KR20210023652A - Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication - Google Patents

Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication Download PDF

Info

Publication number
KR20210023652A
KR20210023652A KR1020200008752A KR20200008752A KR20210023652A KR 20210023652 A KR20210023652 A KR 20210023652A KR 1020200008752 A KR1020200008752 A KR 1020200008752A KR 20200008752 A KR20200008752 A KR 20200008752A KR 20210023652 A KR20210023652 A KR 20210023652A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
error rate
band
signal
weight
assigned
Prior art date
Application number
KR1020200008752A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102322124B1 (en
Inventor
김완진
정지원
백창욱
이희수
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Publication of KR20210023652A publication Critical patent/KR20210023652A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102322124B1 publication Critical patent/KR102322124B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0047—Decoding adapted to other signal detection operation
    • H04L1/005—Iterative decoding, including iteration between signal detection and decoding operation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0057—Block codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/20—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using signal quality detector
    • H04L1/206—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using signal quality detector for modulated signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006—Arrangements for removing intersymbol interference
    • H04L25/03012—Arrangements for removing intersymbol interference operating in the time domain
    • H04L25/03019—Arrangements for removing intersymbol interference operating in the time domain adaptive, i.e. capable of adjustment during data reception
    • H04L25/03057—Arrangements for removing intersymbol interference operating in the time domain adaptive, i.e. capable of adjustment during data reception with a recursive structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks

Abstract

Embodiments relate to a method and device for receiving a weighted multi-band signal for improving underwater communication performance. According to an embodiment, the method for receiving a weighted multi-band signal for improving underwater communication performance obtains the error rate of preamble data known to each other between transmission and reception, assigns a small weight to the band with a high error rate, and assigns a different weight to each band which assigns a high weight to a band with a low error rate, so as to bring performance improvement.

Description

수중통신 성능향상을 위한 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법 및 장치{Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication}Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication TECHNICAL FIELD

본 발명은 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for receiving a weighted multi-band signal for improving underwater communication performance.

과거 수중 음향통신은 주로 잠수함 통신과 같은 군사 목적으로 사용되었다. 요즘, 수중 음향통신은 무인 잠수정(Unmanned Underwater Vehicles, UUV)의 도입에 따라 제어 명령 전송, 정보 교환 등의 데이터 통신 수단으로 부각되고 있으나, 음향 신호의 낮은 전파 속도(propagation speed)와 시변(time-varying) 채널 특성으로 인해 가장 어려운 통신 환경 중 하나로 여겨진다. UWAC(Underwater Wireless Acoustic Communication, 이하 UWAC) 통신의 성능은 전파 손실(음향 신호 거리에 따라), 간섭 신호(다중 경로 전파로 인한), 배경 소음 및 도플러 효과(이동하는 음원 또는 해수면 거칠기와 관련된)와 같은 요인에 따라 달라진다. 또한 전파 거리가 증가를 위해 전송 주파수를 낮출 경우 대역폭이 감소하여 데이터 전송 효율이 떨어진다. UWAC 통신 환경에서 다중 경로 전파 특성 또는 도플러 확산은 해저, 해수면 및 수심을 포함한 시공간 변화에 따라 통신 성능에 영향을 준다. 따라서 채널 코딩을 포함한 UWAC 모뎀 기술은 이러한 과제를 극복할 수 있는 시스템을 설계하는 데 필수적이다.In the past, underwater acoustic communications were mainly used for military purposes such as submarine communications. Nowadays, underwater acoustic communication is emerging as a means of data communication such as transmission of control commands and information exchange with the introduction of unmanned underwater vehicles (UUV), but low propagation speed and time-varying of acoustic signals. It is considered to be one of the most difficult communication environments due to varying channel characteristics. The performance of UWAC (Underwater Wireless Acoustic Communication, hereinafter referred to as UWAC) communication depends on radio wave losses (depending on the distance of the acoustic signal), interfering signals (due to multipath propagation), background noise and Doppler effects (related to moving sound sources or sea level roughness). It depends on the same factors. In addition, when the transmission frequency is lowered to increase the propagation distance, the bandwidth decreases and data transmission efficiency decreases. In the UWAC communication environment, multipath propagation characteristics or Doppler spread affect communication performance according to changes in time and space including the sea floor, sea level, and water depth. Therefore, UWAC modem technology, including channel coding, is essential in designing a system that can overcome these challenges.

수중음향통신에서 적용되는 다중 밴드 통신 기법은 서로 다른 위치의 수신부에서 수신되는 신호는 서로 다른 환경 요소를 갖고 있으므로 송신부에서는 동일한 신호를 여러 주파수 대역으로 전송함으로써 수신부에서의 수신 확률을 높이는게 목적이다. 다중 밴드 전송에 있어서 동일 데이터의 서로 다른 주파수에 전송한 결과 동일한 송수신 거리에서 서로 다른 특성 때문에 각 밴드에서 서로 다른 오류율을 가진다. 각 밴드에서 서로 다른 오류율을 가지고 있으므로 오류율이 높은 특정한 밴드의 성능이 전체적인 성능을 감소시키는 문제가 있다.The multi-band communication technique applied in underwater acoustic communication aims to increase the probability of reception in the receiver by transmitting the same signal in several frequency bands since the signals received from the receivers at different locations have different environmental factors. In multi-band transmission, as a result of transmitting the same data at different frequencies, each band has different error rates due to different characteristics at the same transmission/reception distance. Since each band has a different error rate, there is a problem that the performance of a specific band with a high error rate decreases the overall performance.

[선행기술문헌번호][Prior technical literature number]

선행기술 1: 한국등록특허 10-1827161호Prior Art 1: Korean Patent Registration No. 10-1827161

선행기술 2: 한국등록특허 10-1610659호Prior Art 2: Korean Patent Registration No. 10-1610659

실시 예들은 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중 밴드 수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.Embodiments provide a weighted multi-band reception method and apparatus for improving underwater communication performance.

실시 예에 따른 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법은 서로 다른 밴드 각각의 등화기를 통해 출력된 복수의 수신 신호들에 대해 각각의 밴드에 대한 프리앰블 데이터의 오류율을 계산하는 단계; 상기 계산된 오류율에 기초하여 상기 복수의 수신 신호들에 대해 서로 다른 가중치를 부여하는 단계; 상기 서로 다른 가중치가 부여된 복수의 수신 신호들을 합산한 합산 신호를 디-인터리빙하고, 상기 디-인터리빙된 합산 신호에 대해 복호화를 수행하는 단계; 및 상기 복호화된 출력값을 상기 등화기로 피드백하여 전체 단계를 반복하는 단계를 포함한다.A method of receiving a weighted multi-band signal for improving underwater communication performance according to an embodiment includes: calculating an error rate of preamble data for each band for a plurality of received signals output through equalizers of different bands; Assigning different weights to the plurality of received signals based on the calculated error rate; De-interleaving a sum signal obtained by summing the plurality of received signals to which different weights are assigned, and performing decoding on the de-interleaved sum signal; And repeating the entire step by feeding back the decoded output value to the equalizer.

상기 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법은 상기 출력값과 상기 디-인터리빙된 합산 신호의 차이값을 인터리빙하고, 상기 인터리빙된 결과값을 상기 각각의 등화기에 입력하는 것을 특징으로 한다.The weighted multiband signal reception method is characterized in that a difference value between the output value and the de-interleaved sum signal is interleaved, and the interleaved result value is input to each of the equalizers.

상기 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법은 상기 프리앰블 데이터의 오류율(Bit Error Rate, BER)이

Figure pat00001
내지
Figure pat00002
범위인 경우, 상기 가중치는 0.1 내지 1 범위에서, 상기 오류율이 크면 상기 가중치를 작게 부여하고, 상기 오류율이 작으면 상기 가중치를 크게 부여하는 것을 특징으로 한다.The weighted multiband signal reception method has a bit error rate (BER) of the preamble data
Figure pat00001
To
Figure pat00002
In the case of a range, the weight is in the range of 0.1 to 1, and when the error rate is large, the weight is assigned small, and when the error rate is small, the weight is assigned large.

상기 수신신호는 다음 수학식 3과 같이 정의되는 것을 특징으로 한다. The received signal is characterized in that it is defined as in Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, L은 전체 다중 경로의 수, l은 l번째 다중 경로,

Figure pat00004
는 l경로에 있는 채널 응답 계수,
Figure pat00005
는 가우시안 잡음이고, D는
Figure pat00006
는 송신신호(s(t))이다.Where L is the total number of multipaths, l is the lth multipath,
Figure pat00004
Is the channel response coefficient in the path,
Figure pat00005
Is Gaussian noise, and D is
Figure pat00006
Is the transmission signal s(t).

상기 송신신호는, n개의 프리앰블 비트가 삽입된 N+n개의 하나의 패킷 데이터의 비트열(D)은 다음 수학식 1과 같이 정의되고,In the transmission signal, a bit string (D) of N+n single packet data into which n preamble bits are inserted is defined as in Equation 1 below,

Figure pat00007
Figure pat00007

Nb개의 서로 다른 밴드에 대해

Figure pat00008
를 곱해줌으로써 각각의 밴드에 대해 변조한 후 Nb개 밴드에 대해 각각 변조된 신호를 합한 것을 특징으로 한다.For Nb different bands
Figure pat00008
It is characterized in that the modulated signal for each band is modulated by multiplying by and then the modulated signals for each of the Nb bands are summed.

상기 등화기를 통과한 k번째 밴드의 출력신호가

Figure pat00009
인 경우, 상기 서로 다른 가중치가 부여된 복수의 수신 신호들은 다음 수학식 4와 같이 정의되는 것을 특징으로 한다.The output signal of the k-th band passing through the equalizer is
Figure pat00009
In the case of, the plurality of received signals to which different weights are assigned are defined as in Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서,

Figure pat00011
는 k번째 밴드에 대한 가중치이다.here,
Figure pat00011
Is the weight for the k-th band.

다른 실시 예에 따른 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중밴드 신호 수신 장치는 메모리; 및 프로세서를 포함하고,According to another embodiment, an apparatus for receiving a weighted multi-band signal for improving underwater communication performance includes: a memory; And a processor,

상기 프로세서는 서로 다른 밴드 각각의 등화기를 통해 출력된 복수의 수신 신호들에 대해 각각의 밴드에 대한 프리앰블 데이터의 오류율을 계산하고, 상기 계산된 오류율에 기초하여 상기 복수의 수신 신호들에 대해 서로 다른 가중치를 부여하고, 상기 서로 다른 가중치가 부여된 복수의 수신 신호들을 합산한 합산 신호를 디-인터리빙하고, 상기 디-인터리빙된 합산 신호에 대해 복호화를 수행하고, 상기 복호화된 출력값을 상기 등화기로 피드백하여 오류률 계산, 가중치 부여, 복호화를 반복한다.The processor calculates an error rate of preamble data for each band for a plurality of received signals output through equalizers of different bands, and different for the plurality of received signals based on the calculated error rate. De-interleaving a sum signal obtained by adding weights and summing a plurality of received signals to which different weights are assigned, performing decoding on the de-interleaved sum signal, and feeding back the decoded output value to the equalizer Then, the error rate calculation, weighting, and decoding are repeated.

상기 프로세서는, 상기 출력값과 상기 디-인터리빙된 합산 신호의 차이값을 인터리빙하고, 상기 인터리빙된 결과값을 상기 각각의 등화기에 입력하는 것을 특징으로 한다.The processor is characterized in that interleaving the difference value between the output value and the de-interleaved sum signal, and inputting the interleaved result value to each of the equalizers.

상기 프로세서는, 상기 프리앰블 데이터의 오류율(BER)이

Figure pat00012
내지
Figure pat00013
범위인 경우, 상기 가중치는 0.1 내지 1 범위에서, 상기 오류율이 크면 상기 가중치를 작게 부여하고, 상기 오류율이 작으면 상기 가중치를 크게 부여하는 것을 특징으로 한다.The processor, the error rate (BER) of the preamble data is
Figure pat00012
To
Figure pat00013
In the case of a range, the weight is in the range of 0.1 to 1, and when the error rate is large, the weight is assigned small, and when the error rate is small, the weight is assigned large.

또 다른 실시 예에 따른 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.It includes a recording medium recording a program for executing a weighted multi-band signal reception method for improving underwater communication performance according to another embodiment in a computer.

실시 예에 따른 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법 및 장치를 통해, 송수신간의 서로 알고 있는 preamble 데이터의 오류율을 획득하여 오류율이 높은 밴드에는 가중치를 작게 할당하고 오류율이 낮은 밴드에는 가중치를 높게 할당하는 각 밴드별 서로 다른 가중치를 할당함으로써 성능 향상을 가져올 수 있다. Through the method and apparatus for receiving a weighted multi-band signal for improving underwater communication performance according to an embodiment, an error rate of preamble data known to each other between transmission and reception is obtained, and a small weight is assigned to a band with a high error rate and a low error rate is assigned to a band with a low error rate. Performance can be improved by allocating different weights for each band that assigns a high weight.

도 1은 일 실시 예에 따른 송신단 구조이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 수신단 구조이다.
도 3은 도 1에 도시된 송신단에서 송신하는 송신 신호의 패킷 구조이다.
도 4는 도 2에 도시된 수신단의 PN 오류율 계산 블록에서 계산된 오류율에 상응하도록 가중치를 할당하는 기준을 설명하는 예시 도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 실험 조건을 설명하는 예시 도이다.
도 6는 도 5에 도시된 실험을 위한 파라미터를 설명하는 예시 도이다.
도 7은 도 5에 도시된 주파수 분할을 설명하는 예시 도이다.
도 8은 송신 신호에서 각 밴드의 패킷 구조를 나타내는 예시 도이다.
도 9는 Nb=4인 경우 송신 신호의 패킷 구조를 나타내는 예시 도이다.
도 10 및 11은 일 실시 예에 따른 실험 결과 데이터를 설명하기 위한 예시 도면들이다. 1 is a structure of a transmitter according to an embodiment.
2 is a structure of a receiver according to an embodiment.
3 is a packet structure of a transmission signal transmitted by a transmitting end shown in FIG. 1.
FIG. 4 is an exemplary diagram illustrating a criterion for allocating a weight to correspond to an error rate calculated in a PN error rate calculation block of a receiver illustrated in FIG. 2.
5 is an exemplary diagram illustrating experimental conditions according to an exemplary embodiment.
6 is an exemplary diagram illustrating parameters for an experiment shown in FIG. 5.
7 is an exemplary diagram illustrating frequency division illustrated in FIG. 5.
8 is an exemplary diagram showing a packet structure of each band in a transmission signal.
9 is an exemplary diagram showing a packet structure of a transmission signal when Nb=4.
10 and 11 are exemplary diagrams for explaining experimental result data according to an embodiment.

본 실시 예들에서 사용되는 용어는 본 실시 예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 임의로 선정된 용어도 있으며, 이 경우 해당 실시 예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시 예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present embodiments have selected general terms that are currently widely used as possible while considering the functions in the present embodiments, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the art, the emergence of new technologies, etc. . In addition, in certain cases, there are terms that are arbitrarily selected, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the corresponding embodiment. Therefore, the terms used in the present embodiments should be defined based on the meaning of the term and the contents of the present embodiments, not a simple name of the term.

실시 예들에 대한 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 실시 예들에 기재된 “...부”의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In the description of the embodiments, when a certain part is connected to another part, this includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is electrically connected with another component interposed therebetween. In addition, when a certain part includes a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, the term “... unit” described in the embodiments refers to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software.

본 실시 예들에서 사용되는 “구성된다”또는“포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Terms such as “consisting of” or “including” used in the present embodiments should not be construed as necessarily including all of the various constituent elements or various steps described in the specification, and some constituent elements or some of them It should be construed that the steps may not be included, or may further include additional elements or steps.

하기 실시 예들에 대한 설명은 권리범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 해당 기술분야의 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 실시 예들의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 이하 첨부된 도면들을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.The description of the following embodiments should not be construed as limiting the scope of the rights, and what those skilled in the art can easily infer should be construed as belonging to the scope of the rights of the embodiments. Hereinafter, embodiments for illustration only will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시 예에서, 수중음향통신은 물속에서 음파를 이용한 데이터 통신 시스템으로, 음파를 송수신하기 위한 음향센서, 전자 기기, 전원 장치 또는 배터리로 구성된다. 수중음향통신은 다중경로로 인한 신호간 간섭으로 성능이 열악하므로 채널 부호화의 적용은 필수적이다. 수중통신에서 데이터를 전송하기 위한 패킷의 구조는 동기 획득을 위해 데이터 전송 전에 PN(Pseudo Noise) 시퀀스를 데이터의 헤드 부분에 첨가하여 전송한다. PN 시퀀스는 송수신 간에 서로 알고 있는 데이터를 이용하여 동기를 획득하는 기능을 한다.In an embodiment, the underwater acoustic communication is a data communication system using sound waves in water, and includes an acoustic sensor for transmitting and receiving sound waves, an electronic device, a power supply device, or a battery. Since underwater acoustic communication has poor performance due to inter-signal interference due to multipath, it is essential to apply channel coding. In the structure of a packet for transmitting data in underwater communication, a PN (Pseudo Noise) sequence is added to the head of the data before transmission to obtain synchronization and transmitted. The PN sequence functions to acquire synchronization by using data known to each other between transmission and reception.

도 1은 일 실시 예에 따른 송신단 구조이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 수신단 구조이다.1 is a structure of a transmitting end according to an embodiment, and FIG. 2 is a structure of a receiving end according to an embodiment.

도 1에 도시된 다중 밴드 송신단은 부호화된 비트를 각 블록으로 나누어 동기 획득을 위한 프리앰블 비트(preamble bit)를 삽입하여, 도 3에 도시된 것처럼 하나의 패킷을 만든다. The multi-band transmitter shown in FIG. 1 divides the coded bits into each block and inserts a preamble bit for obtaining synchronization to create one packet as shown in FIG. 3.

도 1에 도시된 다중 밴드 송신단은 K개의 비트가 채널 부호화를 통과한 후 N개의 부호화 비트가 생성되며, 반복 부호화기를 통과한 신호는 군집 오류(burst error)를 산발 오류(random error)로 바꾸기 위한 인터리버를 거친다. 부호화된 비트를 인터리빙 후 각 블록으로 나누어 동기 획득을 위한 n개의 프리앰블 비트를 삽입하여 하나의 패킷을 만들며, N+n 개의 비트로 구성된 각각의 패킷을 Nb 개의 동일한 패킷으로 구성한다. 그리고, Nb개의 서로 다른 주파수 즉 서로 다른 밴드를 이용하여 변조된 신호를 합하여 전송한다. 인터리버 후, 동기 획득을 위한 n개의 프리앰블 비트를 삽입하여 구성한 개의 하나의 패킷 데이터의 비트열은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the multi-band transmitter shown in FIG. 1, N coded bits are generated after K bits pass through channel coding, and the signal passing through the repetition coder is used to convert a burst error into a random error. Go through the interleaver. The encoded bits are interleaved and then divided into blocks, and n preamble bits for synchronization are inserted to create one packet, and each packet consisting of N+n bits is composed of Nb identical packets. In addition, signals modulated using Nb different frequencies, that is, different bands, are summed and transmitted. After interleaver, a bit string of one packet data formed by inserting n preamble bits for obtaining synchronization may be expressed as Equation 1 below.

Figure pat00014
Figure pat00014

다중 밴드 통신을 위한 송신신호 s(t)는 수학식 2로 나타낼 수 있다.The transmission signal s(t) for multi-band communication can be expressed by Equation 2.

Figure pat00015
Figure pat00015

송신신호 s(t)는 수학식 2와 같이 Nb개의 서로 다른 밴드에 대해

Figure pat00016
을 곱해줌으로써 각 각의 밴드에 대해 변조과정을 거친 후, Nb개의 밴드에 대한 각 각의 변조된 신호들을 합한다. The transmission signal s(t) is for Nb different bands as shown in Equation 2
Figure pat00016
After performing the modulation process for each band by multiplying by, the modulated signals for each of the Nb bands are summed.

도 2에서 수신신호를 r(t)라 하였을 때 r(t)는 수학식 3으로 나타낼 수 있다.In FIG. 2, when the received signal is r(t), r(t) can be expressed by Equation 3.

Figure pat00017
Figure pat00017

L은 전체 다중 경로의 수를 나타내며 l은 l번째의 다중 경로를 나타낸다.

Figure pat00018
는 l경로에 있는 채널 응답 계수를 나타내며
Figure pat00019
는 가우시안 잡음을 나타낸다. 수신신호를 Nb개의 서로 다른 밴드에 대해 복조 후, LPF(Low Pass Filter) 및 등화기를 통과한 k번째 밴드의 출력신호를
Figure pat00020
라 했을 때, 도 2에 도시된 복호기 입력신호 z(t)는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다. L represents the total number of multipaths, and l represents the lth multipath.
Figure pat00018
Represents the channel response coefficient in the l path
Figure pat00019
Represents Gaussian noise. After demodulating the received signal for Nb different bands, the output signal of the k-th band that has passed through the LPF (Low Pass Filter) and equalizer is output.
Figure pat00020
When d, the decoder input signal z(t) shown in FIG. 2 can be expressed as Equation 4.

Figure pat00021
Figure pat00021

여기서, 등화기는 DFE(Decision Feedback Equalizer)일 수 있다. DFE 또는 판정 궤환 등화기는 이전에 검파한 심볼들이 지금 판정할 심볼에 영향을 미치는 ISI(Inter symbol Interference) 영향을 제거하기 위해 이전 판정값을 다시 이용하는 비선형 등화기이다.Here, the equalizer may be a Decision Feedback Equalizer (DFE). The DFE or decision feedback equalizer is a nonlinear equalizer that re-uses the previous decision value to remove the inter symbol interference (ISI) effect that the previously detected symbols have on the symbol to be judged now.

수신된 신호는 도 2와 같이 각 주파수를 분할하기 위해 정합 필터를 사용하여 각 채널의 정보를 획득하고 난 후, 등화기에서 다중 경로 간섭을 각 밴드에서 제거하고 복호기의 성능을 판단하는 임계값 결정을 하여 복호기의 오류 복호 성능 한계에 접근하는 밴드에 해당 되는 데이터를 복호한다. After the received signal acquires information of each channel using a matching filter to divide each frequency as shown in FIG. 2, the equalizer removes multipath interference from each band and determines a threshold for determining the performance of the decoder. To decode the data corresponding to the band approaching the error decoding performance limit of the decoder.

이때

Figure pat00022
는 k번째 밴드에 대한 가중치를 나타낸다. 수신된 신호는 도 2에 도시된 바와 같이, 각 주파수를 분할하기 위해 정합 필터를 사용하여 각 채널의 정보를 획득하고 난 후, 등화기에서 다중 경로 간섭을 각 밴드에서 제거하고 각각의 밴드에서 출력되는 값을 합하여 복호기로 입력된다. 이때 각 밴드에서의 성능이 전체 복호기의 성능에 영향을 주기 때문에 각 밴드에서의 출력값에 대한 가중치를 상기 수학식 4와 같이 정의한다. At this time
Figure pat00022
Represents the weight for the k-th band. As shown in Fig. 2, after obtaining information of each channel using a matching filter to divide each frequency, the equalizer removes multipath interference from each band, and outputs from each band. The values are summed and input to the decoder. At this time, since the performance in each band affects the performance of the entire decoder, the weight for the output value in each band is defined as in Equation 4 above.

가중치는 송수신단이 미리 알고 있는 프리앰블 신호의 오류율을 근거로 판단한다. 프리앰블 신호의 오류율이 크면 성능이 열악한 밴드이므로 가중치를 낮게 주고, 프리앰블 신호의 오류율이 작으면 성능이 좋은 밴드이므로 상대적으로 높은 가중치를 두어 복호기의 성능을 향상시킨다. 실시 예에서, 가중치를 할당하는 방법은 프리앰블 신호의 오류율이 10- 1이하이면 반복부호는 오류를 모두 수정할 능력이 있기 때문에 도 4와 같이 할당할 수 있다. 여기서, 오류율(Bit Error Rate, 이하 BER이라 한다)은 디지털 통신에서 나타나는 잡음, 왜곡 등 아날로그적 특성 변화에 따라, 디지털 신호가 영향 받는 정도를 종합적으로 평가할 수 있는 값으로, 전송된 총 비트수에 대한 오류 비트수의 비율을 의미한다.The weight is determined based on the error rate of the preamble signal that the transmitting and receiving end knows in advance. If the error rate of the preamble signal is high, the weight is lowered because the band has poor performance. If the error rate of the preamble signal is low, the performance of the decoder is improved by placing a relatively high weight since the band has good performance. In an embodiment, the method of assigning weights is the error rate of preamble signal 10 is less than one repetition code is because the ability to modify any errors can be assigned as shown in FIG. Here, the error rate (Bit Error Rate, hereinafter referred to as BER) is a value that can comprehensively evaluate the degree to which a digital signal is affected by changes in analog characteristics such as noise and distortion occurring in digital communication, and is based on the total number of transmitted bits. It means the ratio of the number of error bits to each other.

도 4를 참조하면, 프리앰블 BER의 범위가 1) BER<

Figure pat00023
인 경우, 가중치 1을 부여하고, 2)
Figure pat00024
< BER <
Figure pat00025
인 경우, 가중치 0.9를 부여하고, 3)
Figure pat00026
< BER <
Figure pat00027
인 경우, 가중치 0.8을 부여하고, 4)
Figure pat00028
< BER <
Figure pat00029
인 경우 가중치 0.2를 부여하고, 5)
Figure pat00030
< BER 인 경우, 가중치 0.1을 부여한다.4, the range of the preamble BER is 1) BER <
Figure pat00023
If it is, it is given a weight of 1, and 2)
Figure pat00024
<BER <
Figure pat00025
In the case of, a weight of 0.9 is given, and 3)
Figure pat00026
<BER <
Figure pat00027
If it is, a weight of 0.8 is given, and 4)
Figure pat00028
<BER <
Figure pat00029
If it is, a weight of 0.2 is given, and 5)
Figure pat00030
If <BER, a weight of 0.1 is given.

실시 예에서는, 프리앰블 BER의 범위가

Figure pat00031
< BER <
Figure pat00032
인 경우에, 가중치를 0.1 내지 1을 부여하되, BER이 크면 가중치를 작게 부여하고, BER이 작으면 가중치를 크게 부여한다. 실시 예에서는 전술한 BER의 범위와 가중치의 범위를 구체적으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 통신 시스템의 성능, 환경, 응용에 따라 다양하게 설정할 수 있음은 물론이다. In an embodiment, the range of the preamble BER is
Figure pat00031
<BER <
Figure pat00032
In the case of, the weight is given from 0.1 to 1, but if the BER is large, the weight is given small, and if the BER is small, the weight is given large. In the embodiment, the above-described range of BER and range of weight have been specifically described, but the present invention is not limited thereto, and may be variously set according to the performance, environment, and application of the communication system.

다시 도 2를 참조하면, 등화기의 출력 값

Figure pat00033
는 판정 궤환 등화기(Desision Feedback Equalizer, 이하 DFE라 한다)의 출력 값으로 수신 신호로부터 등화기에서 추정된 외부정보(extrinsic) 값이다.
Figure pat00034
와
Figure pat00035
의 차를 임계값 결정 파라미터에 적용하여 각 밴드에 대한 신호를 합한 뒤 역-인터리빙 하여 계산되어 복호기(Iterative Decoder)로 입력된다. 외부입력 값
Figure pat00036
는 복호기의 출력 값으로써 사후 확률 값을 계산하여 0 또는 1의 오류 값을 보정할 수 있는 값이다. 이러한
Figure pat00037
와
Figure pat00038
의 차이 값을 다시 인터리빙 하여
Figure pat00039
를 계산하여 LMS-DFE 등화기에 입력된다.
Figure pat00040
를 업데이트 하여 오류 값을 보정하는 방법을 취하게 되는데, 반복횟수가 늘어남에 따라 업데이트 하는 오류 보정 값이 송신하고자하는 원 신호에 가깝게 되어 BER 성능이 향상된다. 이러한 수신부 전체를 반복하는 터보 등화 방식은 복호된 데이터의 외부 정보를 등화기에 피드백하는 터보 등화기를 구성함으로써 성능을 향상시킬 수 있다.Referring back to Figure 2, the output value of the equalizer
Figure pat00033
Is an output value of a decision feedback equalizer (hereinafter referred to as DFE) and is an extrinsic value estimated by the equalizer from a received signal.
Figure pat00034
Wow
Figure pat00035
The difference of is applied to the threshold determination parameter, the signals for each band are summed, and then inverse-interleaved to be calculated and input to an Iterative Decoder. External input value
Figure pat00036
Is a value capable of correcting an error value of 0 or 1 by calculating a posterior probability value as the output value of the decoder. Such
Figure pat00037
Wow
Figure pat00038
Interleaving the difference value of
Figure pat00039
Is calculated and input to the LMS-DFE equalizer.
Figure pat00040
A method of correcting the error value by updating is taken. As the number of repetitions increases, the updated error correction value becomes close to the original signal to be transmitted, thereby improving the BER performance. The turbo equalization method in which the entire receiver is repeated can improve performance by configuring a turbo equalizer that feeds back external information of decoded data to the equalizer.

이하 도 5 내지 11을 참조하여, 실시 예에 따른 수중 통신 성능 향상을 위한 가중화된 다중 밴드 수신 방법 및 장치를 이용한 실험 및 결과를 상세히 설명한다. Hereinafter, experiments and results using a weighted multi-band receiving method and apparatus for improving underwater communication performance according to an embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 11.

도 5를 참조하면, 송신기로는 NEPTUNE D/17/BB를 사용하였고 수신기는 B&K 8106을 사용하였다. 송수신기 사이의 거리는 최대 360m로 하였다. 그리고 송·수신기는 수면 아래 2m에 위치시켰다. 5, a NEPTUNE D/17/BB was used as a transmitter and a B&K 8106 was used as a receiver. The distance between the transceivers was set to a maximum of 360m. And the transmitter and receiver were placed 2m below the surface of the water.

도 6은 실험을 위한 파라미터를 나타낸다. 송신신호는 프리앰블 256 비트와 부호화율 1/3을 가지는 터보 부호화 비트 336 비트 총 592 비트이며, QPSK 변조하여 296 symbols로 구성하였다. 송수신단의 필터는 roll-off factor 0.35를 가지는 SRRC(Square Root Raised Cosine Filter)를 적용하였으며, 복호기의 내부 반복 횟수는 5회로 하였으며, 터보 등화기의 전체 반복 횟수는 최대 6회로 진행하였다. 전송율은 1kbps, 도 7에 도시된 것처럼, 각 밴드의 중심 주파수는 12kHz, 16kHz, 20kHz, 24kHz, 샘플링 주파수는 192kHz를 적용하였다.6 shows the parameters for the experiment. The transmission signal is a total of 592 bits with 256 bits of preamble and 336 bits of turbo coding having a coding rate of 1/3, and is composed of 296 symbols by QPSK modulation. The filter at the transmitting and receiving end was applied with a Square Root Raised Cosine Filter (SRRC) with a roll-off factor of 0.35, and the number of internal iterations of the decoder was 5 times, and the total number of iterations of the turbo equalizer was up to 6 times. The transmission rate was 1kbps, and as shown in FIG. 7, the center frequencies of each band were 12kHz, 16kHz, 20kHz, 24kHz, and the sampling frequency was 192kHz.

도 8은 송신 신호에서 각 밴드의 패킷 구조를 나타내며, 송신신호는 가장 먼저 0.5초 동안 신호의 전송 시작을 알기 위한 LFMB(Linear Frequency Modulation Begin) 신호와 2초의 사일런스 구간을 둔 뒤, preamble 비트와 송신 데이터, 다시 2초 동안의 사일런스 구간, 마지막으로 신호의 끝을 나타내는 0.5초 동안의 LFME(Linear Frequency Modulation End) 신호가 한 패킷으로 구성되어 있다. 8 shows the packet structure of each band in the transmission signal, and the transmission signal first has a linear frequency modulation start (LFMB) signal for 0.5 seconds to know the start of transmission of the signal and a silence interval of 2 seconds, and then the preamble bit and transmission Data, a silence period for 2 seconds, and a Linear Frequency Modulation End (LFME) signal for 0.5 seconds indicating the end of the signal are composed of one packet.

도 9는 Nb=4 인 경우 송신 신호의 패킷 구조를 나타낸다. 도 8의 개별 밴드의 패킷 구조의 형태가 Nb=1, Nb=2, Nb=4에 위치하게 되고, 각 밴드 사이에 2초 동안의 사일런스 구간을 적용하여 다중 밴드 송신 신호 패킷구조를 형성한다. 사일런스 구간은 데이터가 송신되는 동안 패킷간의 간섭을 회피할 수 있도록 충분히 길게 설계되었고, 프리앰블 데이터는 수신되는 신호의 정확한 동기 획득과, 판정 궤환 등화기에서 다중 경로를 추정하기 위해 사용되었다. 9 shows a packet structure of a transmission signal when Nb=4. The packet structure of the individual bands of FIG. 8 is located at Nb = 1, Nb = 2, and Nb = 4, and a multi-band transmission signal packet structure is formed by applying a silence period for 2 seconds between each band. The silence interval is designed to be long enough to avoid inter-packet interference while data is being transmitted, and the preamble data is used to obtain accurate synchronization of the received signal and to estimate the multipath in the decision feedback equalizer.

도 10은 밴드의 수를 1개에서 2개, 4개로 증가시켰을 경우 BER 성능을 나타내며, 4개의 다중 밴드를 사용하는 경우에는 등화기와 복호기 간의 전체 반복횟수를 6회 수행하였을 때, 모든 데이터를 오류없이 복호하였다. 4*의 경우에는 밴드수가 4개인 경우 동일한 데이터를 몇분 후 재전송시 성능을 나타내며, 이는 수중 환경의 변화로 반복횟수를 증가시켜도 성능 개선되지 않음을 알 수 있다. 10 shows the BER performance when the number of bands is increased from 1 to 2 and 4, and when 4 multi-bands are used, when the total number of repetitions between the equalizer and the decoder is performed 6 times, all data is errored. Decrypted without. In the case of 4*, when the number of bands is 4, the same data is retransmitted after a few minutes, and it can be seen that performance is not improved even if the number of repetitions is increased due to a change in the underwater environment.

도 11은 실시 예에 따라 프리앰블 데이터의 오류율을 분석한 후 preamble의 오류율에 따라 도 4에 도시된 가중치를 적용하여 성능을 분석한 것이다. f4 밴드의 프리앰블 데이터의 오류율이 안 좋아지는 것을 확인하였고, 성능을 향상시키기 프리앰블 오류율을 기반으로 가중치를 설정하여 반영한 결과 반복 횟수가 1회인 경우 모든 데이터를 오류 없이 복호하는 것을 확인하였다.11 illustrates performance analysis by applying a weight shown in FIG. 4 according to an error rate of preamble after analyzing an error rate of preamble data according to an embodiment. It was confirmed that the error rate of the preamble data of the f4 band did not improve, and as a result of setting and reflecting the weight based on the preamble error rate to improve performance, it was confirmed that if the number of repetitions is 1, all data is decoded without error.

실시 예에서, 다중 밴드 전송에 있어서 동일 데이터의 서로 다른 주파수에 전송한 결과 동일한 송수신 거리에서 서로 다른 특성 때문에 각 밴드에서 서로 다른 오류율을 가진다. 이는 오류율이 높은 밴드가 복호기의 성능을 감소시켜 전체적인 성능을 감소시킴을 알 수 있으므로 송수신간의 서로 알고 있는 프리앰블 데이터의 오류율을 획득하여 오류율이 높은 밴드에는 가중치를 작게 할당하고 오류율이 낮은 밴드에는 가중치를 높게 할당하는 각 밴드별 서로 다른 가중치를 할당함으로써 성능 향상을 가져올 수 있다. 또한, 실시 예에 따른 방법 및 장치는 장거리 은밀 수중통신, 무인 수중 로봇 제어, 수중 네트웍 소나 체계등에 적용되는 성능 향상된 모뎀기법으로 활용될 수 있다.In an embodiment, in multi-band transmission, as a result of transmitting the same data at different frequencies, each band has different error rates because of different characteristics at the same transmission/reception distance. It can be seen that the band with a high error rate decreases the performance of the decoder, thereby reducing the overall performance. Therefore, the error rate of the preamble data known to each other between transmission and reception is obtained, so that the band with a high error rate is assigned a small weight and the band with a low error rate is assigned a weight Performance can be improved by assigning different weights for each high-allocated band. In addition, the method and apparatus according to the embodiment may be used as a modem technique with improved performance applied to long-distance covert underwater communication, unmanned underwater robot control, underwater network sonar system, and the like.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions are those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. It is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the embodiments and should not be defined, and should be determined by the claims to be described later as well as those equivalent to the claims.

본 발명의 일 실시 예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비 분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비 분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다. An embodiment of the present invention may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Computer-readable media may be any available media that can be accessed by a computer, and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Further, the computer-readable medium may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transmission mechanism, and includes any information delivery media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it can be easily transformed into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. . Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (10)

서로 다른 밴드 각각의 등화기를 통해 출력된 복수의 수신 신호들에 대해 각각의 밴드에 대한 프리앰블 데이터의 오류율을 계산하는 단계;
상기 계산된 오류율에 기초하여 상기 복수의 수신 신호들에 대해 서로 다른 가중치를 부여하는 단계;
상기 서로 다른 가중치가 부여된 복수의 수신 신호들을 합산한 합산 신호를 역-인터리빙하고, 상기 -인터리빙된 합산 신호에 대해 복호화를 수행하는 단계; 및
상기 복호화된 출력값을 상기 등화기로 피드백하여 전체 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법.Calculating an error rate of preamble data for each band for a plurality of received signals output through equalizers of different bands;
Assigning different weights to the plurality of received signals based on the calculated error rate;
De-interleaving a sum signal obtained by summing the plurality of received signals to which different weights are assigned, and performing decoding on the -interleaved sum signal; And
And repeating the entire step by feeding back the decoded output value to the equalizer. 제 1 항에 있어서,
상기 출력값과 상기 디-인터리빙된 합산 신호의 차이값을 인터리빙하고, 상기 인터리빙된 결과값을 상기 각각의 등화기에 입력하는 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법.The method of claim 1,
And interleaving a difference value between the output value and the de-interleaved sum signal, and inputting the interleaved result value to each of the equalizers. 제 2 항에 있어서,
상기 프리앰블 데이터의 오류율(BER)이
Figure pat00041
내지
Figure pat00042
범위인 경우, 상기 가중치는 0.1 내지 1 범위에서, 상기 오류율이 크면 상기 가중치를 작게 부여하고, 상기 오류율이 작으면 상기 가중치를 크게 부여하는 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법.The method of claim 2,
The error rate (BER) of the preamble data is
Figure pat00041
To
Figure pat00042
In the case of a range, the weight is in the range of 0.1 to 1, and when the error rate is large, the weight is assigned to be small, and when the error rate is low, the weight is assigned to be large. 제 1 항에 있어서,
상기 수신신호는 다음 수학식 3과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법.
[수학식 3]
Figure pat00043

(여기서, L은 전체 다중 경로의 수, l은 l번째 다중 경로,
Figure pat00044
는 l경로에 있는 채널 응답 계수,
Figure pat00045
는 가우시안 잡음이고, D는
Figure pat00046
는 송신신호(s(t))임)The method of claim 1,
The received signal is a weighted multi-band signal receiving method, characterized in that defined as in Equation 3 below.
[Equation 3]
Figure pat00043

(Where L is the total number of multipaths, l is the lth multipath,
Figure pat00044
Is the channel response coefficient in the path,
Figure pat00045
Is Gaussian noise, and D is
Figure pat00046
Is the transmission signal (s(t))) 제 4 항에 있어서,
상기 송신신호는,
n개의 프리앰블 비트가 삽입된 N+n개의 하나의 패킷 데이터의 비트열(D)은 다음 수학식 1과 같이 정의되고,
Figure pat00047

Nb개의 서로 다른 밴드에 대해
Figure pat00048
를 곱해줌으로써 각각의 밴드에 대해 변조한 후 Nb개 밴드에 대해 각각 변조된 신호를 합한 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법.The method of claim 4,
The transmission signal,
A bit string (D) of N+n single packet data into which n preamble bits are inserted is defined as in Equation 1 below,
Figure pat00047

For Nb different bands
Figure pat00048
A method for receiving a weighted multiband signal, characterized in that the modulated signals for each band are modulated by multiplying by and then the modulated signals for each of the Nb bands are summed. 제 5 항에 있어서,
상기 등화기를 통과한 k번째 밴드의 출력신호가
Figure pat00049
인 경우,
상기 서로 다른 가중치가 부여된 복수의 수신 신호들은 다음 수학식 4와 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 방법.
[수학식 4]
Figure pat00050

(여기서,
Figure pat00051
는 k번째 밴드에 대한 가중치임)The method of claim 5,
The output signal of the k-th band passing through the equalizer is
Figure pat00049
If it is,
The plurality of received signals to which the different weights are assigned are defined as in Equation 4 below.
[Equation 4]
Figure pat00050

(here,
Figure pat00051
Is the weight for the kth band) 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체.A recording medium on which a program for executing the method according to any one of claims 1 to 6 on a computer is recorded. 가중화된 다중밴드 신호 수신 장치로서,
메모리; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 서로 다른 밴드 각각의 등화기를 통해 출력된 복수의 수신 신호들에 대해 각각의 밴드에 대한 프리앰블 데이터의 오류율을 계산하고,
상기 계산된 오류율에 기초하여 상기 복수의 수신 신호들에 대해 서로 다른 가중치를 부여하고,
상기 서로 다른 가중치가 부여된 복수의 수신 신호들을 합산한 합산 신호를 디-인터리빙하고, 상기 디-인터리빙된 합산 신호에 대해 복호화를 수행하고,
상기 복호화된 출력값을 상기 등화기로 피드백하여 오류률 계산, 가중치 부여, 복호화를 반복하는, 가중화된 다중밴드 신호 수신 장치.As a weighted multi-band signal receiving device,
Memory; And
Including a processor,
The processor calculates an error rate of preamble data for each band for a plurality of received signals output through equalizers of different bands,
Different weights are assigned to the plurality of received signals based on the calculated error rate,
De-interleaving a sum signal obtained by summing the plurality of received signals to which different weights are assigned, and performing decoding on the de-interleaved sum signal,
A weighted multi-band signal receiving apparatus for repeating error rate calculation, weighting, and decoding by feeding back the decoded output value to the equalizer. 제 8 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 출력값과 상기 디-인터리빙된 합산 신호의 차이값을 인터리빙하고, 상기 인터리빙된 결과값을 상기 각각의 등화기에 입력하는 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 장치.The method of claim 8,
The processor,
And interleaving a difference value between the output value and the de-interleaved sum signal, and inputting the interleaved result value to each of the equalizers. 제 9 항에 있어서,
상기 프로세서는,
상기 프리앰블 데이터의 오류율(BER)이
Figure pat00052
내지
Figure pat00053
범위인 경우, 상기 가중치는 0.1 내지 1 범위에서, 상기 오류율이 크면 상기 가중치를 작게 부여하고, 상기 오류율이 작으면 상기 가중치를 크게 부여하는 것을 특징으로 하는 가중화된 다중밴드 신호 수신 장치.The method of claim 9,
The processor,
The error rate (BER) of the preamble data is
Figure pat00052
To
Figure pat00053
In the case of a range, the weight is in the range of 0.1 to 1, and if the error rate is large, the weight is assigned to be small, and if the error rate is low, the weight is assigned to be large.
KR1020200008752A 2019-08-21 2020-01-22 Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication KR102322124B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20190102451 2019-08-21
KR1020190102451 2019-08-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210023652A true KR20210023652A (en) 2021-03-04
KR102322124B1 KR102322124B1 (en) 2021-11-05

Family

ID=75174671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200008752A KR102322124B1 (en) 2019-08-21 2020-01-22 Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102322124B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230105908A (en) 2022-01-05 2023-07-12 엘아이지넥스원 주식회사 System and method for underwater charging/communication underwater of unmanned underwater vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100077707A (en) * 2008-12-29 2010-07-08 강릉원주대학교산학협력단 Method for setting of adaptive communication environment in under acoustic sensor network and the apparatus thereof
KR101252980B1 (en) * 2011-10-28 2013-04-15 세종대학교산학협력단 Apparatus for transmitting data of adaptive modulation and method thereof

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100077707A (en) * 2008-12-29 2010-07-08 강릉원주대학교산학협력단 Method for setting of adaptive communication environment in under acoustic sensor network and the apparatus thereof
KR101252980B1 (en) * 2011-10-28 2013-04-15 세종대학교산학협력단 Apparatus for transmitting data of adaptive modulation and method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
이희수, et al. 수중 음향 통신에서 다중 밴드 전송 기법의 성능 분석, 한국정보전자통신기술학회 논문지(2018.6), 한국정보전자통신기술학회, 2018-06-30, pp. 253-257* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102322124B1 (en) 2021-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6996194B2 (en) Method and arrangement for iteratively improving a channel estimate
US8995540B2 (en) Radio communication system and transmitting apparatus used for the same
US20110004803A1 (en) Execution decision apparatus, receiving apparatus, radio communication system, and execution decision method
WO2019018017A2 (en) Improved turbo receivers for single-input single-output underwater acoustic communications
JP4470377B2 (en) Propagation path estimation method in mobile communication system
CN111106877A (en) Underwater acoustic communication transmission method based on Farrow filtering and code word matching
Oberg et al. Underwater communication link with iterative equalization
KR102322124B1 (en) Weighted multiband signal receiving method and apparatus for performance improvement on underwater acoustic communication
Tian et al. A time-reversal based digital cancelation scheme for in-band full-duplex underwater acoustic systems
US20030236072A1 (en) Method and apparatus for estimating a channel based on channel statistics
Ahmed et al. Filter orthogonal frequency‐division multiplexing scheme based on polar code in underwater acoustic communication with non‐Gaussian distribution noise
Yang et al. Research and Implementation of Turbo Coding Technology in High-Speed Underwater Acoustic OFDM Communication
Lee et al. Adaptive modulation and coding for underwater acoustic communication
CN114389754B (en) Frequency domain self-adaptive Turbo equalization method based on FBNLMS algorithm
Wang et al. Enhancing OFDM by pulse shaping for self-contained TDD transmission in 5G
WO2022213100A1 (en) Iterative decoding of orthogonal time frequency space waveforms in the delay-doppler domain
Wolff et al. Convolutionally coded hopping pattern for MFSK modulation in underwater acoustic communication
Ahn et al. Turbo equalization for covert communication in underwater channel
JP2006203835A (en) Digital ssb turbo transceiver
Wang et al. Mean Doppler compensation for SIMO turbo equalization in underwater acoustic communications
Peng et al. Application of turbo equalization in PPC underwater acoustic communication
Chang et al. On the performance of widely linear SC-FDE systems for underwater acoustic communication
Behgam Underwater acoustic communications and adaptive signal processing
Yue et al. Performance of turbo coded FH/MFSK in shallow water acoustic channel
Baek et al. Performance evaluation of faster-than-Nyquist signaling with BCJR interference cancellation technique in TU-6 channel model

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right