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KR101004364B1 - Communication apparatus method for underwater wireless communications - Google Patents

Communication apparatus method for underwater wireless communications Download PDF

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Publication number
KR101004364B1
KR101004364B1 KR1020080124140A KR20080124140A KR101004364B1 KR 101004364 B1 KR101004364 B1 KR 101004364B1 KR 1020080124140 A KR1020080124140 A KR 1020080124140A KR 20080124140 A KR20080124140 A KR 20080124140A KR 101004364 B1 KR101004364 B1 KR 101004364B1
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KR
South Korea
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signal
underwater
wireless communication
communication device
modulation
Prior art date
Application number
KR1020080124140A
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Korean (ko)
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KR20100031445A (en
Inventor
박성준
전준호
변무광
Original Assignee
강릉원주대학교산학협력단
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B11/00Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0002Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate
    • H04L1/0003Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate by switching between different modulation schemes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

수중 무선통신을 위한 통신 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명은 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치에 있어서, 초음파 신호를 입력 받아 변조 신호로 변조한 변조 구간 및 변조 구간의 전단 또는 후단에 삽입된 보호 구간을 포함하는 전송 심볼을 생성하는 변조기 상기 초음파 신호를 증폭하는 증폭기 상기 초음파 신호를 수중 채널을 이용하여 송수신하는 초음파 센서 및 상기 변조 신호를 원래의 신호로 복조하기 위한 복조기를 포함한다. 본 발명에 따르면 수중에서 일어날 수 있는다중 경로에 따른 신호간섭을 최소화하여 정보 전송의 효율성을 높일 수 있다.Disclosed are a communication apparatus and method for underwater wireless communication. According to an aspect of the present invention, there is provided a communication apparatus for performing underwater wireless communication, comprising: a modulator for generating a transmission symbol including a modulation section in which an ultrasonic signal is input and modulated into a modulation signal and a protection section inserted at a front end or a rear end of the modulation section An amplifier for amplifying the ultrasonic signal includes an ultrasonic sensor for transmitting and receiving the ultrasonic signal using an underwater channel and a demodulator for demodulating the modulated signal into an original signal. According to the present invention, it is possible to increase the efficiency of information transmission by minimizing signal interference along multiple paths that can occur underwater.

초음파, 수중 통신 Ultrasound, underwater communication

Description

수중 무선통신을 위한 통신 장치 및 그 방법{COMMUNICATION APPARATUS METHOD FOR UNDERWATER WIRELESS COMMUNICATIONS}Communication device and method for underwater wireless communication {COMMUNICATION APPARATUS METHOD FOR UNDERWATER WIRELESS COMMUNICATIONS}

본 발명은 수중 무선통신에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중환경을 고려한 전송효율을 개선할 수 있는 수중 무선 통신 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to underwater wireless communication, and more particularly, to an underwater wireless communication method and apparatus that can improve the transmission efficiency considering the underwater environment.

바다는 천연자원의 보고이며 인류의 미개척 분야이기에 오랜 기간 동안 해양 개발에 대한 연구가 수행되어 왔다. 심해 광물자원 채취를 위해 수중 탐사 로봇 등이 연구 개발되었으며, 이를 효율적으로 제어하기 위해 수중 무선 통신이 연구되어왔다. 또한, 최근 해양개발 및 재난·재해 방지 시스템에 대한 관심이 높아지면서 수중 센서네트워크 관련 연구가 활발히 진행 중에 있으며, 다수의 노드를 효율적으로 관리하기 위한 고속 저비용 저전력의 수중 초음파 통신모뎀의 필요성이 증대되고 있다. Since oceans are a treasure trove of natural resources and an unexplored field of humanity, research on marine development has been conducted for a long time. Underwater exploration robots have been researched and developed to collect deep sea mineral resources. Underwater wireless communication has been studied to efficiently control them. In addition, as the interest in marine development and disaster prevention system has recently increased, research on underwater sensor networks has been actively conducted, and the necessity of a high speed, low cost, low power underwater ultrasonic communication modem for managing multiple nodes efficiently is increasing. have.

일반적으로 수중 무선 채널은 전파를 산란, 흡수하는 성질이 있어 지상에서 널리 사용되고 있는 전파(radio frequency)를 사용하여 통신할 수가 없고 초음파를 사용하여 통신하여야 하는데, 초음파는 전달 속도가 느려 시간 지연이 크고 대역폭 이 좁아서 데이터 전송률이 낮다는 특징을 갖고 있다.In general, underwater wireless channels have the property of scattering and absorbing radio waves, so they cannot communicate using radio frequency, which is widely used on the ground, and must communicate using ultrasonic waves. Due to the narrow bandwidth, the data rate is low.

수중 초음파 통신을 위한 선행 연구로 수중 채널 특성과 수중 초음파 통신의 한계에 대한 연구가 수행되었고, 상기 연구를 토대로 다양한 변·복조 기법 및 신호처리 알고리즘을 적용한 고출력, 고가의 초음파 통신모뎀 개발에 대한 연구가 수행되었다. 또한, 수중에서의 다양한 응용 분야를 위한 센서네트워크 시스템 설계, 물리계층(PHY layer) 및 매체접근제어 계층(MAC layer) 등에 대한 실질적인 연구가 수행된 바 있다. As a preceding study for underwater ultrasonic communication, research on underwater channel characteristics and limitations of underwater ultrasonic communication has been conducted. Based on the above research, a study on the development of high power and expensive ultrasonic communication modem applying various modulation / demodulation techniques and signal processing algorithms Was performed. In addition, practical researches on sensor network system design, physical layer (PHY layer) and media access control layer (MAC layer) for various applications in the water have been conducted.

그러나, 상기 언급한 수중 센서네트워크 시스템들은 모두 고가의 초음파 통신 모뎀을 이용하여 구현한 것이며, 다수의 센서 노드를 사용하는 시스템을 구축해야 할 경우 저가의 고성능 수중 통신 모뎀이 요구된다. However, the above-mentioned underwater sensor network systems are all implemented using an expensive ultrasonic communication modem, and when a system using a plurality of sensor nodes needs to be constructed, a low-cost, high-performance underwater communication modem is required.

또한, 종래 Mica2 센서 노드를 기반으로 스피커와 마이크를 이용하여 초음파 통신 모뎀을 구현한 사례가 있으나, 통신 거리가 짧고 통신 환경을 지상에 국한하였기 때문에 수중 통신에의 적용이 부적합하다는 문제를 갖는다. In addition, there is a case of implementing an ultrasonic communication modem using a speaker and a microphone based on the conventional Mica2 sensor node, but has a problem that the application to underwater communication is not suitable because the communication distance is short and the communication environment is limited to the ground.

또한, 종래 마이크로 제어 유닛(microcontroller unit 이하 'MCU'라 한다.) 기반으로 제작된 CORAL 이라는 하드웨어를 이용하여 수중 통신 실험을 수행하였으나, 통신 주파수에 따른 비트오율 및 전송 전력 변화에 의한 통신이 가능한 최대 거리에 대해서만 언급하였을 뿐 최대전송 속도는 제시되지 않았다. In addition, although underwater communication experiment was performed using hardware called CORAL manufactured based on the conventional microcontroller unit (hereinafter referred to as 'MCU'), the maximum communication possible by the bit error rate and transmission power according to the communication frequency is possible. Only the distance is mentioned but the maximum transmission speed is not presented.

본 발명은 수중에서 일어날 수 있는 다중 경로에 따른 신호간섭을 최소화하여 정보 전송의 효율성을 높이는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a method and apparatus for improving the efficiency of information transmission by minimizing signal interference due to multiple paths that can occur underwater.

또한 본 발명은 수중무선통신에서 전송효율을 개선할 수 있는수중환경을 고려한 전송 심볼(Transmission symbol)을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a transmission symbol in consideration of the underwater environment that can improve the transmission efficiency in underwater wireless communication.

또한 본 발명은 전송 심볼에 보호시간을 둠으로써 정보 송수신의 오류를 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method and apparatus that can reduce the error of information transmission and reception by giving a guard time to the transmission symbol.

또한 본 발명은 제안한 프레임 포맷을 사용함으로써 수중 무선통신에서 정보를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method and apparatus for efficiently transmitting information in underwater wireless communication by using the proposed frame format.

또한 본 발명은 수중무선통신에서 선택적으로 채널 코딩(Channel coding)을 사용하여 송수신의 신뢰도를 높이는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a method and apparatus for increasing the reliability of transmission and reception by selectively using channel coding in underwater wireless communication.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치에 있어서, 초음파 신호를 입력 받아 변조 신호로 변조한 변조 구간 및 변조 구간의 전단 또는 후단에 삽입된 보호 구간을 포함하는 전송 심볼을 생성하는 변조기 상기 초음파 신호를 증폭하는 증폭기 상기 초음파 신호를 수중 채널을 이용하여 송수신하는 초음파 센서 및 상기 변조 신호를 원래의 신호로 복조하기 위한 복조기를 포함하는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치를 제공할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the present invention provides a communication device for performing underwater wireless communication, comprising: a transmission section including a modulation section in which an ultrasonic signal is received and modulated into a modulation signal and a protection section inserted at the front or rear end of the modulation section; A modulator for generating a symbol; an amplifier for amplifying the ultrasonic signal; and a communication device including an ultrasonic sensor for transmitting and receiving the ultrasonic signal using an underwater channel and a demodulator for demodulating the modulated signal into an original signal. Can provide.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 수중 무선 통신 장치에서 수중 무선 통신을 수행하는 방법에 있어서, 초음파 신호를 입력 받아 변조 신호로 변조한 변조 구간 및 변조 구간의 전단 또는 후단에 삽입된 보호 구간을 포함하는 전송 심볼을 생성하는 단계 상기 초음파 신호를 증폭하는 단계 상기 초음파 신호를 수중 채널을 이용하여 송수신하는 단계 및 상기 변조 신호를 원래의 신호로 복조하는 단계를 포함하는 수중 무선 통신을 수행하는 방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for performing underwater wireless communication in the underwater wireless communication device, the modulation period and the guard interval inserted into the front end or the rear end of the modulation period and modulated signal received by the ultrasonic signal Generating a transmission symbol including amplifying the ultrasonic signal; transmitting and receiving the ultrasonic signal using an underwater channel; and demodulating the modulated signal into an original signal. Can be provided.

본 발명에 따르면 수중에서 일어날 수 있는 다중 경로에 따른 신호간섭을 최소화하여 정보 전송의 효율성을 높이는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method and apparatus for improving the efficiency of information transmission by minimizing signal interference due to multiple paths that can occur underwater.

또한 본 발명은 수중무선통신에서 전송효율을 개선할 수 있는수중환경을 고려한 전송 심볼(Transmission symbol)을 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a transmission symbol in consideration of the underwater environment that can improve the transmission efficiency in underwater wireless communication.

또한 본 발명은 전송 심볼에 보호시간을 둠으로써 정보 송수신의 오류를 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다. In addition, the present invention can provide a method and apparatus that can reduce the error of information transmission and reception by giving a guard time to the transmission symbol.

또한 본 발명은 제안한 프레임 포맷을 사용함으로써 수중 무선통신에서 정보를 효율적으로 전송할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method and apparatus for efficiently transmitting information in underwater wireless communication by using the proposed frame format.

또한 본 발명은 수중 무선통신에서 선택적으로 채널 코딩(Channel coding)을 사용하여 송수신의 신뢰도를 높이는 방법 및 장치를 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method and apparatus for increasing the reliability of transmission and reception by selectively using channel coding in underwater wireless communication.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 통신 모뎀 구현에 관련된 하드웨어를도시한 도면이다.1 illustrates hardware related to an ultrasonic communication modem implementation according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에서는 MCU와 저가의 범용 초음파 센서를 이용하여 고속 수중 통신 모뎀을 설계 구현하고, 다양한 환경에서 통신 실험을 수행함으로써 제작한 수중 통신 모뎀의 성능을 검증하기 위함이다. 이로 인하여 본 발명은 초음파 통신 모뎀의 설계 및 구현 방법과 송·수신 신호처리에 대해 논하며, 구현된 모뎀의 성능을 실험을 통해 확인하게 된다. In this embodiment, the high-speed underwater communication modem is designed and implemented using an MCU and a low-cost general-purpose ultrasonic sensor, and the performance of the underwater communication modem manufactured by performing communication experiments in various environments is provided. For this reason, the present invention discusses the design and implementation method of the ultrasonic communication modem and the transmission and reception signal processing, and confirms the performance of the implemented modem through experiments.

도 1의 (a)는 초음파 센서(110)이고, 도 1의 (b)는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치(120)이며, 도 1의 (c)는 통신 장치(120)를 방수 처리한 상태를 나타낸 도면이다. FIG. 1A illustrates an ultrasonic sensor 110 and FIG. 1B illustrates a communication device 120 performing underwater wireless communication, and FIG. 1C illustrates a waterproof process of the communication device 120. It is a figure which shows the state.

초음파 센서 (110)는 초음파의 특성을 이용하거나 초음파를 발생시켜 거리나 두께, 움직임 등을 검출하는 센서로서, 수중 통신을 위하여 초음파를 전송하는 역할을 수행한다. 본 실시예에서는 센서네트워크의 특징인 대규모 노드 사용을 고려하여 거리측정 용도로 널리 사용되고 있는 저가의 방적형(防滴形) 초음파 센서(110)를 이용하였다. The ultrasonic sensor 110 is a sensor that detects distance, thickness, motion, etc. using ultrasonic characteristics or generates ultrasonic waves, and transmits ultrasonic waves for underwater communication. In this embodiment, a low-cost drip-type ultrasonic sensor 110 widely used for distance measurement is used in consideration of the use of a large node, which is a characteristic of the sensor network.

본 실시예에서는 수중 초음파 통신의 성능을 위주로 모뎀을 구현하였기에 전원전압 및 소모 전력관리 등에 관한 논의는 설명하지 않기로 한다.In this embodiment, since the modem is implemented mainly for the performance of underwater ultrasonic communication, the discussion about power supply voltage and power consumption management will not be described.

이하 수중 무선통신의 물리계층에 적용할 수 있는기술로서 도 1 의 (b)에 제시된 통신 모뎀을 더욱 상세히 살펴보기로 한다. Hereinafter, the communication modem shown in FIG. 1 (b) will be described in detail as a technology applicable to the physical layer of underwater wireless communication.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 기능 블록도 및 수중 무선 통신을 수행하는 개략적인 구성도이다.2 is a functional block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention and a schematic configuration diagram for performing underwater wireless communication.

도 2를 참조하면, 본 실시예서 통신 장치(120, 120')는 송신 장치 및 수신 장치로서의 역할을 수행하며, 각 통신 장치(120, 120')는 증폭기(210, 210'), 변조기(220, 220'), 복조기(230, 230'), 채널 코딩부(240, 240') 및 초음파 센서(110, 110')를 포함한다. Referring to FIG. 2, in the present embodiment, the communication devices 120 and 120 ′ serve as transmitting and receiving devices, and each communication device 120 and 120 ′ is an amplifier 210 and 210 ′ and a modulator 220. , 220 '), demodulators 230 and 230', channel coding units 240 and 240 ', and ultrasonic sensors 110 and 110'.

통신 장치(120, 120')가 송신 장치(Transmitter; 120)로서의 역할을 수행하는 경우, 전송하고자 하는 정보는 변조기(220)에 의해 변조된 후, 변조된 신호의 주파수 및 전력을 중폭하는 증폭기(210)를 거쳐, 초음파 센서(110)를 통해 수중으로 출력된다. When the communication device 120 or 120 'serves as a transmitter 120, the information to be transmitted is modulated by the modulator 220, and then an amplifier that detonates the frequency and power of the modulated signal. Via 210, it is output underwater through the ultrasonic sensor 110.

증폭기(210, 210')는 다른 통신 장치(120, 120')에서 수신된 아날로그 신호를 증폭하거나, 다른 통신 장치(120, 120')로 출력되는 아날로그 신호를 증폭하는 역할을 수행한다. The amplifiers 210 and 210 'amplify the analog signals received by the other communication devices 120 and 120' or amplify the analog signals output to the other communication devices 120 and 120 '.

변조기(220)는 아날로그/디지털 변환을 수행하여, 초음파 신호를 전송 링크로 보낼 수 있는 변형된 형태의 초음파 신호로 변환시켜 준다. 본 실시예에서 변조기(220)에서 이용되는 변조 기법은MCU 의 연산 능력을 고려하여 비교적 수신 신호처리가 용이한 이진 펄스 변조(binary pulse modulation)를 채택할 수 있다. The modulator 220 converts the ultrasonic signal into a modified ultrasonic signal that can be sent to the transmission link by performing an analog / digital conversion. In the present embodiment, the modulation scheme used in the modulator 220 may adopt binary pulse modulation, which is relatively easy to receive signal processing in consideration of the computational power of the MCU.

또한 본 실시예에서 변조기(220, 220')는 변조 신호를 불연속적으로 생성하도록 변조 신호 생성 주기를 설정할 수 있다. 즉 변조기(220, 220')는 소정의 시간(변조 시간)동안 변조 신호를 생성하고, 소정의 시간(보호 시간) 동안 변조 신호를 생성하지 않아 통신 장치(120)에서 신호를 출력하지 않도록 하는 기능을 수행한다. 이는 수중 무선 통신 환경에서 다중 경로로 인한 신호 간섭을 최소화하기 위함이다. In addition, in the present embodiment, the modulators 220 and 220 'may set a modulation signal generation period to discontinuously generate the modulated signal. That is, the modulators 220 and 220 'generate a modulated signal for a predetermined time (modulation time), and do not generate a modulated signal for a predetermined time (protection time) so that the communication device 120 does not output a signal. Do this. This is to minimize signal interference due to multiple paths in an underwater wireless communication environment.

이하에서는 변조기(220, 220') 및 복조기(230, 230')의 역할은 MCU(미도시)에 의하여 수행되는 것으로 설명할 수 있다. Hereinafter, the roles of the modulators 220 and 220 'and the demodulators 230 and 230' may be described as being performed by an MCU (not shown).

또한 송신시 주 주파수는 구현에 사용된 센서가 수중에서 상기 주파수를 이용할 경우 수신 신호의 세기가 가장 큰 것이 유용하며, 특성이 다른 센서를 사용할 경우 주 주파수가 달라질 수 있다. In the transmission, the main frequency is useful when the sensor used in the implementation uses the frequency in water, and it is useful that the intensity of the received signal is the greatest.

또한 통신 장치(120, 120')가 수신 장치(Receiver; 120')로서의 역할을 수행하는 경우, 초음파 센서(110')에 입력된 신호는 증폭기(210')를 거쳐 복조기(230')에 수신된다. In addition, when the communication device 120 or 120 'serves as a receiver 120', the signal input to the ultrasonic sensor 110 'is received by the demodulator 230' via the amplifier 210 '. do.

복조기(230')는 진폭 변조된 입력 신호의 파형을 검출하기 위하여 다이오드와 저주파 필터를 사용하여 포락선을 검출하는 포락선 검파기, 간섭에 대한 영향을 적게 받기 위해 변조 전에 주파수 성분 별로 간섭에 강하도록 개량하는 역할을 수행하는 필터를 포함한다. 이는 수중 채널의 영향으로 신호의 세기가 감소, 왜곡되어 있는 것을 정상화시키기 위한 처리 방법에 해당한다. The demodulator 230 'is an envelope detector that detects an envelope using a diode and a low frequency filter to detect the waveform of an amplitude modulated input signal, and improves the interference by frequency component before modulation to be less susceptible to interference. Contains filters that play a role. This corresponds to a processing method for normalizing that the signal strength is reduced and distorted due to the influence of the underwater channel.

채널 코딩부(240, 240')는 수중 채널을 통하여 송수신되는 패킷을 선택적으 로 채널 코딩하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 송신 장치의 경우 PPDU(영어 원문)를 채널 인코딩한 후 디지털 변조 신호로 변환하고, 수신 장치의 경우 복조된 신호를 채널 디코딩하여 원래의 PPDU를 해독한다. The channel coding units 240 and 240 'selectively channel-code packets transmitted and received through the underwater channel. For example, in the case of a transmitting device, a PPDU (original text) is channel-encoded and then converted into a digitally modulated signal. In the case of a receiving device, the original PPDU is decoded by channel decoding the demodulated signal.

또한 본 실시예에서는수중 무선 통신의 다중 경로로 인한 신호 간섭을 더욱 감소시키기 위하여 수중 채널로 전송되는 전송 심볼의 구성을 다음과 같이 한다. In addition, in the present embodiment, in order to further reduce the signal interference due to the multipath of the underwater wireless communication, the configuration of the transmission symbol transmitted on the underwater channel is as follows.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 심볼의 구성을 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a configuration of a transmission symbol according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 전송 심볼(Transmission symbol)은 소정의 변조 신호를 생성하는 변조 구간과 그 전단 또는 후단에 삽입된 보호 구간(guard band)을 포함한다. The transmission symbol according to the present embodiment includes a modulation section for generating a predetermined modulation signal and a guard band inserted at the front or rear end thereof.

도 3을 참조하면, Ts는 초음파 통신으로 전송되는 심볼 주기(symbol duration)를 나타내고, 심볼 주기(Ts)는 a 만큼의 시간 동안 변조 후 b 만큼의 보호시간을 둔다. 여기서 보호시간 동안의 심볼의 구간, 즉 보호 구간은 변조 구간 사이의 영역으로서, 변조 신호를 생성하지 않는 구간이다. 보호 구간이 이러한 특징을 포함하고 있다면, 보호구간은 어떠한 기술에 의하여 생성하여도 좋다. Referring to FIG. 3, T s denotes a symbol duration transmitted by ultrasonic communication, and the symbol period T s leaves a guard time of b after modulation for as long as a. In this case, the symbol period during the guard time, that is, the guard period is an area between the modulation periods and a period in which no modulated signal is generated. If the guard interval includes these features, the guard interval may be generated by any technique.

수중 채널 환경에서 다중경로 인한 지연 확산은 인접한 심볼끼리 영향을 미치는 ISI (Inter Symbol Interference)의 원인이 되어 송신된 심볼들을 왜곡시켜 수중 통신의 심각한 장애가 된다. 그러나 본 실시예에 따르면 수중 무선 통신의 다중 경로로 인하여 일어날 수 있는 신호 간섭을 줄임으로써 데이터 전송의 오류를 줄일 수 있다. 이러한 효과를 입증하기 위하여 다음과 같은 실험을 행하였다. In the underwater channel environment, delay spread due to multi-path causes ISI (Inter Symbol Interference) that affects adjacent symbols, which distorts transmitted symbols and becomes a serious obstacle in underwater communication. However, according to the present embodiment, it is possible to reduce errors in data transmission by reducing signal interference that may occur due to the multipath of underwater wireless communication. In order to prove this effect, the following experiment was conducted.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 송신시 신호 처리를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph illustrating signal processing during transmission in a communication device according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에서 통신 장치(120, 120')는 송신시 주 주파수를 30kHz로 설정하였다. 즉, 전송 비트가 1 인 경우 초음파 센서(110, 110') 양단에 첨두치 전압이 전원전압의 2 배인 18Vp-p 의 구형파 신호를 30kHz 의 주파수로 출력하고 전송비트가 0 인 경우 구형파 신호를 출력하지 않도록 설계하였다. In this embodiment, the communication apparatuses 120 and 120 'set the main frequency to 30 kHz at the time of transmission. That is, when the transmission bit is 1, the square wave signal of 18Vp-p having the peak voltage twice the power supply voltage is output at the frequency of 30kHz across the ultrasonic sensors 110 and 110 ', and the square wave signal is output when the transmission bit is 0. It is designed not to.

또한 전송하고자 하는 정보가 통신 장치(120)에 입력되면 통신 장치(120)는 정보의 전송속도에 따라서 최상위 비트(MSB)부터 1 비트씩 읽어 들여, 비트 값이 1 일 경우 주 주파수에 맞춰 일정시간 동안 신호 출력 핀을 반전시킨다. 한편 비트 값이 1이 아니라면 1 심볼전송시간 동안 아무런 일도 수행하지 않는다.In addition, when the information to be transmitted is input to the communication device 120, the communication device 120 reads one bit from the most significant bit (MSB) according to the transmission speed of the information, and if the bit value is 1, a predetermined time according to the main frequency While inverting the signal output pin. On the other hand, if the bit value is not 1, nothing is done during 1 symbol transmission time.

이후 통신 장치(120)의 출력은 부정(NOT) 논리 게이트를 통과하여 위상이 반전된 신호와 반전되지 않은 신호로 나누어지게 되고, 각각 증폭기(210)를 거쳐 9Vp-p 의 전압을 센서 양단으로 출력한다. 센서 양단의 입력은 순간적인 위상 차에 의해 18Vp-p 의 전압이 인가된 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.Thereafter, the output of the communication device 120 is divided into a signal having an inverted phase and an uninverted signal through a NOT logic gate, and outputs a voltage of 9Vp-p to both ends of the sensor through the amplifier 210, respectively. do. The input across the sensor can achieve the same effect as the voltage of 18Vp-p is applied by the instantaneous phase difference.

도 4는 송신신호처리의 예로 0xAC 의 1-byte 정보를 1kbps 로 전송하는 송신부 센서 양단의 전압을 나타낸 것이다. 여기서 T1 은 1 심볼 당 전송시간, 즉, 1/T1 은 전송속도를 의미하며, T2 는 주 주파수의 역수를 나타낸다. 4 shows an example of a voltage across the transmitter sensor that transmits 1-byte information of 0xAC at 1 kbps as an example of transmission signal processing. Here, T 1 denotes a transmission time per symbol, that is, 1 / T 1 denotes a transmission rate, and T 2 denotes an inverse of the main frequency.

이를 도 3과 관련하여 설명하면, T1은 심볼 주기인 Ts에 해당한다. 또한 변조 시간인 a는 T3이고, 보호시간인 b는 (T1- T3)에 해당한다. 즉 본 실시예에서는 전송비트 1 에 대하여 T3 시간 동안구형파를 출력하고, (T1- T3) 시간 동안 보호 구간을 두는데, 이는 통신환경에 따라 데이터 전송률 및 통신 거리에 영향을 미치는 중요한 요인이라 할 수 있다.Referring to FIG. 3, T 1 corresponds to a symbol period T s . In addition, the modulation time a is T 3 , and the protection time b corresponds to (T 1 -T 3 ). That is, in the present embodiment, a square wave is output for transmission bit 1 for T 3 hours, and a guard interval is provided for (T 1 -T 3 ) time, which is an important factor affecting the data rate and the communication distance according to the communication environment. This can be called.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 수신시 신호 처리를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph illustrating signal processing upon reception in a communication device according to an embodiment of the present invention.

즉, 도 5는 통신 장치(120')가 신호 수신시 신호처리 과정을 나타내는 것으로 각 파형은 수신 회로의 특정한 위치에서 출력 전압을 오실로스코프로 측정한 것이다. That is, FIG. 5 illustrates a signal processing process when the communication device 120 'receives a signal. Each waveform measures an output voltage with an oscilloscope at a specific position of a receiving circuit.

도 5의 (a)는 수신 센서에 입력된 신호를 1 차 증폭한 파형을 나타낸 것으로 송신 신호의 추정치로 판단되는 신호에 채널 환경에 의한 다중 경로(multi-path) 신호가 섞여 있음을 알 수 있다. 다중 경로 신호는 수중 채널 환경에 따라 큰 차이가 있으며, 이는 수중 초음파 통신의 정보 전송률에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나이다.5 (a) shows a waveform obtained by firstly amplifying a signal input to a reception sensor, and it can be seen that a multi-path signal due to a channel environment is mixed with a signal determined as an estimate of a transmission signal. . Multipath signal has a big difference according to the underwater channel environment, which is one of the important factors affecting the information transmission rate of underwater ultrasonic communication.

도 5의 (b)는 1 차 증폭된 신호가 포락선 검파기에 의해 저주파 대역 신호로 변화된 파형을 보여주고 있다. 5B shows a waveform in which the first amplified signal is changed into a low frequency signal by an envelope detector.

도 5의 (c)는 필터에 의해채널에서 발생한 노이즈 신호가 제거된 후 2 차적 으로 소폭 증폭된 신호이다. 본 예에서는 포락선 검파기의 출력 신호 세기가 크다는 것을 감안하여 증폭비를 거의 1 에 가깝게 설정하였으나, 채널 환경 또는 모뎀간의 거리에 따라 증폭비가 달라질 수 있다. 또한 추후 자동 이득 조정 장치(AGC, auto gain controller)를 적용하게 될 경우유연하고 신뢰도 높은 신호처리를 수행할 수 있을 것으로 예상된다.FIG. 5 (c) shows a second amplified signal after the noise signal generated in the channel is removed by the filter. In this example, the amplification ratio is set to almost 1 in consideration of the large output signal strength of the envelope detector, but the amplification ratio may vary depending on the channel environment or the distance between the modems. In addition, when an automatic gain controller (AGC) is applied later, it is expected that flexible and reliable signal processing can be performed.

도 5의 (d) 파형은 2 차적으로 소폭 증폭된 신호가 Schmitt-trigger 의 히스테리시스에 의해 하이(high) 또는 로(low) 의 안정화된 신호로 변화된 것을 나타낸다. 이 신호는 MCU 의 인터럽트(interrupt) 핀에 연결되어 있으며, 데이터 패킷(data packet)의 최초 라이징 엣지(rising edge)가 입력되었을 때 MCU 에 인터럽트를 발생시켜 수신신호에 대한 샘플링(sampling)을 시작한다.The waveform (d) of FIG. 5 shows that the second narrowly amplified signal is changed into a high or low stabilized signal by Schmitt-trigger hysteresis. This signal is connected to the interrupt pin of the MCU. When the first rising edge of the data packet is input, it generates an interrupt to the MCU to start sampling the received signal. .

샘플링은 최초 인터럽트가 발생된 이후 50us 간격으로 3 회 수행하며, 매 T1 시간마다 동일한 방법으로 샘플링을 수행한다. 최종적으로, 샘플링 된 값들에 대해 과반수 투표(majority voting)을 수행하여 수신 비트를 결정한다.Sampling is performed three times at 50us intervals after the initial interrupt is generated, and sampling is performed in the same manner every T 1 hour. Finally, a majority voting is performed on the sampled values to determine the received bit.

한편, 수신 신호의 세기 측정을 위해 2차 증폭된 신호의 출력을 MCU 의 ADC (analog-to-digital converter) 핀으로 입력시켜 샘플링이 수행되는 시점과 거의 동일한 시점에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.On the other hand, to measure the strength of the received signal, the output of the second amplified signal is input to the analog-to-digital converter (ADC) pin of the MCU and converts the analog signal into a digital signal at about the same time as the sampling is performed. .

측정된 수신 세기는 일종의 RSSI (received signal strength indicator) 값으로 모뎀간의 거리 및 현재의 채널 상태를 알려주는 척도이며, 추후 AGC 구현 및 매체접근제어 계층에서의 자원 할당에 활용될 수 있을 것으로 예상된다.The measured reception strength is a kind of received signal strength indicator (RSSI) value indicating a distance between modems and a current channel state, and is expected to be used for resource allocation in the AGC implementation and the media access control layer.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 수중 통신을 수행하기 위한 패킷 포맷을 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating a packet format for performing wireless underwater communication according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 실시예에서 패킷 포맷은 동기화 구간(Preamble field), 패킷 길이 구간(packet length field) 및 정보 데이터 구간(information data field)을 포함한다. 이는 본 실시예가 초음파 통신 모뎀간의 통신 성능을 위주로 실험을 수행하기 때문에 패킷 포맷을 간략히 구성한 것이다.Referring to FIG. 6, in this embodiment, the packet format includes a synchronization field (Preamble field), a packet length field, and an information data field. This embodiment simply configures the packet format because the present embodiment performs the experiment mainly on the communication performance between the ultrasonic communication modems.

여기서, 동기화 구간(Preamble field)은 통신 동기화를 수행하고, 패킷 길이 구간(packet length field)은 패킷에 포함된 정보 데이터의 크기를 나타내며, 정보 데이터 구간(information data field)은 전송하고자 하는 정보를 포함한다. Here, the synchronization field (Preamble field) performs communication synchronization, the packet length field (packet length field) represents the size of the information data included in the packet, the information data section (information data field) includes the information to be transmitted do.

본 실시예에서 동기화(preamble) 값은 수신 신호처리 특성에 의해 MSB 가 1 인 임의의 1 바이트 데이터(byte data) 중에서 0xAC를 사용한다. 또한 패킷 길이 구간은 패킷에 실리는 정보 데이터(information data)의 바이트(byte) 수를 나타내는데, 여기서는 수신 신호 세기 측정을 위한 정보로도 활용하였다. 즉, 본 실시예에서는 패킷 당 정보 데이터를127 byte로 고정하였기 때문에 패킷 길이 구간은 항상 0x7F의 값을가진다. In the present embodiment, the preamble value uses 0xAC out of arbitrary 1 byte data having the MSB of 1 due to received signal processing characteristics. In addition, the packet length section indicates the number of bytes of information data carried in the packet, which is also used as information for measuring received signal strength. That is, in this embodiment, since the information data per packet is fixed to 127 bytes, the packet length section always has a value of 0x7F.

통신 장치(120')는 수신기의 역할을 수행할 때 이 값을 미리 알고 있기 때문에 1 의 값을 가지는 7 비트에 대한 수신 세기의 평균 값을 한 패킷의 수신 신호 세기로 정의한다.Since the communication device 120 ′ knows this value in advance when performing the role of a receiver, the communication device 120 ′ defines an average value of reception strength for 7 bits having a value of 1 as the reception signal strength of one packet.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, PPDU (PHY Protocol Data Unit)는 동기 화 구간(Preamble field), SFD 구간(Start of Frame Delimiter field), 프레임 길이 구간(Frame length field), 예비 구간(Reserved field) 및 PSDU 구간(PHY Service Data Unit field)로 구성된다. According to another embodiment of the present invention, a PHY Protocol Data Unit (PPDU) includes a synchronization field (Preamble field), a Start of Frame Delimiter field (SFD), a frame length field, and a reserved field. ) And PSDU interval (PHY Service Data Unit field).

PPDU의 구성에 있어서 동기화 구간(Preamble field)은 송신측과 수신측간 동기를 맞추기 위해 사용하고, SFD구간(Start of Frame Delimiter field)은 동기화가 끝났음을 알려주며, 또한 패킷 데이터의 시작을 나타낸다. In the configuration of the PPDU, a synchronization field (Preamble field) is used to synchronize the transmitting side and the receiving side, and the SFD section (Start of Frame Delimiter field) indicates that the synchronization is completed, and also indicates the start of packet data.

프레임 길이 구간(Frame length field)은 페이로드(PSDU)의 길이를 알려주는 구간이고, 예비 구간(Reserved field)은 추가의 용도로 활용되도록 삽입되며, PSDU 구간(PHY Service Data Unit field)은 상위 계층에서 전달된 payload이다. 여기서 상기 각 field는 특정한 길이를 가질 수 있다. The frame length field is a section indicating the length of the payload (PSDU), the reserved field is inserted to be used for additional purposes, and the PSDU section (PHY Service Data Unit field) is a higher layer. The payload passed in. Here, each field may have a specific length.

이렇게 본 실시예에 따른 패킷 포맷은 응용에 따라 달라질 수 있다. As such, the packet format according to the present embodiment may vary depending on the application.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 구형파 신호 출력 시간(T3) 변화에 따른 수신 신호 세기의 변화를 나타낸 표이다. 7 is a table illustrating a change in received signal strength according to a change in a square wave signal output time T 3 in a communication device according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, T2는 주 주파수의 역수를 의미하며, 구형파 신호 출력 시간(T3)은 T2의 배수들로 선택하였다. 또한, 수신 신호 세기는 수신부의 2 차 증폭기(210, 220') 출력 신호 중 데이터 패킷의 패킷 길이 구간(packet length field) 신호가MCU 의ADC 에 의해 0x00 에서 0xFF까지 선형 256 레벨로 변환된 것이다. Referring to FIG. 7, T 2 means an inverse of the main frequency, and the square wave signal output time T 3 is selected as multiples of T 2 . In addition, the received signal strength is that the packet length field signal of the data packet among the output signals of the secondary amplifiers 210 and 220 'of the receiver is converted into a linear 256 level from 0x00 to 0xFF by the ADC of the MCU.

실험 결과 T3가 증가할수록 수신 신호 세기가 커지는 반면, 신호 세기의 증 가율은 점점 줄어든다는 것을 알 수 있다. 또한, T3가 1·T2인 경우 신호 세기가 미약하여 정보 손실이 커지고, 10·T2인 경우 수신 신호 세기는 증가하지만 협소한 실험 환경의 영향으로 다중 경로 및 심볼간의 간섭이 증가함을 확인할 수 있었다. Experimental results show that as the T 3 increases, the received signal strength increases, while the increase rate of the signal strength decreases gradually. In addition, when T 3 is 1 · T 2 , the signal strength is weak and information loss increases.In the case of 10 · T 2 , the received signal strength increases, but the interference between multipaths and symbols increases due to the narrow experimental environment. I could confirm it.

이는 통신 장치에서 신호를 송신하는 경우, 변조 시간이 작을수록, 즉 보호 시간이 클수록 타 통신 장치에서 수신하는 수신 신호의 세기가 증가한다는 것을 의미한다. This means that when the communication device transmits a signal, the smaller the modulation time, that is, the greater the protection time, the higher the intensity of the received signal received by the other communication device.

한편, 구형파 신호 출력 시간을 2·T2로 고정한 후 두 통신 장치(120, 120')간의 거리를 변화시키면서 통신 성능 실험을 수행하였는데, 통신 거리가 멀어질수록 수신 신호의 세기가 급격히 감소함을 확인할 수 있었다. 상기 결과들은 수신 신호 세기의 측정값을 채널의 상태 또는 통신 장치(120, 120')간의 거리 추정을 위한 중요한 정보로 이용할 수 있음을 의미한다.On the other hand, after fixing the square wave signal output time to 2 · T 2 , a communication performance test was performed while varying the distance between the two communication devices 120 and 120 ′. As the communication distance increases, the strength of the received signal decreases drastically. I could confirm it. The results indicate that the measured value of the received signal strength can be used as important information for estimating the state of the channel or the distance between the communication devices 120 and 120 '.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 데이터 전송률과 심볼 당 구형파 신호 출력 시간(T3) 변화에 따른 비트오율(BER)을 나타낸 표이다. 8 is a table illustrating a bit error rate (BER) according to a change in data rate and a square wave signal output time T 3 per symbol in a communication device according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 통신 장치(120, 120')의 데이터 전송률을 1kbps 로 고정시키고 T3를 2·T2, 3·T2로 설정했을 때 10-6의 BER 성능을 얻을 수 있었으며, T3가 2·T2보다 작거나 3·T2보다 큰 경우에는 상당히 높은 비트오율(BER)을 보였다. Referring to FIG. 8, when the data rates of the communication devices 120 and 120 'were fixed at 1 kbps and T 3 was set to 2 · T 2 and 3 · T 2 , a BER performance of 10 −6 was obtained. When 3 is less than 2 · T 2 or greater than 3 · T 2 , the bit error rate (BER) is significantly higher.

또한 데이터 전송률을 1.2kbps 또는 1.5kbps로 고정하였을 때에도 유사한 특 성을 관찰할 수 있었으며, T3가 3·T2인 경우 2·T2에 비해 약 10배의 비트오율이 발생하는 점을 미루어 보아 현재 실험 환경에서 다중 경로의 영향이 상당히 크다는 것을 유추할 수 있다. 이는 통신 장치에서 송신되는 전송 심볼의 보호구간이 커질수록, 비트오율이 감소한다는 것을 의미한다. Similar characteristics were also observed when the data rate was fixed at 1.2 kbps or 1.5 kbps. In the case that T 3 is 3 · T 2 , bit error rate is about 10 times higher than that of 2 · T 2 . It can be inferred that the effects of multiple paths in the current experimental environment are significant. This means that as the guard interval of the transmission symbol transmitted from the communication device increases, the bit error rate decreases.

본 발명에 따른 장치에서 수중 무선 통신을 수행하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있 는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method of performing underwater wireless communication in the apparatus according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media, such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium such as an optical or metal wire, a waveguide, or the like including a carrier wave for transmitting a signal specifying a program command, a data structure, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by the compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and changes can be made.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 통신 모뎀 구현에 관련된 하드웨어를도시한 도면.1 illustrates hardware related to an ultrasonic communication modem implementation in accordance with one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 기능 블록도 및 수중 무선 통신을 수행하는 개략적인 구성도.2 is a functional block diagram of a communication device according to an embodiment of the present invention and a schematic configuration diagram for performing underwater wireless communication.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 심볼의 구성을 도시한 도면.3 is a diagram illustrating a configuration of a transmission symbol according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 송신시 신호 처리를 나타낸 그래프.4 is a graph illustrating signal processing during transmission in a communication device according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 수신시 신호 처리를 나타낸 그래프.5 is a graph illustrating signal processing upon reception in a communication device according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 수중 통신을 수행하기 위한 패킷 포맷을 도시한 도면.6 illustrates a packet format for performing wireless underwater communication according to another embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 구형파 신호 출력 시간(T3) 변화에 따른 수신 신호 세기의 변화를 나타낸 표.7 is a table illustrating a change in received signal strength according to a change in a square wave signal output time T 3 in a communication device according to an embodiment of the present invention.

도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치에서 데이터 전송률과 심볼 당 구형파 신호 출력 시간(T3) 변화에 따른 비트오율(BER)을 나타낸 표.8 is a table illustrating a bit error rate (BER) according to a change in data rate and square wave signal output time (T 3 ) per symbol in a communication device according to an embodiment of the present invention.

Claims (12)

수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치에 있어서, A communication device for performing underwater wireless communication, 초음파 신호를 변조 신호로 변조한 변조 구간 및 상기 변조 구간의 전단 또는 후단에 삽입된 보호 구간을 포함하는 전송 심볼을 생성하는 변조기;A modulator for generating a transmission symbol including a modulation period in which an ultrasonic signal is modulated into a modulation signal and a guard period inserted at a front end or a rear end of the modulation period; 상기 초음파 신호를 증폭하는 증폭기;An amplifier for amplifying the ultrasonic signal; 증폭된 상기 초음파 신호를 수중 채널을 이용하여 송수신하는 초음파 센서; 및An ultrasonic sensor for transmitting and receiving the amplified ultrasonic signal using an underwater channel; And 상기 변조 신호를 복조하기 위한 복조기를 포함하되,A demodulator for demodulating the modulated signal, 상기 보호 구간은 변조를 수행하지 않은 영역인 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치.The guard period is a communication device for performing underwater wireless communication, characterized in that the area is not modulated. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수중 채널을 통하여 송수신되는 패킷의 포맷은The format of the packet transmitted and received through the underwater channel is 동기화 구간(Preamble field), SFD 구간(Start of Frame Delimiter field), 프레임 길이 구간(Frame length field), 예비 구간(Reserved field) 및 PSDU 구간(PHY Service Data Unit field)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치.Underwater comprising a synchronization field (Preamble field), SFD section (Start of Frame Delimiter field), Frame length field (Reserved field), PSDU section (PHY Service Data Unit field) Communication device that performs wireless communication. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 통신 장치에서 송신되는 변조 신호가 출력되는 변조 시간이 커질수록, 상기 통신 장치에서 수신되는 신호의 세기가 증가하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치.And a strength of a signal received by the communication device increases as a modulation time for outputting a modulation signal transmitted from the communication device increases. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전송 심볼의 보호구간이 커질수록, 비트오율이 감소하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치.And a bit error rate decreases as the guard interval of the transmission symbol increases. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 수중 채널을 통하여 송수신되는 패킷을 선택적으로 채널 코딩하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 통신 장치.A communication apparatus for performing underwater wireless communication, characterized in that the channel coding selectively transmitted and received through the underwater channel. 수중 무선 통신 장치에서 수중 무선 통신을 수행하는 방법에 있어서, A method of performing underwater wireless communication in an underwater wireless communication device, 초음파 신호를 변조 신호로 변조한 변조 구간 및 변조 구간의 전단 또는 후단에 삽입된 보호 구간을 포함하는 전송 심볼을 생성하는 단계;Generating a transmission symbol including a modulation period in which an ultrasonic signal is modulated into a modulation signal and a guard period inserted at a front end or a rear end of the modulation period; 상기 초음파 신호를 증폭하는 단계; Amplifying the ultrasonic signal; 상기 초음파 신호를 수중 채널을 이용하여 송수신하는 단계; 및Transmitting and receiving the ultrasonic signal using an underwater channel; And 상기 변조 신호를 원래의 신호로 복조하는 단계를 포함하되,Demodulating the modulated signal into an original signal; 상기 보호 구간은 변조를 수행하지 않은 데이터 또는 시간 영역인 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 방법.The guard period is a method of performing underwater wireless communication, characterized in that the data or time domain is not modulated. 삭제delete 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 수중 채널을 통하여 송수신되는 패킷의 포맷은The format of the packet transmitted and received through the underwater channel is 동기화 구간(Preamble field), SFD 구간(Start of Frame Delimiter field), 프레임 길이 구간(Frame length field), 예비 구간(Reserved field) 및 PSDU 구간(PHY Service Data Unit field) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신 을 수행하는 방법.Underwater comprising a synchronization field (Preamble field), SFD section (Start of Frame Delimiter field), Frame length field (Reserved field), PSDU section (PHY Service Data Unit field) How to perform wireless communication. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 통신 장치에서 송신되는 변조 신호가 출력되는 변조 시간이 커질수록, 상기 통신 장치에서 수신되는 신호의 세기가 증가하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 방법.And the intensity of a signal received at the communication device increases as the modulation time for outputting the modulated signal transmitted from the communication device increases. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 전송 심볼의 보호구간이 커질수록, 비트오율이 감소하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 방법.And the larger the guard interval of the transmission symbol, the lower the bit error rate. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 수중 채널을 통하여 송수신되는 패킷을 선택적으로 채널 코딩하는 것을 특징으로 하는 수중 무선 통신을 수행하는 방법.A method for performing underwater wireless communication, characterized in that the channel coding selectively transmitted and received through the underwater channel.
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