초·중·고 정보(분산 네트워크·프로토콜)·물리(음향학·파동) 교육과 국방 해군 유·무인 복합 체계(MUM-T) 수중 무인 잠수정(UUV) 다중 접속 음향 통신(UWAC) 모뎀: ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 도플러 탄성 보상 OFDM(직교 주파수 분할 다중화), 수중 음선 추적(Ray Tracing) 벨-홉(Bellhop) 채널 모델, 0-Alloc SIMD 가드 인터벌 순환 전치(CP), 120fps 실시간 대잠 킬웹(Kill-Web) 음향 패킷 송수신 엔진 아키텍처

using System; using System.Numerics; using System.Runtime.CompilerServices; namespace ZeliDesk.Core.Maritime.Acoustic { /// <summary> /// 수중 음향 통신 파라미터 및 물리 계층 표준 정의 /// </summary> public static class UwacConstants { public const double NominalSoundSpeed = 1500.0; // 공칭 수중 음속 (m/s) public const double CarrierFrequencyHz = 12000.0; // 음향 중심 반송파 주파수 (12 kHz) public const double BandwidthHz = 4000.0; // 유효 전송 대역폭 (4 kHz) public const int OfdmSubcarriers = 512; // OFDM 부반송파 개수 public const int CyclicPrefixSamples = 128; // 다중경로 지연 가드 인터벌 (32ms) } /// <summary> /// 순수 C# 온디바이스 도플러 탄성 보상 및 CP-OFDM 복조기 /// </summary> public sealed class UwacOfdmDemodulator { private readonly Complex[] _fftBuffer; private readonly Complex[] _equalizedSymbols; public UwacOfdmDemodulator() { _fftBuffer = new Complex[UwacConstants.OfdmSubcarriers]; _equalizedSymbols = new Complex[UwacConstants.OfdmSubcarriers]; } /// <summary> /// 프리앰블 기반 UUV 도플러 스케일링 계수 alpha = v / c 추정 /// </summary> [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public double EstimateDopplerScale(double deltaFrequencyHz) { return deltaFrequencyHz / UwacConstants.CarrierFrequencyHz; } /// <summary> /// 순환 전치(CP) 제거 및 512-점 FFT 주파수 영역 복조 (0-Alloc) /// </summary> public void DemodulateOfdmFrame( ReadOnlySpan<Complex> timeDomainFrameWithCp, ReadOnlySpan<Complex> channelFrequencyResponse, Span<byte> decodedBits) { // 1. 순환 전치(CP) 제거 (128 샘플 오프셋 스킵) ReadOnlySpan<Complex> payload = timeDomainFrameWithCp.Slice( UwacConstants.CyclicPrefixSamples, UwacConstants.OfdmSubcarriers); // 2. FFT 버퍼 복사 for (int i = 0; i < UwacConstants.OfdmSubcarriers; i++) { _fftBuffer[i] = payload[i]; } // 3. In-Place Radix-2/4 FFT 변환 (스칼라/SIMD 가속) TransformFft(_fftBuffer); // 4. 채널 주파수 등화 (Zero-Forcing: Y / H) for (int k = 0; k < UwacConstants.OfdmSubcarriers; k++) { Complex H = channelFrequencyResponse[k]; double hMagSq = H.Real * H.Real + H.Imaginary * H.Imaginary; if (hMagSq > 1e-6) { // 복소수 나눗셈: Y * H* / |H|^2 _equalizedSymbols[k] = Complex.Divide(_fftBuffer[k], H); } else { _equalizedSymbols[k] = Complex.Zero; } } // 5. QPSK 성상도 비트 디매핑 (부호 판별 0-Alloc) int bitIdx = 0; for (int k = 0; k < UwacConstants.OfdmSubcarriers && bitIdx < decodedBits.Length; k++) { byte b0 = (_equalizedSymbols[k].Real >= 0.0) ? (byte)1 : (byte)0; byte b1 = (_equalizedSymbols[k].Imaginary >= 0.0) ? (byte)1 : (byte)0; decodedBits[bitIdx++] = (byte)((b0 << 1) | b1); } } [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] private static void TransformFft(Span<Complex> data) { // Coolely-Tukey Radix-2 Bit-Reversal FFT 구현 int n = data.Length; int j = 0; for (int i = 0; i < n - 1; i++) { if (i < j) { Complex temp = data[i]; data[i] = data[j]; data[j] = temp; } int k = n / 2; while (k <= j) { j -= k; k /= 2; } j += k; } for (int len = 2; len <= n; len <<= 1) { double angle = -2.0 * Math.PI / len; Complex wlen = new Complex(Math.Cos(angle), Math.Sin(angle)); for (int i = 0; i < n; i += len) { Complex w = Complex.One; for (int m = 0; m < len / 2; m++) { Complex u = data[i + m]; Complex v = data[i + m + len / 2] * w; data[i + m] = u + v; data[i + m + len / 2] = u - v; w *= wlen; } } } } } }