KR101027539B1 - 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복잡한 선체 및 선체 구조물에서 초음파를 이용하여 다중 채널 통신을 통해 원하는 신호를 송수신하기 위한 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템은 선체에서의 초음파 변환기를 이용한 통신 시스템에 있어서, 전송하고자하는 데이터 신호를 전처리하고, 신호를 직렬에서 병렬로 변환하여 부호화된 신호를 디지털 변조하고, 증폭된 출력신호를 음파로 변환하여 선체 및 공기를 통해 송신하기 위한 다중 채널 송신기와 상기 다중 채널 송신기로부터 수신된 초음파 신호를 전기신호로 변환하여 디지털 신호로 다시 변환하고, 복호화 과정을 거쳐 병렬 신호를 직렬화하여 아날로그 신호를 재생하기 위한 다중 채널 수신기와 상기 다중 채널 송신기로부터 송신되는 데이터 신호를 증폭하여 상기 다중 채널 수신기로 전송하기 위한 중계 장치를 포함하는 것으로서, 선체 및 선체 구조물을 이용하여 통신 및 중계를 하기 때문에 기존 통신망으로 불가능한 영역까지 통신이 가능하며 재난 및 위급한 상황이 발생했을 경우에도 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다.

선체통신, 초음파 통신, 다중채널통신

Description

선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템{System of communication using multi-channel supersonic communication in ship body}

본 발명은 복잡한 선체 및 선체 구조물에서 초음파를 이용하여 다중 채널 통신을 통해 원하는 신호를 송수신하기 위한 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템에 관한 것이다.

선박내에서 무선을 이용한 통신은 전자파의 전파 특성상 거의 불가능하다. 이를 해결하기 위해 현재 대부분의 선박 내 통신망은 광, 전화망, 동축 망 등을 이용한 유선망으로 구성되어 있다. 그러나 유선 통신망은 구축 비용이 비쌀 뿐만 아니라 선박 내 통신망 구성이 매우 복잡하게 되는 단점이 있다.

이 분야의 종래기술로는 적외선 리모콘 이용한 통신시스템이 가전을 비롯한 소수 분야에서 사용되고 있으며, 초음파를 이용한 수중통신기술은 전 세계 연구 그룹에서 다양한 연구가 수행되고 있다. 또한, 벽을 통과하는 초음파 통신기술과 철판을 통과하는 초음파 통신기술이 미국에서 제안되었다.

그러나 선박 및 선박구조물을 매체로 하는 유무선 통신 및 중계 시스템을 구성하는 방식은 현재까지 없다.

본 발명의 목적은 선박구조물을 매체로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 초음파 변환기의 입력 신호를 처리하여 다양한 출력 채널 상황에 따라 통신 및 중계 시스템을 구성함으로써 효율적인 선내 통신망을 형성할 수 있는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 초음파 변환기를 이용하여 다중 모드 통신 시스템을 구성하여 출력으로 초음파 변환기 및 기존의 유선망(전화선, 동축선, 광선 등)을 연계시킬 수 있는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다중모드 채널을 이용하여 다중 송수신 초음파 변환기를 이용한 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다중 송수신 초음파 변환기를 이용한 통신 시스템 구성에 있어서 다중모드 전송 방식과 다중 모드 등화기 사용함으로 인해, 고속 고품질 통신 시스템을 위한 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템은 선체에서의 초음파 변환기를 이용한 통신 시스템에 있어서, 전송하고자하는 데이터 신호를 전처리하고, 신호를 직렬에서 병렬로 변환하여 부호화된 신호를 디지털 변조하고, 증폭된 출력신호를 음파로 변환하여 선체 및 공기를 통해 송신하기 위한 다중 채널 송신기; 상기 다중 채널 송신기로부터 수신된 초음파 신호를 전기신호로 변환하여 디지털 신호로 다시 변환하고, 복호화 과정을 거쳐 병렬 신호를 직렬화하여 아날로그 신호를 재생하기 위한 다중 채널 수신기; 및 상기 다중 채널 송신기로부터 송신되는 데이터 신호를 증폭하여 상기 다중 채널 수신기로 전송하기 위한 중계 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 다중 채널 송신로부터 송신되는 데이터 신호의 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거 중계 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 다중 채널 송신기는, 제 2 센서부; 상기 제 2 센서부에서 입력된 신호를 전처리하기 위한 제 2 전처리부; 상기 제 2 전처리부에서 처리된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 3 A/D 변환부; 상기 제 3 A/D 변환부에서 변환된 직렬 신호를 병렬로 전환하는 S/P 변환부; 상기 S/P 변환부에서 변환된 신호를 시공간 부호로 부호화하는 시공간 부호기; 상기 시공간 부호기에서 생성된 데이터를 변조하기 위한 변조부; 상기 변조부에서 생성된 신호를 아날로그 신호를 변환하기 위한 제 3 D/A 변환부; 상기 제 3 D/A 변환부에서 생성된 신호를 증폭하는 하나 이상의 제 2 초음파 증폭부; 및 상기 제 2 초음파 증폭부에서 증폭된 전기 신 호를 초음파 신호로 변환하는 하나 이상의 초음파 변환기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 다중 채널 수신기는, 선체 및 공기 채널을 통과한 초음파 신호를 전기 신호로 변환하기 위한 하나 이상의 초음파 변환기; 상기 초음파 변환기에서 생성된 신호를 원하는 대역의 신호로 필터링 하기 위한 하나 이상의 대역 필터부; 상기 대역 필터부에서 생성된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 4 A/D 변환부; 상기 제 4 A/D 변환부에서 생성된 디지털 신호를 복조하기 위한 복조부; 상기 복조부에서 생성된 신호를 시공간 원천 복호 및 시공간 복호를 수행하기 위한 시공간 복호기; 상기 시공간 복호기에서 생성된 신호에서 채널의 영향을 제거하기 위한 등화기; 상기 시공간 복호기에서 생성된 병렬 신호를 직렬로 변환하기 위한 P/S 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 변환부; 및 상기 송신 신호의 목적에 부합되도록 신호를 재생하기 위한 제 2 재생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 중계 장치는, 다중 수신 초음파 신호를 전기 신호를 바꾸기 위한 다중 수신 초음파 변환기; 상기 다중 수신 초음파 변환기의 출력 신호를 증폭하기 위한 하나 이상의 단순 증폭 중계 모듈로 구성된 단순 중계부; 및 상기 단순 중계부의 출력 전기신호를 음파 신호로 변환하기 위한 다중 송신 초음파 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 단순 중계부의 단순 증폭 중계 모듈은, 입력되는 신호의 이득을 조절하기 위한 제 1 AGC부; 상기 제 1AGC의 출력을 원하는 대역으로 필 터링하기 위한 제 2 대역 필터부; 상기 제 2 대역 필터부의 출력 신호를 증폭하기 위한 제 3 초음파 증폭기; 및 상기 제 3 초음파 증폭기 출력의 출력 전압을 조절하기 위한 AVC부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 간섭 제거 중계 장치는, 다중 수신 초음파 신호를 전기 신호를 바꾸기 위한 다중 수신 초음파 변환기; 상기 다중 수신 초음파 변환기의 출력 신호의 간섭을 제거하기 위한 하나 이상의 간섭 제거 중계 모듈로 구성된 간섭 제거 중계부 및 상기 간섭 제거 중계부의 출력 전기신호를 음파 신호로 변환하기 위한 다중 송신 초음파 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 간섭 제거 중계 모듈부는, 입력되는 신호의 크기를 조절하기 위한 제 2 AGC부; 상기 AGC부의 출력을 디지털로 변환하기 위한 제 5 A/D 변환부; 상기 A/D 변환부의 출력을 대역 필터링하기 위한 제 3 대역필터부; 상기 제 3 대역필터부의 출력신호에서 간섭을 제거하는 간섭 제거부; 상기 간섭 제거부의 출력 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 주는 제 5 D/A 변환부; 및 상기 제 5 D/A 변환부의 출력 신호를 증폭하는 제 4 초음파 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로써, 상기 간섭 제거부는, 입력되는 신호를 계산하는 오차 계산부; 상기 오차 계산부 출력 신호를 대역 필터링하는 제 4 대역필터부; 상기 대역 필터부의 출력신호를 지연시키는 지연부; 상기 지연부의 출력 신호에서 적응필터를 통해 간섭을 제거하는 적응필터부: 상기 지연부에 의해 생성된 신호를 기준 신호와 오차 계산부의 출력을 이용하여 적응 필터 계수를 생성하기 위한 간섭제거 알고리 즘부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 선체 및 선체 구조물을 이용하여 통신 및 중계를 하기 때문에 기존 통신망으로 커버하기 불가능한 영역까지 통신을 가능하게 하며, 또한 재난이 및 기타 위급한 상황이 발생했을 경우에도 통신이 가능한 시스템을 구현할 수 있다.

또한, 입력 및 출력신호의 다양한 요구조건에 따라 유선 또는 무선으로 통신망을 구성할 수 있기 때문에, 기존의 통신망과 연계한 효율적이며 경제적인 통신 및 중계 시스템을 구성할 수 있고, 다중모드 전송 및 수신이 가능한 시스템이기 때문에, 고속 고효율 전송이 가능하다.

그리고, 다중모드 등화기 및 간섭 제거부를 포함한 시스템이기 때문에, 고속, 고품질 신호 및 데이터 전송이 가능하며, 다양한 간섭신호 제거 알고리즘이 적용이 가능하기 때문에, 다양한 다중모드 채널 상황에서 시스템 성능을 보장해 줄 수 있는 통신 시스템을 구현할 수 있는 효과가 발생한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 도 1 내지 도 10에 의해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선체 다중모드 초음파를 이용한 통신시스템을 나타낸 도면이다.

초음파를 이용한 선박의 선체 통신망 (SBAN: Ship Body Area Network)은 단일 (Single) 혹은 다중(Multi) 센서를 이용하여 구성할 수 있다.

또한, 통신 신호 중계를 위한 중계기 구조도 단일 혹은 다중 센서를 이용하여 구성을 할 수 있다.

도 1에서와 같이, 비교적 간단한 다중모드 채널이 형성될 수 있으나, 선체구조가 매우 복잡한 경우는 예시한 바와 같이 매우 복잡한 다중모드 채널을 고려해야한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단일 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 송신기의 구성을 나타낸 블록도이다.

단일 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 송신기(200)는, 제 1 센서부(202), 제 1 전처리부(204), 제 1 A/D 변환부(206), 부호화부(208), 디지털 변조부(210), 아날로그 변조부(216), 제 1 D/A 변환부(212), 제 1 초음파 증폭부(214), 초음파 변환기(221)로 구성된다.

상기 제 1 센서부(202)은 보내고자 하는 신호를 감지하는 부분이다. 이 부분은 음성, 영상, 데이터 등을 입력할 수 있는 센서로 구성되어 있으며 마이크, 카메라, USB 입력포트와 같은 유선 입력단 뿐만 아니라 인체(Human Body) 통신 신호를 감지할 수 있는 다양한 센서를 의미한다.

상기 제 1 전처리부(204)는 상기 제 1 센서부(202)에서 입력된 각 신호의 검출 및 전처리를 수행하는 부로서 신호의 특성에 따라 아날로그 또는 디지털변조를 결정하는 부분이다.

상기 제 1 A/D 변환부(206)는 상기 센서 및 전처리부에서 검출 신호의 대역폭 및 데이터 속도 등을 고려하여 효율적으로 신호를 디지털로 변환하는 장치를 의 미한다. A/D 변환부는 아날로그 변조시에는 수행이 되지 않는다.

상기 부호화부(208)는 상기 제 1 A/D 변환부(206)에서 디지털화된 데이터를 원천 부호화 혹은 채널 부호화를 수행하는 부로서, 데이터의 성격에 따라 다양한 부호화 방식을 사용이 가능하다.

상기 디지털 변조부(5)는 상기 부호화부(208)에서 부호화된 신호를 다양한 디지털 변조를 수행하는 부로서, CDM, FDM, TDM 등과 같은 변조방식 사용이 가능하다.

상기 아날로그 변조부(2166)는 상기 제 1 전처리부(204)에서 생성된 신호를 아날로그 변조를 수행하는 부로서, AM, FM, PM 등과 같은 다양한 변조방식 사용이 가능하다.

상기 제 1 D/A 변환부(212)는 상기 부호화부(208)에서 부호화된 신호를 다양한 디지털 변조를 수행하는 부이다.

상기 제 1 초음파 증폭기(214)는 상기 변조부에서 출력된 신호를 증폭을 하는부이다.

상기 초음파 변환기(221)는 상기 제 1 초음파 증폭기(214)에서 생성된 전기신호를 음파로 변화하는 장치이다.

도 3 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단일 초음파 변환기를 이용한 통신 시스템의 수신기의 구성을 나타낸 블록도이다.

상기 수신기(300)는 초음파 변환기(220), 대역 필터부(302), 제 2 A/D 변환부(304), 디지털 복조부(306), 아날로그 복조부(316), 복호화부(308), 등화 기(310), 제 2 D/A 변환부(312), 제 1 재생부(314)로 구성된다.

상기 초음파 변환기(220)는 선체 및 공기 채널을 통과한 초음파 신호를 전기신호로 변화하는 장치이다.

상기 대역 필터부(302)는 상기 초음파 변환기(220)에서 생성된 신호를 원하는 대역의 신호로 필터링하는 부분이다.

상기 제 2 A/D 변환부(304)는 상기 대역 필터부(302)에서 생성된 신호를 디지털 신호로 변환하는 부분으로, 신호의 대역폭 및 데이터 속도 등을 고려하여 효율적으로 신호를 디지털로 변환하는 장치이다.

상기 디지털 복조부(306)는 상기 제 2 A/D 변환부(304)에서 생성된 디지털 신호를 복조하는 부분이다.

상기 아날로그 복조부(316)는 상기 대역 필터부(302)에서 생성된 연속 신호를 복조하는 부분이다.

상기 등화기(310)는 상기 디지털 복조부(306)에서 생성된 신호에서 채널의 영향을 제거하는 부분이다. 이 부분은 공기 채널 및 선체의 다중 모드 채널 등의 영향을 제거하는 부분으로 시간영역(Time Domain), 주파수 영역(Frequency Domain), 공간영역 (Space Domain)에 사용가능한다.

즉, 시간영역의 LMS 및 RLS 알고리즘, 주파수 영역에서의 FFT, DCT 기반 알고리즘을 사용하는 것이 가능하다.

상기 제 2 D/A 변환부(312)는 상기 등화기에서 아날로그 신호 재생하는 부분이다.

상기 제 1 재생부(314)는 송신 신호의 목적에 맞게 신호를 재생하는 부분이다. 즉, 최종 출력의 신호는 음성, 영상, 데이터등이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 다중 채널 송신기의 구성을 나타낸 블록도이다.

상기 다중 채널 송신기(400)는, 제 2 센서부(402), 제 2 전처리부(404), 제 3 A/D 변환부(406), S/P 변환부(408), 시공간 부호기(410), 변조부(412), 제 3 D/A 변환부(414), 제 2 초음파 증폭부(416), 초음파 변환기(221)로 구성된다.

상기 제 2 센서부(402)는 보내고자 하는 신호를 감지하는 부분이다. 이 부분은 음성, 영상, 데이터 등을 입력할 수 있는 센서로 구성되어 있으며 마이크, 카메라, USB 입력포트와 같은 유선 입력단 뿐만 아니라 인체(Human Body) 통신 신호를 감지할 수 있는 다양한 센서를 의미한다.

상기 제 2 전처리부(404)는 상기 제 2 센서부(402)에서 입력된 각 신호의 검출 및 전처리를 수행하는 부이다.

상기 제 3 A/D 변환부(406)는 상기 제 2 센서부(402) 및 상기 제 2 전처리부(404)에서 검출 신호의 대역폭 및 데이터 속도 등을 고려하여 효율적으로 신호를 디지털로 변환하는 장치를 의미한다.

상기 S/P 변환부(408)는 상기 제 3 A/D 변환부(406)에서 생성된 신호를 공간 다중화를 위해 직렬에서 병렬로 바꾸어 주는 부분이다.

시공간 부호기(410)는 S/P 변환부(408)에서 병렬화된 데이터를 시공간 원천 부호화 혹은 시공간 채널 부호화를 수행하는 부로서, 데이터의 성격에 따라 다양한 부호화 방식을 사용이 가능하다.

상기 변조부(412)는 상기 시공간 부호기(410)에서 부호화된 신호를 다양한 디지털 변조를 수행하는 부로서, CDM, FDM, TDM 등과 같은 변조방식 사용이 가능하다.

상기 제 3 D/A 변환부(414)는 상기 시공간 부호기(410)에서 부호화된 신호를 다양한 디지털 변조한다.

상기 제 2 초음파 증폭부(416)는 상기 제 3 D/A 변환부(414)에서 출력된 신호를 증폭한다.

상기 초음파 변환기(221)는 상기 제 2 초음파 증폭부(416)에서 생성된 전기신호를 음파로 변화하는 장치이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 다중 수신기의 구성을 나타낸 블록도 이다.

상기 다중 채널 수신기(500)는 하나 이상의 초음파 변환기(220), 제 1 대역 필터부(502), 제 4 A/D 변환부(504), 복조부(506), 시공간 복호기(508), 등화기(510), P/S 변환부(512), 제 4 D/A 변환부(514), 제 2 재생부(516)로 구성된다.

상기 초음파 변환기(220)는 선체 및 공기 채널을 통과한 초음파 신호를 전기신호로 변환한다.

상기 제 1 대역 필터부(502)는 상기 초음파 변환기(220)에서 생성된 신호를 원하는 대역의 신호로 필터링한다.

상기 제 4 D/A 변환부(514)는 상기 제 1 대역 필터부(502)에서 생성된 신호 를 디지털 신호로 변환하는 부분으로, 신호의 대역폭 및 데이터 속도 등을 고려하여 효율적으로 신호를 디지털로 변환한다.

상기 복조부(506)는 상기 제 4 D/A 변환부(514)에서 생성된 디지털 신호로 복조한다.

상기 시공간 복호기(508)는 상기 복조부(506)에서 생성된 신호를 시공간 원천 복호 및 시공간 복호를 수행한다.

상기 등화기(510)는 상기 시공간 복호기(508)에서 생성된 신호에서 채널의 영향을 제거하는 부분이다. 이 부분은 공기 채널 및 선체의 다중 모드 채널 등의 영향을 제거하는 부분으로 시간영역(Time Domain), 주파수 영역(Frequency Domain), 공간영역 (Space Domain)에 사용가능한다. 즉, 시간영역의 LMS 및 RLS 알고리즘, 주파수 영역에서의 FFT, DCT 기반 알고리즘, 공간영역에서 STBC, BLAST등과 같은 알고리즘을 사용하는 것이 가능하다.

상기 P/S 변환부(512)는 상기 시공간 복호기(508)에서 생성된 병렬 신호를 직렬 신호로 변환한다.

상기 제 4 D/A 변환부(514)는 상기 등화기(510)에서 아날로그 신호 재생한다.

상기 제 2 재생부(516)는 송신 신호의 목적에 맞게 신호를 재생하는데, 최종 출력의 신호는 음성, 영상, 데이터등이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 단순 중계 장치 구성을 나타낸 도면이다.

상기 단순 중계 장치는 하나 이상의 수신 초음파 변환기(220), 하나 이상의 단순 증폭 중계 모듈(601)로 구성된 단순 중계부(600), 하나 이상의 송신 초음파 변환기(221)로 구성된다.

상기 수신 초음파 변환기(220)는 입력 신호를 수신하며, 음성, 영상, 데이터 등이 변조된 초음파신호를 감지할 수 있는 다중 센서를 의미한다.

상기 송신 초음파 변환기(221)는 상기 단순 중계 모듈(601)에서 생성된 신호를 전기신호를 음파로 변환한다.

상기 단순 중계부(600)는 상기 다중 수신 초음파 변환기에 입력된 신호를 증폭한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 단순 중계장치의 단순 중계부의 단순 증폭 중계 모듈구성을 나타낸 블록도이다.

상기 단순 증폭 중계 모듈(601)은 제 1 AGC(Automatic Gain Control) 부(700), 제 2 대역 필터부(702), 제 3 초음파 증폭기(704), AVC(Automatic Voltage Control)부(706)로 구성되어 있다.

상기 제 1 AGC부(700)는 초음파 변환기로 입력되는 신호의 크기를 적정 수준으로 조절한다.

상기 제 2 대역필터부(702)는 상기 제 1 AGC부(700)에서 생성되는 신호를 원하는 대역으로 통과시키는 필터이다.

상기 제 3 초음파 증폭기(704)는 상기 제 2 대역필터부(702)에서 생성된 전기신호를 초음파 신호로 변환한다.

상기 AVC부(706)는 상기 제 3 초음파 증폭기(704)에서 출력되는 초음파 신호의 출력을 원하는 적정수준의 전력으로 송출하며, 출력의 크기를 감지하여 전압으로 바꾸고 이 전압을 이용하여 증폭기의 출력을 조절한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 간섭제거 중계 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

상기 간섭제거 중계 장치는, 하나 이상의 수신 초음파 변환기(220), 하나 이상의 간섭 제거 중계 모듈(801)로 구성된 간섭제거 중계부(800), 다중 송신 초음파 변환기(221)로 구성된다.

상기 수신 초음파 변환기(220)는 입력 신호를 수신하며, 음성, 영상, 데이터 등이 변조된 초음파신호를 감지할 수 있는 다중 센서이다.

상기 송신 초음파 변환기(221)는 상기 간섭제거 중계부(800)에서 생성된 신호를 전기신호를 음파로 변환한다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 간섭제거 중계 장치의 간섭 중계부의 간섭제거 중계 모듈의 구성을 나타낸 블록도 이다.

간섭제거 중계 모듈(801)은 상기 수신 초음파 변환기(220)에 입력된 신호를 증폭하는 것으로서, 제 2 AGC 부(900), 제 5 A/D 변환부(902), 제 3 대역필터부(904), 간섭제거부(906), 제 5 D/A변환부(908), 제 4 초음파 증폭기(910)로 구성되어 있다.

상기 제 2 AGC 부(900)는 초음파 변환기로 입력되는 신호의 크기를 적정 수 준으로 조절한다.

상기 제 5 A/D 변환부(902)는 상기 제 2 AGC 부(900)에서 생성되는 신호를 디지털로 변환한다.

상기 제 3 대역필터부(904)는 상기 제 5 D/A변환부(908)에서 생성되는 신호를 원하는 대역으로 통과시키는 필터이다.

간섭 제거부는(906)는 상기 제 5 D/A변환부(908)에서 출력된 신호로부터 간섭신호를 제거하여 원래 수신 신호를 분리한다.

상기 제 5 A/D 변환부(902)는 상기 간섭 제거부(906)에서 생성되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다.

상기 제 4 초음파 증폭기(910)는 상기 제 5 D/A변환부(908)에서 생성된 전기신호를 초음파 신호로 변환한다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 간섭제거 중계 장치의 간섭 제거 중계 모듈의 간섭 제거부의 구성을 나타낸 블록도이다.

상기 간섭 제거부(906)는 간섭 제거 중계 모듈(801)의 핵심으로 제 4 대역필터부(922), 지연부(924), 적응필터부(926), 오차계산부(920), 간섭제거 알고리즘부(928)로 구성되어 있다.

상기 제 4 대역필터부(922)는 송신 초음파 변환기에 의해 출력되어 수신 초음파 변환기에 수신된 원 신호와 더해진 간섭신호를 원하는 대역의 초음파 신호로 출력을 제한하는 필터이다.

초기 알고리즘이 수렴하기 전, 즉, 간섭 제거되기 이전에 이 필터는 송신 초음파 신호의 대역에 맞게 출력을 제한하는 역할을 한다.

그러나, 간섭 제거 알고리즘이 수렴을 한 이후에는 이 대역 필터 외부의 신호는 거의 생성되지 않게 되어 거의 모든 신호가 대역을 통과하게 된다.

상기 지연부(924)는 상기 제 4 대역 필터부(922)에 의해 생성된 신호를 일정시간 동안 지연시켜 준다.

이렇게 시간 지연을 둠으로 인해 간섭 신호와 수신 초음파 변환기에 입력되는 원신호의 상관관계(correlation)을 낮춤으로써 적응 알고리즘의 간섭제거 성능을 높이게 된다.

상기 적응필터부(926)는 상기 지연부(924)에 의해 생성된 신호를 기준 신호로 하고 적응 필터 출력을 생성하는 부분이다.

이때 사용되는 기준 신호는 지연부(924) 신호의 출력, r(t)이며, 출력은 간섭제거 알고리즘에서 이전 시간 구간에서 계산된 적응필터 계수와 기준신호와의 곱으로 출력된다.

y(t) = [w(1) ... w(M)]*[r(1) .... r(M)]^T

여기서 T 는 전치 행렬을 의미한다.

상기 오차 계산부(920)는 상기 적응 필터부(926)에 의해 생성된 추정된 간섭 신호, y(t) 와 입력된 신호, s(t) + i(t) 와의 차이를 계산한다.

즉,

e(t) = s(t) + i(t) - y(t)

간섭제거 알고리즘부(928)는 상기 지연부(924)에 의해 생성된 신호를 기준 신호와 오차연산부(920)의 출력 e(t)를 이용하여 적응 필터 계수를 생성하는 부분이다. 이 때 사용되는 간섭제거 알고리즘은 시간영역, 주파수 영역 알고리즘이 사용가능한다. 즉, 시간영역의 LMS 및 LS 계열 알고리즘과 주파수 영역에서의 FFT, DCT 기반 알고리즘을 사용하는 것이 가능하다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 선체 및 선체 구조물을 이용하여 통신 및 중계를 하기 때문에 기존 통신망으로 커버하기 불가능한 영역까지 통신을 가능하게 하며, 또한 재난이 및 기타 위급한 상황이 발생했을 경우에도 통신이 가능한 시스템을 구현할 수 있다.

또한, 입력 및 출력신호의 다양한 요구조건에 따라 유선 또는 무선으로 통신망을 구성할 수 있기 때문에, 기존의 통신망과 연계한 효율적이며 경제적인 통신 및 중계 시스템을 구성할 수 있고, 다중모드 전송 및 수신이 가능한 시스템이기 때문에, 고속 고효율 전송이 가능하다.

그리고, 다중모드 등화기 및 간섭 제거부를 포함한 시스템이기 때문에, 고속, 고품질 신호 및 데이터 전송이 가능하며, 다양한 간섭신호 제거 알고리즘이 적용이 가능하기 때문에, 다양한 다중모드 채널 상황에서 시스템 성능을 보장해 줄 수 있는 통신 시스템을 구현할 수 있는 효과가 발생한다.

이상 설명된 내용은 본 발명의 실시 예에 의하여 일례로 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서에 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선체 다중모드 초음파를 이용한 통신시스템을 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단일 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 송신기의 구성을 나타낸 블록도.

도 3 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단일 초음파 변환기를 이용한 통신 시스템의 수신기의 구성을 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 다중 채널 송신기의 구성을 나타낸 블록도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 통신시스템의 다중 수신기의 구성을 나타낸 블록도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 단순 중계 장치의 구성을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 단순 중계장치의 단순 중계부의 단순 증폭 중계 모듈구성을 나타낸 블록도.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 간섭제거 중계 장치의 구성을 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 간섭제거 중계 장치의 간섭 중계부의 간섭제거 중계 모듈의 구성을 나타낸 블록도.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다중 초음파 변환기를 이용한 간섭제거 중계 장치의 간섭 제거 중계 모듈의 간섭 제거부의 구성을 나타낸 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

400 : 다중 채널 송신기 402 : 제 2 센서부

404 : 제 2 전처리부 406 : 제 3 A/D 변환부

408 : S/P 변환부 410 : 시공간부호기

412 : 변조부 414 : 제 3 D/A 변환부

416 : 제 2 초음파 증폭기 500 : 다중 채널 수신기

502 : 제 1 대역 필터부 504 : 제 4 A/D 변환부

506 : 복조부 508 : 시공간 복호기

510 : 등화기 512 : S/P 변환부

514 : 제 4 D/A 변환부 516 : 제 2 재생부

Claims (9)

1. 선체에서의 초음파 변환기를 이용한 통신 시스템에 있어서,

   전송하고자하는 데이터 신호를 전처리하고, 신호를 직렬에서 병렬로 변환하여 부호화된 신호를 디지털 변조하고, 증폭된 출력신호를 음파로 변환하여 선체 및 공기를 통해 송신하기 위한 다중 채널 송신기;

   상기 다중 채널 송신기로부터 수신된 초음파 신호를 전기신호로 변환하여 디지털 신호로 다시 변환하고, 복호화 과정을 거쳐 병렬 신호를 직렬화하여 아날로그 신호를 재생하기 위한 다중 채널 수신기;

   상기 다중 채널 송신기로부터 송신되는 데이터 신호를 증폭하여 상기 다중 채널 수신기로 전송하기 위한 중계 장치; 및

   상기 다중 채널 송신로부터 송신되는 데이터 신호의 간섭을 제거하기 위한 간섭 제거 중계 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 다중 채널 송신기는,

   제 2 센서부;

   상기 제 2 센서부에서 입력된 신호를 전처리하기 위한 제 2 전처리부;

   상기 제 2 전처리부에서 처리된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 3 A/D 변환부;

   상기 제 3 A/D 변환부에서 변환된 직렬 신호를 병렬로 전환하는 S/P 변환부;

   상기 S/P 변환부에서 변환된 신호를 시공간 부호로 부호화하는 시공간 부호기;

   상기 시공간 부호기에서 생성된 데이터를 변조하기 위한 변조부;

   상기 변조부에서 생성된 신호를 아날로그 신호를 변환하기 위한 제 3 D/A 변환부;

   상기 제 3 D/A 변환부에서 생성된 신호를 증폭하는 하나 이상의 제 2 초음파 증폭부; 및

   상기 제 2 초음파 증폭부에서 증폭된 전기 신호를 초음파 신호로 변환하는 하나 이상의 초음파 변환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 다중 채널 수신기는,

   선체 및 공기 채널을 통과한 초음파 신호를 전기 신호로 변환하기 위한 하나 이상의 초음파 변환기;

   상기 초음파 변환기에서 생성된 신호를 원하는 대역의 신호로 필터링 하기 위한 하나 이상의 대역 필터부;

   상기 대역 필터부에서 생성된 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 제 4 A/D 변환부;

   상기 제 4 A/D 변환부에서 생성된 디지털 신호를 복조하기 위한 복조부;

   상기 복조부에서 생성된 신호를 시공간 원천 복호 및 시공간 복호를 수행하기 위한 시공간 복호기;

   상기 시공간 복호기에서 생성된 신호에서 채널의 영향을 제거하기 위한 등화기;

   상기 시공간 복호기에서 생성된 병렬 신호를 직렬로 변환하기 위한 P/S 변환부;

   상기 변환된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위한 D/A 변환부; 및

   상기 송신 신호의 목적에 부합되도록 신호를 재생하기 위한 제 2 재생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 중계 장치는,

   다중 수신 초음파 신호를 전기 신호를 바꾸기 위한 다중 수신 초음파 변환기;

   상기 다중 수신 초음파 변환기의 출력 신호를 증폭하기 위한 하나 이상의 단순 증폭 중계 모듈로 구성된 단순 중계부; 및

   상기 단순 중계부의 출력 전기신호를 음파 신호로 변환하기 위한 다중 송신 초음파 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 단순 중계부의 단순 증폭 중계 모듈은,

   입력되는 신호의 이득을 조절하기 위한 제 1 AGC부;

   상기 제 1AGC의 출력을 원하는 대역으로 필터링하기 위한 제 2 대역 필터부;

   상기 제 2 대역 필터부의 출력 신호를 증폭하기 위한 제 3 초음파 증폭기; 및

   상기 제 3 초음파 증폭기 출력의 출력 전압을 조절하기 위한 AVC부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 간섭 제거 중계 장치는,

   다중 수신 초음파 신호를 전기 신호를 바꾸기 위한 다중 수신 초음파 변환기;

   상기 다중 수신 초음파 변환기의 출력 신호의 간섭을 제거하기 위한 하나의 이상의 간섭제거 중계 모듈로 구성된 간섭 제거 중계부; 및

   상기 간섭 제거 중계부의 출력 전기신호를 음파 신호로 변환하기 위한 다중 송신 초음파 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 간섭 제거 중계 모듈은,

   입력되는 신호의 크기를 조절하기 위한 제 2 AGC부;

   상기 AGC부의 출력을 디지털로 변환하기 위한 제 5 A/D 변환부;

   상기 A/D 변환부의 출력을 대역 필터링하기 위한 제 3 대역필터부;

   상기 제 3 대역필터부의 출력신호에서 간섭을 제거하는 간섭 제거부;

   상기 간섭 제거부의 출력 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 주는 제 5 D/A 변환부; 및

   상기 제 5 D/A 변환부의 출력 신호를 증폭하는 제 4 초음파 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 간섭 제거부는,

   입력되는 신호를 계산하는 오차 계산부;

   상기 오차 계산부 출력 신호를 대역 필터링하는 제 4 대역필터부;

   상기 대역 필터부의 출력신호를 지연시키는 지연부;

   상기 지연부의 출력 신호에서 적응필터를 통해 간섭을 제거하는 적응필터부:

   상기 지연부에 의해 생성된 신호를 기준 신호와 오차 계산부의 출력을 이용하여 적응 필터 계수를 생성하기 위한 간섭제거 알고리즘부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선체에서의 다중채널 초음파 통신을 이용한 통신 시스템.

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