Performance of Convolution Coding Underwater Acoustic Communication System on Frequency Selectivity Index

Chulwon Seo; Jihyun Park; Kyu-Chil Park; Jungchae* Shin; Jin Woo* Jung; Jong Rak† Yoon

doi:10.7776/ASK.2013.32.6.494

All Issue

2013 Vol.32, Issue 6 Preview Page Next Page

Performance of Convolution Coding Underwater Acoustic Communication System on Frequency Selectivity Index 주파수 선택 지표에 따른 길쌈 부호 수중 음향 통신 시스템의 성능 평가

30 November 2013. pp. 494-501

PDF XML

Abstract

The convolution code(CC) of code rate 1/2 as a forward error correction (FEC) in Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) is applied to decrease bit error rate (BER) by background noise and multipath in shallow water acoustic channel. Ratio of transmitting signal bandwidth to channel coherence bandwidth is defined as frequency selectivity index. BER and bit energy-to-noise ratio gain of transmitted signal according to frequency selectivity index are evaluated. In the results of indoor water tank experiment, BER is well matched theoretical results at frequency selectivity index less than about 1.0. And bit energy-to-noise ratio gain is also matched theoretical value of 5 dB. BER is effectively decreased at frequency selective multipath channel with frequency selectivity index higher than 1.0. But bit energy-to-noise ratio greater than a certain size in terms of CC weaving is effective in reducing bit errors. In the results, the defined frequency selectivity index in this study could be applied to evaluate a performance of CC in multipath channel. Also it could effectively reduced BER in a low speed underwater acoustic communication system without an equalizer.

Keywords

Underwater acoustic communication channel

Error correcting code

Convolution code

Frequency selectivity

천해 수중 음향 채널의 배경잡음과 다중경로에 의한 비트 오류율(BER)을 경감하기 위해 Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)에 전방 오류 정정 코드(FEC)로 부호화 비율 1/2의 길쌈 코딩(CC)을 적용하였다. 전송신호의 대역폭에 대한 채널의 일관성 대역폭의 비를 주파수 선택 지표로 정의하였고 주파수 선택지표에 따른 전송 신호의 BER과 비트 에너지 대 잡음비의 이득을 평가하였다. 실내 수조 실험 결과, 주파수 선택지표가 약 1.0 이하인 경우 BER은 이론적인 결과와 일치하고 비트 에너지 대 잡음비의 이득은 약 5 dB로 이론적인 결과와 일치한다. 주파수 선택 지표가 1.0 이상인 주파수 선택적인 다중경로 채널에서도 BER은 효율적으로 감소하지만 비트 에너지 대 잡음비가 일정 크기 이상인 조건에서만 CC의 비트 오류 감소에 효과가 있다. 이러한 결과는 본 연구에서 정의한 주파수 선택 지표가 다중 경로 채널에서 CC의 성능 평가의 지표로 적용될 수 있다. 아울러 등화기를 적용하지 않고 저속 수중 음향 통신 시스템에 효과적으로 BER을 줄일 수 있다.

키워드

수중음향통신 채널

오류정정코드

길쌈 코드

주파수 선택성

References

1.A. Baggeroer, “Acoustic telemetry-an overview,” IEEE J. Oceanic Eng. 9, 229-235 (1984).

2.A. Falahati, B. Woodward, and S. C. Bateman, “Underwater acoustic channel models for 4800 b/s QPSK signals,” IEEE J. Oceanic Eng. 16, 12-20 (1991).

3.J. Kim, K. Park, J. Park, J. R. Yoon, “Coherence band-width effects on uderwater image transmission in multipath channel,” Jpn. J. Appl. Phys. 50, 07HG05-1-07HG05-5 (2011).

4.S. H. Oh, H. Kim, J. S. Kim, J. H. Cho, J. Chung, H. C. Song, “Performance analysis of underwater acoustic com-munication system using underwater channel simulation tool” (in Korean), J. Acoust. Soc. Kor. 31, 373-383 (2012).

5.K. Park, J. Park, S. W. Lee, J. W. Jung, J. Shin, J. R. Yoon, “Performance evaluation of underwater acoustic com-munication in frequency selective shallow water” (in Korean), J. Acoust. Soc. Kor. 32, 95-103 (2013).

6.J. Bae, M. Kim, S. Choi, J. Jung, S. Chun, K. Dho, “The analysis about channel code performance of underwater channel” (in Korean), J. Acoust. Soc. Kor. 27, 286-295 (2008).

7.D. Choi, H. Kim, N. Kim, S. Kim, J. Chung, “Coherence bandwidth and coherence time for the communication frame in the underwater of East Sea” (in Korean), J. Acoust. Soc. Kor. 29, 365-373 (2010).

8.M. Siderius, M. B. Poter, P. Hursky, V. McDonald, and the KauaiEx Group, “Effects of ocean thermocline variability on noncoherent underwater acoustic communications,” J. Acoust. Soc. Am. 121, 1895-1908 (2007).

9.J. Trubuil, A. Goalic, N. Beuzelin C. Laot, “Check and validate Reed Solomon Block Turbo Codes in shallow underwater acoustic communication,” Proc. IEEE OCEANS, 1-6 (2010).

10.M. Chitre, S. Shahabudeen, M. Stojanovic, “Underwater acoustic communications and networking: recent advances and future challenges,” Mar. Tech. Soc. J. 42, 103-116 (2008).

11.J. Park, C. Seo, K. Park J. R. Yoon, “Effectiveness of convolutional code in multipath underwater acoustic channel,” Jpn. J. Appl. Phys. 52, 07HG01-1-07HG01-3 (2013).

12. Y. W. Park, E. K. Hong J. H. Choi, Fundamentals of Mobile Communications (in Korean, Life & Power press, Paju, 2010), pp. 190-198.

Information

Publisher :The Acoustical Society of Korea
Publisher(Ko) :한국음향학회
Journal Title :The Journal of the Acoustical Society of Korea
Journal Title(Ko) :한국음향학회지
Volume : 32
No :6
Pages :494-501
Received Date : 2013-06-19
Accepted Date : 2013-08-13
DOI :https://doi.org/10.7776/ASK.2013.32.6.494

The Journal of the Acoustical Society of KoreaISSN:1225-4428(Print) 2287-3775(Online)한국음향학회

All Issue