I. 서 론
II. 소나 송신 시스템 구성
2.1 신호 생성기 및 제어 시스템
2.2 파워 앰프
2.3 매칭 네트워크
2.4 트랜스듀서
III. THD+N 최적화 설계
3.1 매칭 네트워크 및 시스템 모델링 고도화
3.2 트랜스듀서 임피던스 특성 모델링
3.3 시스템 출력 주파수 특성 및 문제점 추출
3.4 필터 설계 및 적용
IV. 결 론
I. 서 론
해양 환경의 실시간 모니터링과 데이터 수집을 위한 기술적 수요가 증가함에 따라 해양 센서 네트워크(Marine Sensor Network, MSN) 의 중요성이 날로 커지고 있다. 기존의 해양 정보 수집 방식은 물리적 한계와 높은 비용으로 인해 실시간 및 확장성이 부족하였다. 이를 해결하기 위한 접근방식으로 소나(Sound Navigation and Ranging, SONAR) 기술을 통신 수단으로 활용하는 방식이 주목받고 있다.[1] 본 연구에서는 소나 기술을 단순히 거리나 물체 감지용으로 사용하는 것을 넘어, 수중 음향 통신을 위한 전송 매체로 활용하는 시스템을 설계하고자 한다. 수중 환경에서는 전자기파의 전파가 매우 제한적이므로, 약 1500 m/s의 속도로 전파되는 음파가 주요 통신 수단으로 사용된다.[2,3]
수중 음향 송신 시스템에서 가장 핵심적인 구성 요소 중 하나는 압전현상을 기반으로 동작하는 트랜스듀서이다. 송신 시, 세라믹 소자에 인가된 정현파 전류는 동일한 주파수의 음파로 변환되며, 수신 시에는 외부에서 수신한 음파를 다시 전기 신호로 변환한다. 이러한 기능을 효과적으로 수행하기 위해서는, 트랜스듀서에 필요한 정현파 신호를 정밀하고 안정적으로 출력할 수 있는 전력 증폭기가 반드시 필요하며, 이는 전체 통신 품질과 성능을 결정짓는 핵심 기술 요소로 작용한다.[4,5]
이러한 수중 음향 통신 시스템에서 신호 품질을 평가하는 핵심 파라미터 중 하나가 총 고조파 왜곡 및 잡음(Total Harmonic Distortion Plus Noise, THD+N)이다. THD+N은 입력 신호의 기본 주파수 성분에 대비하여 고조파 성분과 잡음이 얼마나 포함되어 있는지를 나타내며, 수학적으로는 모든 고조파 왜곡과 잡음의 합을 기본 신호로 나눈 비율로 정의된다. THD+N값이 낮을수록 신호는 이상적인 정현파에 가까우며, 반면 값이 클수록 왜곡이 심하다는 것을 의미한다. THD+N은 SINAD(Signal To Noise And Distortion)의 역수 관계에 있으며 SINAD는 잡음뿐만 아니라 고조파 왜곡까지 고려하여 신호 품질을 종합적으로 평가하는 지표이다. SINAD 측정은 원하지 않는 신호들, 특히 잡음과 왜곡에 의한 신호 품질 저하를 평가하는데 사용되며, 수중음향통신에서는 이미 높은 감쇠, 다중경로 간섭, 제한된 대역폭과 같은 채널 특성으로 인한 신호 품질 저하가 존재하는 상황에서 THD+N 증가는 전체적인 통신 품질을 더욱 악화시킨다.[6,7] 송신증폭기 관점에서는 실제 정보 전달에 기여하지 않는 고조파 신호까지 함께 송출하게 되며, 이는 전체 송신 전력 대비 유효 신호에 사용되는 전력의 비중을 감소시켜 시스템의 전력 효율을 떨어뜨리는 주요 요인이 된다.[8]
또한, 일반적인 소나용 트랜스듀서는 특정주파수인 공진 주파수에서 가장 높은 송신 감도를 가지는 특성이 있다. 하지만 공진 주파수 이외의 대역에서는 송신 감도가 급격히 감소하게 되며, 이는 광대역 신호 송출에 제약 요인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 송신 감도가 낮은 주파수 대역에서는 송신 전압을 증가시키고, 감도가 높은 공진 주파수 대역에서는 송신 출력을 감소시키는 방식으로 Transmitting Voltage Response(TVR)을 주파수별로 보상하는 방법이 사용된다. 이에 따라, 넓은 주파수 대역에 걸쳐 일정한 음향 출력을 유지하기 위해서는 송신 전압의 크기를 주파수에 따라 가변적으로 제어해야 하며, 이러한 TVR 보상을 위한 필터 특성의 전력 증폭 시스템이 요구된다.[9] 하지만 공진 주파수 대역에서 낮은 전압으로 구동 될 경우, 신호 생성기의 유효 비트 수가 제한되어 비선형 특성이 두드러질 수 있으며, 이로 인해 THD+N이 증가하고 결과적으로 송신 시스템의 성능 저하를 초래할 수 있다. [10,11] 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 2 kHz에서 20 kHz에 이르는 광대역 주파수 송신을 위한 파워증폭기 설계를 수행하고, 각 주파수 대역에서 THD+N을 최적화하기 위한 방안을 구성하였다.
II. 소나 송신 시스템 구성
본 연구에서는 2 kHz에서 20 kHz의 광대역 주파수의 소나 송신 시스템을 설계하였다. 시스템은 주파수 가변이 가능한 Continuous Wave(CW), Linear Frequency Modulation(LFM), Non-Linear Frequency Modulation(NLFM) 등의 송신 파형을 구현 할 수 있도록 구현되었다. 설계된 소나 송신 시스템은 신호생성기 및 제어 시스템, 파워 앰프, 매칭 네트워크 그리고 트랜스듀서로 구성되었다.[12] Fig. 1은 본 연구에 사용된 소나 시스템의 구성도를 보여준다.
2.1 신호 생성기 및 제어 시스템
신호 생성기 및 제어부는 사용자가 설정한 송신 주파수, 위상, 진폭 정보에 따라 원하는 송신 파형을 디지털 방식으로 생성한다. 특히 다양한 송신 패턴과 파형을 구성할 수 있도록 Pulse Width Modulation(PWM) 기반 파형 생성 방식을 채택하였으며, 이를 위해 Field Programable Gate Array(FPGA) 기반의 디지털 제어 시스템을 구현하였다.
본 시스템에서는 20 kHz까지의 주파수 송신을 목표로 하며, PWM 방식의 효과적인 신호 재구성을 위해 신호 주파수 대비 최소 10배 이상의 스위칭 주파수가 필요하다. PWM 신호 재구성 품질을 고려하여 200 kHz PWM 스위칭 주파수를 채택하였으며, 200 kHz PWM 주파수는 20 kHz 송신 신호의 한 주기당 10개의 PWM 펄스를 제공함으로써 충분한 신호 재구성 품질을 보장하였다.[13,14]또한 200 kHz PWM 주파수는 5 ns의 펄스폭 분해능을 달성하기 위해 선정되었다. PWM 주기 5 µs(1/200 kHz) 내에서 1,000개의 시간 분할 스텝을 구성하면 약 10비트에 해당하는 듀티 사이클 정밀도를 구현할 수 있다. 5 ns 펄스폭 분해능과 200 kHz PWM 주파수의 곱(5 ns × 200 kHz = 1,000 step)을 실현하기 위해서는 200 MHz의 클럭이 필요하며, 200 MHz 클럭은 PWM 주파수(200 kHz)와 요구 분해능 스텝(1,000)의 곱으로 결정되는 FPGA 기반 신호 생성기의 클럭 제약 조건에 의해 제한된다.
FPGA 내부에서는 CW, LFM, NLFM 등 다양한 디지털 신호를 PWM 방식으로 변환하여 출력하며, 200 MHz 시스템 클럭 하에서 5 ns 단위의 정밀한 펄스폭 제어를 통해 고품질의 아날로그 신호 재구성을 가능하게 한다.
2.2 파워 앰프
PWM 파형은 저전력 디지털 신호이기 때문에, 이를 수중 송신에 적합한 고전력 전기 신호로 증폭하기 위해 파워 앰프가 사용된다. 본 시스템에서는 고효율, 고출력을 동시에 구현할 수 있는 Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(SiC MOSFET) 기반 Class-D 앰프를 채택하였다. Table 1은 주요 전력 스위칭 소자의 특징을 나타낸 것이다. Si(Silicon)기반 MOSFET의 경우 스위치당 에너지 밀도가 낮아 동일한 출력 전력을 확보하기 위해선 시스템이 비대해지는 단점이 존재한다. 또한 Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)는 높은 전압 및 전류 처리 능력을 바탕으로 대용량 전력 변환에 적합하지만, 스위칭 속도가 느려 일반적으로 고주파 스위칭이 요구되는 음향 발생 시스템에서는 사용이 어렵다.[16] 이러한 문제점을 해소하고자 본 연구에서는 SiC MOSFET을 기반으로 하는 파워 앰프를 설계하였다. Class-D 앰프는 PWM 신호의 스위칭 동작을 기반으로 하며, 트랜지스터가 거의 항상 온 또는 오프 상태에 있으므로 전력 손실이 최소화 된다.[17] 이는 효율이 80 % ~ 95 % 수준으로, 리니어 앰프인 Class-A 앰프의 25 % ~ 30 %, Class-AB 앰프의 50 % ~ 60 % 대비 월등히 높다.[18] SiC 기반의 Class-D 앰프는 고효율로 인해 방열 설계가 간소화되어 소형 및 경량 시스템 설계에 적합하며, 스위칭 방식으로 인한 손실이 적어 고출력 구동에 용이하다. 또한 PWM신호를 이용한 디지털 제어에 높은 호환성을 가진다는 장점을 가진다.
Table 1.
2.3 매칭 네트워크
파워 앰프와 트랜스듀서사이에는 임피던스 차이가 존재하므로, 이를 정합시켜 에너지 전달 효율을 극대화하기 위한 매칭 네트워크가 필요하다.[10] 본 연구에서는 트랜스듀서의 임피던스 특성을 분석하고, 그에 맞는 LC 필터 기반의 매칭 네트워크를 구성하였다. 또한, 트랜스듀서에 최대 600 Vrms의 전압을 인가하기 위해, 파워 앰프의 300 VDC 전원을 기준으로 승압비 1:3의 변압기를 설계하였다. 이로써 트랜스듀서 구동 전압을 효과적으로 증가시켰으며, 변압기 인덕턴스를 활용한 저역통과 필터효과를 통해 고조파 성분을 억제하였다.
2.4 트랜스듀서
트랜스듀서는 전기 신호를 수중 음파로 변환하는 최종 변환기 역할을 담당한다. 본 시스템에서는 2 kHz부터 20 kHz까지의 광대역 송신 특성이 요구되어 GeoSpectrum Technologies 사의 M18C-6.0 모델을 선정하였다. 해당 트랜스듀서는 12 kHz 대역에서 최대 송신감도를 나타내지만, 2 kHz 대역에서는 송신감도가 약 30 dB 낮아지는 특성을 보인다. 이러한 주파수별 송신 감도 편차를 보상하고 광대역 주파수 범위에서 균일한 음향 출력 특성을 확보하기 위해, 본 연구에서는 M18C-6.0의 TVR 특성 그래프인 Fig. 2를 기반으로 설계한 디지털 보상 필터를 FPGA 기반 신호 생성부에 구현하였다. 이를 통해 2 kHz – 20 kHz 범위에서 주파수에 따라 송신 전압을 가변적으로 조정함으로써, 일정한 음향 출력이 가능하도록 하는 송신 시스템을 구성하였다.
III. THD+N 최적화 설계
수중 음향 송신 시스템의 비선형성은 파워 앰프, 매칭 네트워크, 트랜스듀서 등 다양한 하드웨어 구성요소에서 발생하며, 이는 송신 신호에 고조파 왜곡과 광대역 잡음을 유발한다. 이러한 비선형 왜곡과 잡음 성분은 THD+N으로 정량화되며, THD+N이 증가할수록 송신 신호의 품질이 저하된다. THD+N은 SINAD의 역수 관계에 있으므로, THD+N이 1 %에서 10 %로 증가하면 SINAD는 40 dB에서 20 dB로 급격히 감소하여 유효 신호 대 불요 성분 비율이 크게 악화된다. 높은 THD+N은 디지털 통신 시스템의 성능에 직접적인 영향을 미친다. 송신 신호의 왜곡과 잡음은 수신기에서 심볼 판정 오류를 증가시키며, 이는 비트 오류율(Bit Error Rate, BER)의 상승으로 나타난다.[19]
수중 환경은 이미 높은 신호 감쇠, 다중경로 간섭, 도플러 효과, 그리고 제한된 대역폭과 같은 열악한 채널 특성을 가지고 있다.[8,20] 이러한 환경에서 송신 시스템의 THD+N이 추가로 증가하면, 채널의 열악한 특성에 송신기 비선형성으로 인한 왜곡 및 잡음이 더해져 전체적인 신호 품질(SINAD)이 급격히 저하되며, 이는 통신 링크의 유지를 더욱 어렵게 만든다.[8,21] 따라서 수중 통신 시스템의 안정적 운용과 장거리 통신 성능 확보를 위해서는 하드웨어 비선형성을 최소화하고 THD+N을 낮은 수준으로 유지하는 것이 필수적이다.
3.1 매칭 네트워크 및 시스템 모델링 고도화
THD+N 개선을 위해서는 파워 앰프와 트랜스듀서 간의 임피던스를 정확히 정합시켜야 하며, 이를 위해 매칭 네트워크의 정밀한 분석이 선행되어야 한다. 특히 송신 시스템의 최종 출력 특성은 단순한 파워 앰프 자체가 아닌, 파워 앰프 출력단의 LC 필터, 승압용 트랜스포머 그리고 트랜스듀서 임피던스와의 상호 작용에 의해 결정된다. 따라서 트랜스듀서의 주파수 특성 모델을 정밀하게 추출하고, 전송선 특성까지 포함한 시스템 전체를 하나의 전기적 모델로 통합하여 분석할 필요가 있다.[22,23]
3.2 트랜스듀서 임피던스 특성 모델링
트랜스듀서의 주파수 특성을 정밀하게 모델링하기 위해, 주파수별 임피던스 값을 측정한 후 이를 기반으로 회로 모델을 구성하고, PSpice 환경에서 시뮬레이션을 수행하였다. Fig. 3는 100 m 케이블이 포함된 트랜스듀서의 임피던스 및 위상 측정값을 나타낸다. Fig. 4는 케이블이 포함된 트랜스듀서에 대한 PSpice 시뮬레이션용 등가 모델를 보여준다. 케이블의 임피던스는 Fig. 5와 같이 실제 회로에서 발생하는 손실을 회로 해석 및 시뮬레이션에 반영하기 위해 개선된 5 m 길이의 T형 손실등가모델 20개를 직렬로 연결하여 구현하였다.
Fig. 6는 등가모델의 시뮬레이션된 임피던스와 위상값을 보여준다. 시뮬레이션 결과 Fig. 3와 유사한 경향을 보이는 특성을 얻을 수 있었으며, 이는 모델링을 통한 시뮬레이션 환경에서 트랜스듀서의 주파수별 임피던스 특성을 구현할 수 있음을 보여준다.
트랜스듀서 임피던스의 측정값과 시뮬레이션값의 비교를 통해 트랜스듀서 임피던스 모델링의 정확도를 검증할 수 있었다. 검증된 트랜스듀서 임피던스 모델은 이후 출력 필터 설계의 기반 모델로 활용하였다.
3.3 시스템 출력 주파수 특성 및 문제점 추출
Fig. 4의 등가모델을 기반으로 승압 트랜스, 및 트랜스듀서의 임피던스로 구성된 전체 송신 시스템의 출력을 PSpice 환경에서 시뮬레이션하여 주파수 특성에 따른 응답을 분석하였다.
Fig. 7은 해당 시스템의 주파수 응답 분석 결과를 나타낸 것으로, 두 개의 특정 주파수 대역에서 출력이 비정상적으로 상승하는 현상이 확인되었다.
(1) 40 kHz에서 70 kHz 구간 : 이 구간은 임피던스 매칭 트랜스포머의 2차 측 누설 인덕턴스와 트랜스듀서의 등가정전용량에 의해 결정되는 주파수 영역이다. 시스템에 사용된 트랜스포머의 2차 측 누설 인덕턴스()는 67.7 µH이고 해당 주파수에서 임피던스와 위상으로 계산되는 트랜스듀서의 등가정전용량()은 약100 nF의 값을 가진다. 이는 Eq. (1)에서와 같이 계산되며 이로 인해 약 60 kHz 주파수 대역에서 출력 최대가되는 상승구간이 생성된다.
해당 구간에서의 부스팅으로 송신 주파수 대역인 15 kHz에서 20 kHz의 3차 및 5차 고조파가 상승하게 되며, 이는 송신 주파수의 THD+N의 증가에 따른 잡음 성분의 확대를 유발 할 수 있다.
(2) 100 kHz에서 400 kHz 구간 : 100 kHz 이상 주파수인 이 구간은 트랜스포머 2차 측 누설인덕턴스 67.7 µH값과 해당 주파수에서의 등가정전용량 1.5 nF값으로 Eq. (1)에서 계산되며 약 500 kHz 주파수 대역에서 출력이 최대가 되는 부스팅 구간이 생성된다.
본 시스템에서 사용되는 Class-D 증폭기는 200 kHz의 스위칭 주파수를 가지며, 500 kHz 주파수 대역에서 발생하는 부스팅 현상으로 인해 스위칭에 따른 고조파 잡음의 크기가 유효 신호 출력과 유사한 수준에 이르게 된다. 이로 인해 SINAD가 저하될 우려가 있으며, 해당 주파수 대역에서의 이득 감소 또는 필터링에 대한 보완 대책이 요구된다.
3.4 필터 설계 및 적용
100 kHz 이상 주파수의 노이즈를 억제하기 위해, 트랜스포머 2차측의 누설인덕턴스를 이용한 LC필터를 적용하였다. 시스템에 사용된 트랜스포머 2차측의 누설인덕턴스는 67.7 µH이며, 출력 측에 54 nF의 커패시터를 병렬로 추가하여 Fig. 7의 (1)의 공진주파수는 60 kHz에서 50 kHz로 이동하고, Fig. 7의(2)의 공진주파수 500 kHz는 150 kHz로 이동하여 150 kHz 이상의 이득특성을 대폭 감쇄하였다. Fig. 8은 해당 회로의 등가 모델을, Fig. 9은 주파수 특성에 따른 시뮬레이션 결과를 각각 나타낸다.
Fig. 10은 LC 필터를 적용한 상태에서 송신 주파수 5 kHz의 출력 전압 80 Vrms, CW 파형으로 송신된 파형의 오실로스코프 수신 이미지를 보여준다.
Fig. 11은 해당 출력의 Fast Fourier Transform(FFT) 분석 결과를 나타내며, 송신 파형에 LC 필터가 적용되었음에도 불구하고 여전히 40 kHz ~ 70 kHz 및 100 kHz ~ 200 kHz 구간 대역의 노이즈가 존재함을 확인할 수 있었다.
시뮬레이션 결과인 Fig. 9에서 확인된 (1) 및 (2) 영역의 주파수 성분이 각각 Fig. 11의 40 kHz ~ 70 kHz 및 100 kHz ~ 200 kHz 구간에서 노이즈로 나타난 것임을 보여준다. 이는 약 83 kHz를 차단 주파수로 하는 저역통과 LC필터를 적용하였음에도 불구하고, 컷오프 대역 인근에서 발생한 엣지 부스팅 현상에 의해 해당 주파수 성분의 노이즈가 오히려 증폭된 것으로 판단된다.[24,25]
엣지 부스팅 현상으로 증폭된 2개의 주파수 구간에서 생성되는 노이즈를 억제하기 위해 승압 트랜스 출력단에 LCR-노치 필터(LCR-Notch filter)를 추가하였다. Fig. 12는 LCR-노치 필터 2개를 적용한 시스템 출력단 모델을 보여준다.
노치 필터의 컷오프 주파수는 아래의 Eq. (2)와 같이 계산된다.
노치 필터가 얼마나 좁고 깊게 특정 주파수를 제거하는지를 나타내는 파라미터를 노치 필터의 품질 계수(Q)라고 하며 이는 Eq. (3)과 같이 얼마나 좁은 주파수 대역을 선택적으로 감쇄하는지 비율로 나타낸다.
여기서 는 노치필터의 중심 주파수를 나타내며 BW는 –3 dB 감쇠되는 대역폭을 나타낸다. 이를 회로 기준으로 아래 Eq. (4)와 같이 나타낼 수 있다.
본 시스템에서는 40 kHz ~ 70 kHz와 100 kHz ~ 400 kHz 두 주파수 구간에서 발생하는 고주파 노이즈를 완만하게 억제하기 위해, 두 개의 노치 필터를 적용하였다.
(1) 40 kHz에서 70 kHz 구간 : 50 µH 인덕터, 200 nF 커패시터, 22 Ω 저항으로 구성된 노치 필터를 적용하였다. 이 필터는 약 1.39의 Q값을 가지며, 중심 주파수는 50.3 kHz로, 약 32 kHz ~ 68 kHz의 범위에서 고주파 노이즈를 억제한다.
(2) 100 kHz에서 400 kHz 구간 : 7 µH의 인덕터, 30 nF의 캐패시터, 12 Ω의 저항으로 구성되며, 약 0.78의 Q 값을 가지는 노치필터를 적용하였다. 이는 중심 주파수 347.3 kHz로 126.3 kHz에서 568.3 kHz의 넓은 주파수 범위에서 감쇠 효과를 나타낸다.
Fig. 13은 LC 필터와 두 개의 노치 필터가 추가된 송신 시스템의 출력을 시뮬레이션한 결과이다. Fig. 9와 비교하면, 노치 필터 추가 이후 50 kHz 대역에서는 노이즈 성분이 약 14 dB 감소하였고, 200 kHz 대역에서는 약 6 dB, 400 kHz 대역에서는 약 8 dB의 감쇠가 발생한 것을 확인할 수 있다.
Fig. 14와 Fig. 15는 노치 필터 적용 후, 송신 주파수 5 kHz 및 80 Vrms 출력 조건에서의 CW 송신 파형과 그에 대한 FFT분석 결과를 각각 보여준다. 이는 노치 필터 적용 전 결과인 Fig. 10과 비교했을 때, THD+N이 개선된 CW 파형을 확인할 수 있다. 또한 FFT 분 결과인 Fig. 15와 Fig. 11를 비교하면, 50 kHz 대역의 노이즈 성분은 약 8 dB, 200 kHz 대역의 노이즈 성분은 약 5 dB, 그리고 400 kHz 성분은 약 10 dB 각각 감소한 것으로 나타났다. 이는 시뮬레이션 결과와 상응하는 결과를 나타내며, 고주파 노이즈가 집중된 영역을 목표로 설계된 필터를 적용함으로써 발생한 THD+N의 개선 효과를 실험적으로 입증할 수 있었다.
IV. 결 론
본 연구에서는 2 kHz에서 20 kHz의 광대역 주파수 영역에서 송신이 가능한 소나 기반 수중 통신 송신 시스템을 설계하였다. 특히 송신 품질의 핵심 지표인 총 고조파 왜곡 및 잡음(THD+N)을 최적화하기 위해 시스템 구성 요소별로 정밀한 모델링과 최적화 설계를 수행하였다. 트랜스듀서의 주파수별 임피던스를 기반으로 전체 송신 시스템을 PSpice 환경에서 모델링 및 분석함으로써, 고조파 왜곡이 집중되는 주파수 대역을 식별할 수 있었고, 이를 억제하기 위한 필터를 설계하여 시스템에 적용하였다. 필터 적용 결과, 출력 파형의 정현파 특성이 향상되었으며, 40 kHz ~ 70 kHz 및 100 kHz ~ 400 kHz 대역의 고조파 성분이 5 dB에서 최대 10 dB까지 감소한 것을 확인하였다.
본 연구에서 개발한 수중 음향 송신 시스템의 낮은 THD+N 특성은 송신 신호 품질 향상에 직접적으로 기여한다. 낮은 THD+N은 성상도의 분산을 감소시켜 심볼 판정 정확도를 향상시키며, 이는 비트 오류율(BER) 감소로 직결된다.[19]
송신 신호의 높은 선형성은 장거리 수중 통신에서 특히 중요하다. 음향파는 매질의 비선형성으로 인해 전파 거리가 증가할수록 신호 왜곡이 누적되며, 이러한 현상은 높은 음압과 넓은 대역폭을 사용하는 통신 시스템에서 더욱 두드러진다.[26] 본 시스템의 낮은 THD+N은 송신단에서의 초기 왜곡을 최소화함으로써 비선형 전파에 의한 왜곡 누적의 기준점을 낮추며, 결과적으로 장거리에서도 안정적인 신호 품질을 보장한다.
본 연구의 결과는 수중음향통신 분야에서 다음과 같은 발전 가능성을 제시한다. 첫째, 저왜곡 특성으로 확보된 높은 SINAD는 QPSK, 8-PSK, 16-QAM과 같은 고차 디지털 변조 방식의 정밀한 성상도 구현을 가능하게 한다. 이는 제한된 수중음향 대역폭 내에서 심볼당 전송 비트 수를 증가시켜 데이터 전송률을 대폭 향상시킬 수 있음을 의미한다. 둘째, 우수한 송신 신호 품질은 복잡한 채널 환경에서도 통신 링크의 신뢰성을 보장하여 해양 과학 탐사, 자율 수중 로봇(AUV) 통신, 실시간 해양 환경 모니터링 등의 실용 응용을 가능하게 한다.
결론적으로, 본 연구에서 제안한 저 THD+N 수중 음향 송신 시스템은 고속 수중 데이터 통신 네트워크 구축을 위한 핵심 기반 기술로 발전 할 수 있으며, 향후 해양 기술 분야의 발전에 실질적으로 기여할 것으로 사료된다.
