음향 통신에 대한 연구를 수행한 바 있다[1,2]. 선박해양플랜트연구소에서는 100 kHz 내외의 반송주파수를 갖는 수중음향 통신 신호를 사용하는 시스템 개발을 시도하고 있으며, 수중음향 통신 모뎀의 설계를 위한 채널 파라미터를 정보를 획득하기 위하여 2016년 4월거제도 근해 진해만(수심 약 20 m)에서 수중음향 채널 특성 측정 시험을 수행하였다. 한 개의 무지향성 트랜스듀서를 사용하여 음향 신호를 송신하였으며, 트랜스듀서의 수심은 5, 15 m로 변경하였다. 수신은 네 개의 무지향성 트랜스듀서를 사용하여 동시에신호를 취득(샘플율: 1 MHz, 데이터 길이: 60초 이상)하였으며, 수심은 각각 4, 8, 12, 16 m로 설정하였다. 송신 신호로는 100 kHz의 톤 신호와 100 kHz의 반송주파수를 갖는 MLS 신호를 사용하였다. 이때 심볼율은 10, 20, 40 kHz로 변화시켜 가면서 수신 신호를 수집하였다. 톤 신호의 크기는 시간에 따라 20dB 이상의 변화가 관찰되고 있으며 그림 1에서 보는 바와 같이 레일레이 분포와 유사한 특성을 가진다. 거리가 증가할수록 상관시간이 증가하며 수신 트랜스듀서의 수심이 증가할수록 K값은 감소하는 경향을 가진다. 채널 응답은 2~3개의 경로가 존재하고 있으며 시간 및 파라미터에 따른 변화가 관찰된다.