KR102088550B1 - 수중통신의 기준신호제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중통신에서 다운링크 복조를 위한 기준신호제어장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 중앙노드와 복수개의 센서노드의 거리정보에 따라 적정한 주파수 대역이 할당되어져서 수중 정보 통신이 수행될 때, 반송파에 실어 전송하는 복조 기준신호의 삽입 간격을 가변적으로 조절하되, 현장상황에 따라서 삽입되는 복조 기준신호를 효율적으로 조절함으로써, 복수개의 센서노드와 중앙노드 사이의 수신 성능을 높이는 효과를 얻는다.

Description

수중통신의 기준신호제어장치 및 그 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING REFERENCE SIGNAL OF UNDERWATER COMMUNICATION AND METHOD THEREOF}

본 발명은 수중통신에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중통신에서 복조를 위한 기준신호제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 해양 자원 탐사, 해양 환경 감시, 수중 군사 방어 등에 대한 관심과 중요성이 높아지면서, 해양에서 다양한 수중 정보를 수집할 수 있는 수중 통신에 대한 수요가 증가하고 있다. 상기 수중 통신은 매체의 특성상 초음파를 이용하여 통신을 수행한다. 상기 수중 정보 전송을 위한 통신망은 수중환경에 수중정보의 송수신을 수행할 수 있는 센서노드를 설치하고, 상기 센서노드로부터 수중정보를 취득하고 제어하는 구성으로 이루어진다.

상기 수중 통신망은 초음파를 이용한 수중 통신 환경 때문에, 육상 통신에 비해 상대적으로 전송되는 신호의 대역폭이 작고, 거리에 대한 신호감쇠도 매우 크다. 즉, 수중 통신망에 이용되어지는 주파수는, 수 km에서 수십 km까지의 거리에서 신뢰성 있는 통신을 수행하기 위해서 매우 제한적일 수 밖에 없다.

더구나 수중 통신망을 이용한 수중 정보 취득에 대한 수요가 증가하게 되면, 수중에서 통신을 수행하는 센서노드의 수가 증가하게 된다. 그러나 종래의 수중 통신망에서는 수중채널 환경에서 사용 가능한 주파수의 제한 때문에, 복수개의 센서노드를 효율적으로 제어하지 못하였다.

즉, 종래의 수중 통신망에서 하나의 주파수만을 이용하여 통신을 수행하는 경우, 하나의 센서노드에 해당 주파수가 할당되면, 그 이외의 모든 센서노드는 신호를 송수신할 수 없었다.

또한, 종래의 수중 통신망에서 복수개의 주파수를 이용하여 통신을 수행하는 경우, 수중에서 통신을 원하는 센서 노드의 수가 할당된 주파수보다 많으면, 할당된 주파수를 초과하는 수 만큼의 수중 센서 노드는 신호를 송수신할 수 없었다. 더욱이 이 경우 모든 센서 노드는 주변의 센서 노드가 어떠한 주파수를 할당 받아 사용하고 있는지를 계속 점검해야 하기 때문에, 수중에서 배터리의 소모량이 크게 증가하여 수중 센서 노드의 운용 기간이 크게 감소한다.

따라서 종래의 수중 통신망에서는 복수개의 센서노드를 효율적으로 관리하지 못하여, 통신 가능한 센서 노드수를 제한시켰다. 더구나 해양정보에 대한 다양한 수요 증가로 센서노드 수 증가가 불가피하게 되고 있고, 여러가지 부분에서 수중 통신망의 효율적인 제어가 더욱 필요한 실정이다.

또한, 수중 통신은 육상 통신에 비해서 신호 전송이 매우 불안정하다. 그 이유는 여러가지가 있지만, 일 예로 조류, 파도 등에 의해 발생한 도플러(Doppler) 주파수 때문에 시간축에서 영향을 받는다. 또한 해수면, 해저면, 지형 등에 의한 다양한 다중 경로 때문에 주파수축에서 영향을 받을 수 있고, 음파의 속도가 해저깊이에 따라 달라지는 현상 역시 수중 통신에 영향을 준다. 또한 염도나 해수온도, 계절이나 시간 등의 요인들도 수중통신에 영향을 준다. 이와 같이 다양한 요인들에 의해서 수중통신이 불안정하고, 이러한 불안정함은 실제 신호를 수신해서 복조하는 복조성능을 저하시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 수중통신에서 복조를 위한 복조 기준신호를 다양하게 제공할 수 있는 기준신호제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수중 통신망에서 제한된 주파수를 이용하여 수중통신을 수행할 때, 복조를 위한 복조 기준신호를 현장상황에 맞게 가변적으로 조절해서 전송 가능한 기준신호제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 수중 통신망의 제한된 주파수 대역폭을 더 작은 복수개의 대역폭으로 분할하고, 유사한 통신 거리에 있는 복수개의 센서노드에 같은 주파수를 할당해서 많은 수의 센서노드를 이용한 효율적인 수중 통신을 수행하기 위해서 복조를 위한 복조 기준신호를 현장상황에 맞게 가변적으로 조절해서 전송 가능한 기준신호제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중통신의 기준신호제어방법은, 수중 정보를 검출하는 복수개의 센서노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 수중 통신에서,

상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하고, 상기 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이의 거리에 기반해서 상기 분할된 작은 주파수 대역을 각각의 센서노드에 할당해서 수중통신을 수행하고,

상기 각각 할당된 작은 주파수 대역을 이용하여 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 수행할 때, 기설정된 알고리즘에 따라서 반송파에 실어 전송하는 채널 추정과 데이터 복조에 이용될 복조 기준신호의 전송을 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수중통신의 기준신호제어방법은, 수중 정보를 검출하는 복수개의 센서노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 수중 통신에서,

상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하고, 상기 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이의 거리에 기반해서 상기 분할된 작은 주파수 대역을 각각의 센서노드에 할당해서 수중통신을 수행하고,

상기 각각 할당된 작은 주파수 대역을 이용하여 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 수행할 때, 테스트신호를 통해서 얻어진 수중 특성에 대한 값을 이용하여, 반송파에 실어 전송하는 채널 추정과 데이터 복조에 이용될 복조 기준신호의 전송을 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 상기 복조 기준신호는, 삽입 횟수, 삽입 간격, 삽입 종류를 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 상기 복조 기준신호는, 자원 블록 내의 주파수 차원에서 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 상기 복조 기준신호는, 자원 블록 내의 시간 차원에서 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수중통신의 기준신호전송장치는, 수중 정보를 검출하는 복수개의 센서노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 수중 통신에서,

상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하고, 상기 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이의 거리에 기반해서 상기 분할된 작은 주파수 대역을 각각의 센서노드에 할당해서 수중통신을 수행하고,

상기 각각 할당된 작은 주파수 대역을 이용하여 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 수행할 때, 반송파에 실어 전송하는 채널 추정과 데이터 복조에 이용될 복조 기준신호의 삽입 간격을 가변적으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 수중통신의 기준신호제어장치는, 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 행할 때, 송신측으로 동작하는 노드가 복조 기준신호 전송방식 정보를 수신측 노드로 전송하고, 상기 수신측으로 동작하는 노드는 상기 복조 기준신호 전송방식 정보를 인지한 후, 송신측과 수신측 노드 사이에서 복조 기준신호 전송이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 수중통신의 기준신호제어장치는, 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 행할 때, 수신측으로 동작하는 노드가 복조 기준신호 전송방식 정보를 송신측 노드로 전송하고, 이후 송신측 노드는 수신된 기준신호 전송방식 정보에 기초해서 수신측 노드로 복조 기준신호 전송이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 수중통신의 기준신호제어장치는, 상기 기준신호 전송방식 정보는, 상기 복조 기준신호의 가변 조절되는 자원 블록 내의 주파수 차원 또는 시간 차원의 해당 인덱스 정보가 전송되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 수중통신의 기준신호제어장치는, 상기 기준신호 전송방식 정보는, 물리 계층 또는 MAC 계층에서 전송 되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 본 발명의 상기 기준신호 전송방식 정보는, 미리 결정된 여러개의 기준신호 삽입 예시에 관련된 정보를 송신측과 수신측이 모두 확인 가능한 상태에서, 상기 예시 중에서 하나를 선택하는 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수중통신의 기준신호전송방법은, 수중정보를 검출, 취합하기 위하여 수중에서 신호를 송수신하는 송신측과 수신측 사이에서 수신신호의 복조에 이용될 복조 기준신호의 삽입 방법을 다양하게 설정하고 저장하는 단계;

상기 저장된 다수의 복조 기준신호 삽입 방법 중에서 하나의 복조 기준신호 삽입 방법을 선택하는 단계;

상기 송신측과 수신측의 초기 접속 과정에서, 기설정된 복조 기준신호와 상기 선택된 복조 기준신호 삽입 방법에 대한 정보를 전송하는 단계;

상기 정보를 수신하고, 기설정된 복조 기준신호를 이용하여 복호하고, 선택된 복조 기준신호 삽입 방법을 송신측과 수신측 모두 인지하는 단계; 및

상기 인지된 복조 기준신호 삽입 방법을 이용하여 수중정보를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 수중 통신의 기준신호제어장치 및 방법은, 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10)의 거리정보에 따라 적정한 주파수 대역이 할당되어져서 수중 정보 통신이 수행될 때, 반송파에 실어 전송하는 복조 기준신호의 삽입 간격을 가변적으로 조절하되, 현장상황에 따라서 삽입되는 복조 기준신호를 효율적으로 조절함으로써, 복수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 수신 성능을 높이는 효과를 얻는다.

또한 본 발명에 따른 수중 통신의 기준신호제어장치 및 방법은, 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)에 동일한 주파수 대역을 할당하고, 중앙노드(20)의 다중 접속 방식의 제어로 복수개의 센서노드들을 효율적으로 제어하여 수중 통신을 수행하되, 현장상황에 따라서 반송파에 실어 전송하는 복조 기준신호의 삽입 간격을 가변적으로 조절함으로써, 수중 채널 추정 및 수신기의 복조 성능을 높이는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해 도시한 수중 통신에 이용되어지는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 수중 통신을 위하여 주파수 대역을 분할한 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 통신거리에 따라서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 전체적으로 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 센서노드의 대략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 중앙노드의 대략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 동작 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 동작 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 동작 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 수중 통신에서 복조 기준신호가 삽입되는 반송파의 자원 블록을 나타나는 예시도이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 수중 통신에서 복조 기준신호 전송 방식의 과정을 설명하기 위한 송신측과 수신측의 관계도이다.
도 19는 본 발명의 수중 통신에서 송신측의 일부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 20은 본 발명의 수중 통신에서 수신측의 일부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 21은 본 발명의 수중 통신에서 복조 기준신호 생성부의 내부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 22는 본 발명의 수중 통신에서 복조 기준신호 제어를 위한 동작 과정도이다.
도 23 내지 도 27은 복수개의 복조 기준신호가 사용될 때의 반송파의 자원 블록을 나타내는 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부" 와"노드", '축' 과 '차원'은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 도시하고 있는 수중 통신에 이용되어지는 일반적인 수중 통신망을 나타내는 도면이다.

도1에 도시된 수중 통신망은, 복수개의 센서노드(1)와, 싱크노드(5), 그리고 상기 센서노드(1)와 싱크노드(5) 사이의 정보 전달 역할을 수행하는 중간노드(3)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 수중 통신망에서 수중 정보의 전송은 다음과 같이 이루어진다. 상기 복수개의 센서노드(1) 중에서 검출한 수중정보를 전송하고자 하는 센서 노드(1)가 여러 단계로 구성되고 있는 중간노드(3)를 통해서 싱크노드(5)로 수중정보를 전송한다.

그러나 이와 같이 구성되는 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 검출한 수중정보를 전달함에 있어서 여러단계의 중간노드(3)를 거쳐야만 한다. 따라서 센서노드(1)와 여러 단계의 중간노드(3) 그리고 싱크노드(5)까지 연결되는 수중 통신망에서, 검출한 수중정보를 전송하기 위한 라우팅 알고리즘이 복잡하게 구현되어진다.

또한 상기 수중 통신망은, 센서노드(1)에서 싱크노드(5)까지 수중정보를 전달하는 과정에서 전송 에러가 발생하게 되면, 검출한 수중정보의 재전송을 위한 과정이 번거롭다.

또한, 상기 수중 통신망은 여러단계의 중간노드(3)를 거쳐야만 하는 문제 때문에, 수중 정보를 전달하는 중간노드에 문제가 발생하면, 문제가 발생된 중간노드와 관련된 센서노드의 사용이 안된다.

이러한 부분들 때문에 도 1에 도시된 일반적인 수중 통신망은 다양한 수중정보를 취득, 전달하는 과정에서 데이터 전송 효율을 비롯한 장비의 이용 효율이 떨어질 수 밖에 없다. 이러한 점들을 개선해서 본 발명은 중앙 제어형 수중 통신망을 구현하고자 한다.

이하 본 발명의 설명에서 "주파수 대역" 그리고 "주파수"가 혼용하여 사용되는 경우가 있다. 상기 "주파수"는 "주파수 대역"에 포함되고 있는 주파수를 지칭하고 있고, 주파수는 그 주파수의 일정 범위 안에 포함되는 주파수에는 거의 같은 신호가 실리므로, 상기 두 단어가 같은 의미로 표현 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위하여 구현된 중앙 제어형 수중 통신망을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 중앙 제어형 수중 통신망은, 수중 환경에서 중앙 집중형으로 센서노드들을 연결하여 구성되어진다.

상기 중앙 제어형 수중 통신망은, 하나 이상의 센서노드(10)를 포함한다. 상기 센서노드(10)는, 수중환경에 고정 또는 이동 가능하도록 설치되어진다. 상기 센서노드(10)는, 많은 수중 정보를 취득하기 위해서 가능한 많이 설치되어진다.

상기 중앙 제어형 수중 통신망은, 상기 복수개의 센서노드(10)에서 취득한 수중 정보를 취합하는 중앙노드(20)를 포함한다. 상기 중앙노드(20)는, 복수개의 센서노드(10)에서 취합한 수중정보를 지상 네트워크(도시하지 않음)로 전송하는 기능을 수행한다.

상기와 같이 구성되어지는 중앙 제어형 수중 통신망은 전체적으로 다음과 같이 제어 되어진다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중 통신을 제어하기 위해서 제한된 주파수 대역 내에서 일정갯수의 작은 주파수 대역으로 분할한 과정을 나타내는 도면이다.

도면을 참조해서 설명하면, 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서 이루어지는 수중 통신은 기본적으로 초음파로 행해진다. 그리고 상기 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역을 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다. 여기서 중앙노드(20)가 사용 가능한 전체 주파수 대역이라 함은, 중앙노드(20)와 각기 다른 거리에 설치되고 있는 센서노드(10) 사이에서 수중 통신이 가능한 영역에 포함되어지는 주파수 대역을 말한다. 즉, 중앙노드(20)에서 임의의 위치에 설치된 센서노드(10)로 신호 전송이 가능하고, 센서노드(10)에서 전송한 신호를 중앙노드(20)에서 수신 가능하도록 이용되어지는 주파수 대역을 표현한다.

상기 순방향 주파수 대역은, 중앙노드(20)에서 복수개의 센서노드(10)로 신호를 전송할 때 사용한다. 이때 사용되는 주파수 대역은, 중앙노드(20)가 사용 가능한 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역(f0)으로 설정한다.

통상적으로 수중 통신 환경에서는 송수신되는 주파수가 낮을수록 통신범위가 증가한다. 따라서 중앙노드(20)에서 센서노드(10)로 신호 전송시에는 거리에 관계없이 모든 센서노드에서 신호 수신이 가능해야만 한다. 그러므로 가장 낮은 주파수를 갖는 주파수 대역(f0)이 순방향 주파수 대역으로 결정되어서, 중앙노드(20)에서 복수개의 센서노드(10)로 신호 전송시에 이용되어진다.

그리고 역방향 주파수 대역은, 각각의 복수개의 센서노드(10)에서 중앙노드(20)로 신호 전송을 수행할 때 사용된다. 여기서 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역 중에서, 상기 순방향 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역 전체가 역방향 주파수 대역에 포함되어진다.

그리고 상기 역방향 주파수 대역은, 다시 복수개의 작은 주파수 대역으로 분할되어진다. 이때 작은 주파수 대역으로 분할은, 중앙노드를 기준으로 센서노드와의 거리 사이에서 동일한 주파수 대역으로 신호 송수신이 가능한 센서노드를 같은 영역으로 묶고, 상기 분할된 영역 수 만큼 작은 주파수 대역 수(후술되는 영역 M 개)로 분할한다.

그리고 각각 분할되어진 작은 주파수 대역이 각기 다른 위치에 설치된 센서노드(10)의 신호전송에 이용되어지도록 할당된다. 예를 들면, 중앙노드(20)와 가장 먼거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에 주파수 대역 (f1)이 할당된다. 그리고 중앙노드(20)와 가장 가까운 거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에 주파수 대역(fM)이 할당된다.

이 경우 상기 중앙노드(20)를 기준으로 해서, 가장 먼거리에 위치하고 있는 센서노드(10)일수록 상기 역방향 주파수 대역에 포함된 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역이 할당되어진다. 반대로 상기 중앙노드(20)를 기준으로 해서 가장 가까운거리에 위치하고 있는 센서노드(10)에게 역방향 주파수 대역에 포함된 주파수 대역 중에서 가장 높은 주파수 대역이 할당되어진다. 이는 앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 수중 통신 환경에서는 송수신되는 주파수가 낮을수록 통신범위가 증가하기 때문에, 낮은 주파수 대역의 주파수(f1)가 가장 장거리 통신용 주파수로 할당된다. 그리고 가장 높은 주파수 대역의 주파수(fM)가 가장 단거리 통신용 주파수로 할당된다.

이와 같은 과정으로 각각의 센서노드(10)에 수중 통신을 위한 주파수 대역이 할당되어지고, 이후 센서노드(10)에서 검출한 수중정보가 할당된 주파수 대역을 이용하여 중앙노드(20)로의 수중정보의 전송이 이루어지는 수중통신이 행해진다.

다음, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제한된 주파수 대역폭 내에서 복수의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 과정을 나타내는 도면이다.

수중 통신은 지상 통신과 비교해서 더 많이 환경적인 요인에 영향을 받는다. 그렇기 때문에 센서노드(10) 내에서 수중 센서를 이용하여 수중 정보를 검출하는 과정에서, 환경적인 영향으로 센서노드(10)의 분실 상황이 발생될 수 밖에 없다. 또한 임의의 센서노드(10)가 수중 정보를 정상적으로 검출하였다고 해도, 상기 검출한 수중 정보를 중앙노드(20)까지 전송되는 과정에서 데이터 전송 성공률이 항상 100% 만족될 수가 없다. 따라서 수중 통신망의 여건이 허락만 된다면, 센서노드(10)의 수를 가능한 많이 설치하는 것이, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 얻는 것이 가능해진다.

한편, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 상기 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 사이에는 같은 주파수 대역으로 신호의 전송이 가능한 영역이 존재한다. 즉, 중앙노드(20)를 기준으로 가장 가까운 거리에 포함되는 영역1에 존재하는 센서노드들에는 분할된 주파수 대역(fM)이 동일하게 할당된다. 그리고 중앙노드(20)를 기준으로 가장 먼 거리에 포함되는 영역(M)에 존재하는 센서노드들에는 분할된 주파수 대역(f1)이 동일하게 할당된다.

상기 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 동일 영역 또는 다른 영역으로의 영역 분할은, 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 신호 송수신이 가능한 범위 내에서 분할되어진다. 즉, 동일한 주파수 대역(fM)으로 수중 통신이 가능한 센서노드들이 영역1에 포함되어진다. 그리고 동일한 주파수 대역(f1)으로 수중 통신이 가능한 센서노드들이 영역M에 포함되어진다.

이와 같이 여러개의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당하는 것은, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 주파수 대역은 한계가 있기 때문이다. 일 예로, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 취득하기 위해서는, 센서노드 수를 늘릴 수 밖에 없다. 이런 경우 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역 내에 설치되고 있는 센서노드(10)의 수가 분할된 역방향 주파수 대역 수보다 많을 경우가 발생되어진다. 이때 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 동일 영역에 존재하는 센서노드에는 동일한 주파수 대역을 할당해서 수중 통신을 제어한다.

한편, 상기와 같이 여러개의 센서노드에 동일한 주파수 대역을 할당한 경우, 같은 주파수 대역을 할당 받은 같은 영역에 있는 복수개의 센서노드(10)는 중앙노드(20)의 제어에 의해 다양한 다중접속 방식(주파수 분할 다중접속방식, 시분할 다중 접속 방식, 코드 분할 다중 접속 방식, 캐리어 센싱 다중접속 방식 등)을 이용하여 중앙노드(20)와의 통신을 수행한다. 상기 공지된 다중 접속 방식에 대한 부연 설명은 생략하기로 한다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신망에서 중앙노드와 센서노드 사이의 거리에 따른 적응형 통신이 가능하기 위해서는 중앙노드에서 센서노드 사이의 거리 정보를 검출하는 과정을 필요로 한다. 이러한 설명에 앞서서 본 발명의 중앙노드와 센서 노드 사이의 수중정보 송수신을 위한 대략적인 구성을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법을 설명하기 위한 개략적인 구성도를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되어지는 센서노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법에 적용되어지는 중앙노드의 대략적인 구성도를 나타내는 도면이다.

도5를 참조해 보면, 다수개의 센서노드(10) 들은 수중 정보를 채집하고, 중앙노드(20)로 전송한다. 이때 다수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이에는 수중 통신망(50) 내에서 매체의 특성상 신호 전송을 가능케하는 초음파를 이용한 수중정보의 송수신이 이루어진다. 그리고 상기 센서노드(10)에서 중앙노드(20)로 신호 전송시에 자신의 위치 데이터도 같이 포함하여 전송한다. 상기 센서노드(10)의 위치정보는 센서 노드(10)가 수중의 임의의 위치에 설치되는 시점에서 센서 노드(10)에 기록되어 저장되어지는 것이 바람직하다. 그러나 상기 센서노드(10)의 위치는 수중 환경의 특성상 고정 설치되는 것이 어렵다. 따라서 상기 위치정보라고 표현했지만, 단지 센서 노드(10) 식별 정보로 이해하는 것이 바람직하다.

상기 중앙노드(20)는 다수개의 센서노드(10) 들로부터 취합한 수중정보를 지상으로 전송한다. 상기 중앙노드(20)는 지상 통신망(60)의 관리노드(64)로 취득한 수중 정보를 전송한다. 따라서 상기 중앙노드(20)는 수중 통신망(50) 내에서 복수개의 센서노드(10) 들과 수중 통신을 수행함과 동시에 지상의 관리노드(64)와 통신을 수행하게 된다. 그리고 상기 관리노드(64)는 중앙노드(20)를 통해서 전송받은 수중정보를 무선신호를 이용하여 지상통신망(62)과 연결하는 기능을 수행한다.

도 6을 참조하면, 상기 센서노드(10)는 수중에서 필요한 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 센서부(30), 각 센서부(30)에 의해 센싱된 데이터를 변조하고, 초음파로 변환한 후 중앙노드(20)로 전송하는 데이터 송신부(36), 상기 중앙노드(20)에서 전송한 초음파신호를 수신해서 복조하는 데이터 수신부(38)를 포함한다. 상기 데이터 송신부(36)와 데이터 수신부(38)는 송수신부(40)에 포함되고, 상기 센서부(30)와 송수신부(40) 사이의 제어를 수행하는 제어부(32)가 더 포함되어진다. 그리고 센서노드(10)의 전체적인 동작 제어를 위해 필요로 하는 각종 데이터 및 알고리즘을 저장하고, 상기 센서부(30)로부터 검출한 수중정보를 저장하는 메모리(34) 등을 포함하여 구성된다.

상기 복수개의 센서부(30)는 자신의 목적에 맞게 물의 온도, 용존산소량, 지진파를 비롯한 각종 수중 정보를 센싱하고, 센싱한 데이터를 제어부(32)로 출력한다. 상기 센서부(30)는 디지털 센서일 수도 있지만, 아날로그 신호로 센싱한 데이터를 디지털로 변환해서 출력할 수 있도록 구성 가능하다. 이 경우 상기 센서부(30)는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기를 포함할 수 있다. 그리고 본 발명의 모든 구성에서 신호처리된 데이터는 디지털 신호임을 기본으로 한다.

상기 송수신부(40)는, 수중에서 초음파를 이용하여 데이터를 송신하거나 수신받는 기능을 수행한다. 즉, 데이터 송신부(36)는, 상기 센서부(30)에서 검출한 수중정보를 변조하고, 초음파신호로 변환한 후 중앙노드(20)로 송신한다. 그리고 데이터 수신부(38)는, 상기 중앙노드(20)에서 송신한 초음파신호를 수신하고 복조한 후, 제어부(32)로 출력한다.

도시되고 있는 센서노드(10)는, 데이터 수신부(38)를 통해서 중앙노드(20)에서 전송한 수중정보를 수신한다. 이때 중앙노드(20)에서 전송한 신호의 수신을 가능케 하기 위하여 상기 데이터 수신부(38)는, 상기 순방향 주파수 대역에 포함되고 있는 주파수로 주파수 설정이 이루어진다. 또한 데이터 송신부(36)는, 이후 자신에게 할당된 주파수 대역에 포함된 특정 주파수로 설정되어져서 중앙노드(20)로 전송하기 위한 정보를 상기 설정된 특정 주파수에 실어서 전송하게 된다. 따라서 상기 송수신부(40)에는 제어부(32)의 제어하에 주파수 설정이 이루어지는 구성이 포함되어진다. 이러한 구성은 이미 공지되어 있는 기술에 의해서 이루어지므로 부연설명은 생략한다. 그리고 각 센서노드(10)의 주파수 설정이 이루어지지 않은 상태인 초기 설정과정에서는 중앙노드(20)로부터의 신호 수신시에는 순방향 주파수 대역으로 설정되고, 초기 설정 전에 중앙노드(20)로 신호 전송시에는 분할된 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되도록 제어한다.

또한, 본 발명에서 상기 센서노드(10)는, 수중 환경에서 특정 위치에 고정 설치될 수도 있으나, 해류 등의 영향으로 수중 환경 상 대부분 일정 영역 내에서 이동 되어질 수 밖에 없다. 이와 같이 센서노드(10)가 이동될 우려가 많기 때문에, 중앙노드(20)와의 거리 측정은 수중 정보 측정이 이루어지는 시간에 실시간으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나 실시간 제어가 불합리할 경우, 수중 통신이 이루어지는 시간을 피해서 일정시간 간격으로 반복 측정하는 것도 바람직하다. 이와 같이 거리 대비 사용 주파수가 변경될 수 있으므로, 상기 센서노드(10)는, 중앙노드(20)와의 수중통신을 위하여 사용 가능한 주파수 대역을 실시간으로 가변 제어할 필요성이 있다.

이와 같은 부분에서 상기 센서노드(10)의 송수신부(40)는, 설정 주파수를 가변 제어 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 센서노드(10)의 현재 위치에 따라서 정보의 송신을 위한 주파수가 가변 제어되어져서 전송하고자 하는 정보를 중앙노드(20)로 전송 가능하도록 구성되어진다. 그리고 상기 센서노드(10)의 이동 위치는, 중앙노드(20)와의 신호 송수신이 가능한 특정 반경 내에서만 이루어지도록 하여, 센서노드(10)의 분실 위험을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 제어부(32)는, 상기 센서부(30)에서 검출된 각종 수중 정보를 메모리(34)에 저장하는 제어를 수행하거나, 송수신부(40)를 통해서 이루어지는 수중정보의 송수신을 제어하는 기능을 수행한다.

또한 상기 제어부(32)는, 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 거리검출을 위한 제어를 수행한다. 이를 위해서 상기 제어부(32)는 중앙노드(20)에서 거리 검출을 위해 송신한 기준신호를 데이터 수신부(38)에 의해 수신하고, 수신전력의 크기를 검출 가능한 구성을 포함한다. 상기 수신신호의 전력세기는, 수신신호의 전력을 직접 검출하거나 또는 전류, 전압 등을 검출하여 간단한 연산과정으로 검출 가능하다. 상기 수신전력 크기 검출구성은 공지되고 있는 파워 검출기를 포함한 다양한 기술에 의해서 적용 가능하다. 또한 전류크기는, 수신부에 전류 검출용 저항을 설치하는 것에 의해서 간단하게 검출 가능하다. 이러한 검출부분들은 공지되고 있는 기술을 이용하므로 상세한 부연 설명은 생략하기로 한다. 그리고 검출된 수신신호의 전력세기를 이용한 거리 추정은 메모리(34)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

또한 상기 제어부(32)는, 거리 검출을 위한 다른 방법으로서, 상기 중앙노드(20)에서 신호를 송신한 후 센서노드(10)에 도착하기까지 소요된 지연시간을 검출해서 이용하는 것이 가능하다. 상기 지연시간 검출은, 일 예로 중앙노드(20)에서 신호 송신을 시작하는 시점정보와 신호가 도착한 시점정보를 비교하여 그 차에 의해서 검출 가능하다. 그리고 도착한 시점 정보를 검출하기 위해서, 상기 제어부(32)에 시간 계수 기능 등을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 검출된 지연시간을 이용한 거리 추정은, 상기 메모리(34)에 기저장되고 있는 지연시간 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

그리고 메모리(34)는 센서노드(10)에서 이용하거나 필요로 하고 검출한 각종 정보 저장에 이용되어진다. 상기 센서부(30)의 검출정보도 메모리(34)에 저장되어진다. 특히, 상기 메모리(34)에는, 센서노드(10)에서 거리 검출이 직접 이루어질 때, 거리 검출에 이용될 각종 정보들을 저장하게 된다. 일 예로, 수신전력의 세기를 판단하기 위한 정보, 지연시간을 검출하기 위한 정보, 수신전력의 세기를 이용하여 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 거리를 판단하기 위한 정보, 그리고 추정된 거리정보에 따라서 수중 통신이 가능한 주파수 대역 정보 등을 저장한다. 이렇게 메모리(34)에 저장된 각종 정보들을 이용하여 제어부(32)는 거리 추정, 특정 주파수 대역 요청 등의 과정을 수행한다.

도 7을 참조하면, 상기 중앙노드(20)는, 상기 센서노드(10)와 초음파로 수중신호의 송수신을 수행하기 위한 제 1 송수신부(22)와, 상기 관리노드(64)와 신호의 송수신을 수행하기 위한 제 2 송수신부(21)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 중앙노드(20)는, 상기 제 1,2 송수신부의 제어를 수행하고, 정보 저장을 제어하는 제어부(28)와, 각종 정보를 저장하는 메모리(29)를 포함한다. 상기 제 2 송수신부(21)는, 상기 중앙노드(20)의 위치가 수면 위인지 또는 수면 아래인지에 따라서 초음파로 전송 가능토록 구성되거나, 무선 신호 등으로 전송 가능토록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중앙노드(20)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 구분하고, 다시 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하기 위한 주파수 분할기(27)를 포함하고 있다. 상기 주파수 분할기(27)는, 센서노드(10)와 수중정보를 송수신할 때 이용되어지므로 제 1 송수신부(22)에 포함되어질 수도 있다.

상기 주파수 분할기(27)는, 도4에 도시하고 있는 바와 같이, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역을 영역수(M개) 만큼 작은 주파수 대역으로 분할 가능하도록 구성된다. 따라서 상기 제어부(28)는, 상기 주파수 분할기(27)의 주파수 분할을 제어하고, 이후 임의의 센서노드(10)와의 신호 송수신시에 상기 주파수 분할기(27)의 주파수를 해당 주파수로 분할토록 제어하여 신호의 송수신이 정상적으로 이루어지도록 제어한다.

상기 제 1 송수신부(22) 내의 데이터 송신부(26)는 모든 센서노드로의 신호 전송이 가능하도록 순방향 주파수대역(f0)으로 설정하고 있다. 그리고 상기 제 1 송수신부(22) 내의 데이터 수신부(24)는 수중 통신이 행해질 임의의 센서노드에 할당된 주파수 대역 내에 존재하는 모든 역방향 주파수로 설정되어진다. 단, 각 센서노드(20)에 주파수가 설정되지 않은 초기 설정과정에서는, 상기 데이터 수신부(24)는 분할된 역방향 주파수 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되어진다. 이것은, 센서노드(10)가 주파수 설정이 이루어지기 전이므로, 모든 거리에 존재하는 센서노드에서 송신한 신호를 수신 가능하도록 하기 위함이다.

이를 위해서 제어부(28)의 제어하에 주파수 분할기(27)를 통해서 주파수 분할되고, 상기 분할된 주파수로 데이터수신부(24)의 주파수가 설정되는 일련의 과정을 제어한다. 상기 주파수분할기의 주파수 분할 동작은 디지털식으로 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 데이터 수신부(24)는, 모든 센서노드와의 신호 송수신과정에서 정상적인 신호 수신이 가능하도록 주파수 가변 제어 구성을 포함한다.

또한, 상기 제어부(28)는, 각 센서노드(10)에 대한 전력관리, 트래픽제어와 유사한 거리에 존재하는 센서노드(10)에 대한 다중접속 제어 및 필요에 의해서 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 거리검출을 위한 제어를 수행한다. 본 발명에서는 센서노드(10)의 제어부(32)에서 거리 검출과정을 수행하는 경우도 실시 가능하나, 중앙노드(20)의 제어부(28)에서 거리 검출과정을 수행하는 경우도 실시 가능하다.

따라서 상기 제어부(28)는 센서노드의 주파수 설정이 이루어지지 않은 초기설정과정에서, 센서노드(10)에서 거리 검출을 위해 송신한 기준신호를 데이터 수신부(24)에 의해 수신하고, 수신전력의 크기를 검출 가능한 구성을 포함한다. 상기 수신신호의 전력세기는, 수신신호의 전력을 직접 검출하거나 또는 전류, 전압 등을 검출하여 간단한 연산과정으로 검출 가능하다. 상기 수신전력 크기 검출구성은 공지되고 있는 파워 검출기를 포함한 다양한 기술에 의해서 적용 가능하다. 상기 수신전력 크기 검출은, 센서노드에서 수행하고 그 검출정보만을 제공 받는 것도 물론 가능하다. 또한 전류크기는, 수신부에 전류 검출용 저항을 설치하는 것에 의해서 간단하게 검출 가능하다. 마찬가지로 상기 전류크기 검출도 센서노드에서 수행하고 그 검출정보만을 제공받는 것도 가능하다. 이러한 검출부분들은 공지되고 있는 기술을 이용하므로 상세한 부연 설명은 생략하기로 한다. 그리고 검출된 수신신호의 전력세기를 이용한 거리 추정은 메모리(29)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

또한 상기 제어부(28)는, 거리 검출을 위한 다른 방법으로서, 상기 센서노드(10)에서 신호를 송신한 후 중앙노드(20)에 도착하기까지 소요된 지연시간을 검출해서 이용하는 것이 가능하다. 상기 지연시간 검출은, 일 예로 센서노드(10)에서 신호 송신을 시작하는 시점정보와 중앙노드(20)에 신호가 도착한 시점정보를 비교하여 그 차에 의해서 검출 가능하다. 그리고 도착한 시점 정보를 검출하기 위해서, 상기 제어부(28)에 시간 계수 기능 등을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 검출된 지연시간을 이용한 거리 추정은, 상기 메모리(29)에 기저장되고 있는 지연시간 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

그리고 메모리(29)는 센서노드(10)에서 이용하거나 필요로 하고 검출한 각종 정보 저장에 이용되어진다. 특히, 상기 메모리(29)에는, 중앙노드(20)에서 거리 검출이 이루어질 때, 거리 검출에 이용될 각종 정보들을 저장하게 된다. 일 예로, 센서노드(10)로부터 제공받은 수신전력의 세기, 지연시간등을 이용하여 중앙노드(20)와 센서노드(10) 사이의 거리를 판단하기 위한 정보, 그리고 추정된 거리정보에 따라서 할당 가능한 수중 통신이 가능한 주파수 대역 정보 등을 저장한다. 이렇게 메모리(29)에 저장된 각종 정보들을 이용하여 제어부(28)는 거리를 추정하고, 임의의 센서노드에 할당할 특정 주파수 대역을 선택하게 된다. 그리고 상기 메모리(29)에는 주파수 분할을 위한 제어정보들도 포함하고, 분할된 주파수 대역과 그에 설정된 센서노드 등의 연관되어진 정보들도 저장한다. 그리고 센서노드들로부터 취합한 수중정보도 저장한다.

다음, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 제어 흐름도이다.

도시되고 있는 도 8은, 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되어지는 제 1 제어방법에 따른 동작 과정이다.

본 발명의 수중 통신망에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10) 간의 거리 정보를 검출해야 한다. 그리고 검출된 거리정보에 따라서 센서노드(10)에 특정 주파수 대역이 할당되어진다. 즉, 검출된 거리 정보에 따라 적응적으로 특정 주파수가 할당될 필요성이 있다.

먼저 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(200 단계)

또한, 상기 제어부(28)는, 도 4에 도시되고 있는 영역수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(205 단계). 상기 200 단계와 205 단계는, 상기 중앙노드의 성능에 따라서 기설정되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 기저장한다. 그리고 상기 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호를 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 기저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장하고, 이후 주파수 설정과정에서 이용하는 것이 바람직하다.

그리고 기저장하고 있는 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리(29)로부터 읽어온다. 상기 기준신호는, 상기 순방향 주파수 대역에 실어지고, 데이터 송신부(26)를 통해 초음파신호로 변환되어져서 중앙노드(20)의 사용 가능한 전체 주파수 대역에 포함되어진 모든 센서노드(10)로 송신되고, 센서노드(10)의 수신부(38)는 기준신호를 수신한다(210 단계).

상기 210 단계에서 기준신호를 수신한 센서노드(10)들은 수신신호의 전력세기, 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 검출하고, 검출신호를 이용하여 중앙노드(20)와의 거리를 추정한다(220 단계). 상기 센서노드(10)와 중앙노드(20)의 거리 추정은, 수신신호의 전력세기를 이용해서 추정된다.

상기 220 단계에서 거리 추정이 이루어진 후, 센서노드(10)는 중앙노드(20)로 추정된 거리에 해당하는 주파수 대역을 자신의 주파수 대역으로 할당해 줄 것을 요청한다(230 단계). 상기 230 단계에서 특정 주파수 대역 요청 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전이므로, 이 경우에서는 상기 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되어진 주파수 대역을 이용하여 주파수 대역 요청신호가 송신되어진다. 또한 상기 230 단계에서 추정된 거리에 해당하는 주파수 대역값도 기설정되어 저장되고 있는 메모리(34)의 저장값에 근거하여 선택이 이루어진다.

이후, 중앙노드(20)는, 복수개의 센서노드(10)로부터 요청되어진 주파수 대역 정보를 취합하고, 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 정보를 해당하는 센서 노드 측으로 전송한다(240 단계). 따라서 상기 240 단계까지 상기 중앙노드(20)의 데이터 수신부(24) 또한 순방향 주파수 대역으로 설정되어진다.

이후부터 상기 센서노드(10)는 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당되어진 주파수대역(f0)에 실어진 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당되어진 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.

이러한 과정으로 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 거리정보에 따라 적응적으로 적정한 주파수 대역이 할당되어져서 수중 정보 통신이 수행되어진다. 따라서 본 발명은 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)에 각각의 거리에 따른 적정 주파수가 할당되므로서, 할당 주파수가 불합리함에 따른 사용 불가능한 센서노드가 발생되지 않게 된다. 즉, 복수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20) 사이의 수중 통신이 효율적으로 이루어지는 것이 가능하게 된다.

다음, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 제어 흐름도이다.

도시되고 있는 도 9는, 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되어지는 제 2 제어방법에 따른 동작 과정이다. 도시되고 있는 실시예는 중앙노드(20)에서 자신의 판단하에 각 센서노드(10)와의 거리를 추정하고, 추정된 거리에 따라서 각각의 센서노드(10)에 주파수를 할당하기 위한 제어 과정이다.

먼저 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(300 단계).

그리고 상기 제어부(28)는, 도 4에 도시되고 있는 영역 수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(305 단계). 상기 300 단계와 305 단계는, 상기 중앙노드(20)의 성능에 따라서 기설정되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 기저장한다. 그리고 상기 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 기저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장하고, 이후 주파수 설정과정에서 이용하는 것이 바람직하다.

그리고 기저장하고 있는 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리로부터 읽어온다. 상기 기준신호는, 상기 순방향 주파수 대역에 실어지고, 초음파신호로 변환되어져서 모든 센서노드(10)로부터 중앙노드(20)로 송신동작이 제어된다. 복수개의 센서노드(10)로부터 송신된 기준신호를 데이터수신부(24)를 통해서 수신한 중앙노드(20)는, 각 센서노드로부터의 수신신호의 전력세기, 전송시간에 이용되어진 지연시간 등을 검출한다. 상기 검출신호를 위한 신호 송수신 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전 상태이다. 따라서 상기 센서노드(10)의 데이터송신부(36) 및 중앙노드(20)의 데이터수신부(24)는, 상기 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역으로 설정되어진 주파수 대역을 이용하여 신호의 송수신을 수행한다(310 단계). 한편, 상기 신호 검출 동작을 직접 센서노드(10)에서 수행하고, 그 검출제어정보를 중앙노드(20)에서 입력해서 이후 거리 추정에 이용하는 것도 가능하다.

상기 310 단계에서 거리 추정을 위한 신호를 검출한 중앙노드(20)는, 각각의 센서노드의 수신신호의 전력세기, 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 이용하여 중앙노드와 각각의 센서노드와의 거리를 추정한다(320 단계). 이때의 거리 추정은 메모리(29)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다. 또한 메모리(29)에 기저장되고 있는 시간지연 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

이후, 중앙노드(20)는, 추정된 거리에 따라서 적응적으로 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당하고, 할당된 주파수 정보를 해당하는 센서 노드 측으로 전송한다(330 단계,340 단계).

이후, 센서노드(10)는 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당되어진 주파수대역(f0)에 실어진 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당되어진 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.

이러한 과정으로 중앙노드(20)와 복수개의 센서노드(10) 사이에서는 중앙노드(20)와 센서노드(10)와의 거리정보에 따라 적응적으로 적정한 주파수 대역이 할당되어져서 수중 정보 통신이 수행되어진다. 따라서 본 발명은 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)와 중앙노드(20)의 수중 통신이 효율적으로 이루어지는 것이 가능하게 된다.

다음, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 통신 방법의 제어 흐름도이다.

도시되고 있는 도 10은, 중앙노드(20)에서 센서노드(10)에 특정 주파수를 할당할 때 이용되어지는 제 3 제어방법에 따른 동작 과정이다. 도시되고 있는 실시예에서는 복수개의 센서노드에 동일한 주파수 대역이 설정 가능함을 보여주기 위한 과정도이다.

중앙노드(20)의 제어부(28)는, 자신이 사용 가능한 전체 주파수 대역을 확인하고, 상기 사용 가능한 전체 주파수 대역을 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 순방향 주파수 대역과 역방향 주파수 대역으로 분할한다(400 단계).

또한, 상기 제어부(28)는, 도 4에 도시되고 있는 영역수(M개) 만큼 상기 역방향 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하는 제어를 수행한다(405 단계). 상기 400 단계와 405 단계는, 상기 중앙노드의 성능에 따라서 기설정되도록 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 가장 멀리까지 전송 가능한 주파수를 순방향 주파수 대역에 포함시켜서 기저장한다. 그리고 상기 중앙노드(20)가 수중환경에서 신호의 송수신을 수행할 때, 각각의 사용 주파수가 신호를 전송 가능한 거리(영역)를 미리 구분하고, 기저장한다. 이렇게 구분되어 설정된 거리 및 주파수 값은 중앙노드(20)의 메모리(29)와 센서노드(10)의 메모리(34)에 저장하고, 이후 주파수 설정과정에서 이용하는 것이 바람직하다.

그리고 기저장하고 있는 거리 정보 검출에 이용될 기준신호를 메모리(29)로부터 읽어온다. 상기 기준신호는, 상기 순방향 주파수 대역에 실어지고, 데이터 송신부(26)를 통해 초음파신호로 변환되어져서 중앙노드(20)의 사용 가능한 전체 주파수 대역에 포함되어진 모든 센서노드(10)로 송신된다(410 단계).

상기 410 단계에서 송신된 기준신호를 데이터수신부(38)를 통해서 수신한 센서노드(10)들은 수신신호의 전력세기, 또는/및 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 검출하고, 검출신호를 중앙노드(20)로 송신한다. 상기 검출신호 송신 과정에서는, 해당하는 센서노드에 주파수 대역이 할당되기 전이므로, 이 경우에서는 상기 역방향 주파수 대역 중에서 가장 낮은 주파수 대역을 이용하여 검출신호가 중앙노드(20)로 송신되어진다.

상기 검출신호를 수신한 중앙노드(20)의 제어부(28)는, 각각의 센서노드로부터 입력된 수신신호의 전력세기 또는/및 신호전송에 이용되어진 시간 지연 등을 이용하여 중앙노드와 각각의 센서노드와의 거리를 추정한다(420 단계). 이때의 거리 추정은 메모리(29)에 기저장되고 있는 전력세기 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다. 또한 메모리(29)에 기저장되고 있는 시간지연 대비 거리값을 이용해서 거리를 추정하는 것이 가능하다.

이후, 중앙노드(20)는, 추정된 거리에 따라서 적응적으로 각각의 센서노드(10)에 적합한 주파수 대역을 할당한다(430 단계). 상기 430 단계에서 센서노드(10)에 주파수 할당시, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 동일거리 또는 유사 거리에 있는 센서 노드에 같은 주파수 대역을 할당한다. 이때 중앙노드(20)는 자신을 기준으로 해서 동일한 주파수 대역으로 신호의 송수신이 가능한 센서노드를 동일 영역으로 묶는다. 그리고 동일 영역에는 동일한 주파수 대역을 할당한다.

그리고 상기 430 단계에서 각 영역에 따라서 할당된 주파수 대역 정보를 복수개의 센서노드로 전송한다(440 단계).

상기 센서노드(10)는 이후 중앙노드(20)와의 수중 정보 송수신시에, 중앙노드(20)로부터는 순방향 주파수 대역에 할당되어진 주파수대역(f0)에 실어진 초음파신호를 수신하고, 중앙노드(20)로는 역방향 주파수 대역 내에서 자신에게 할당되어진 주파수 대역에 수중정보를 실어서 초음파신호로 송신한다.

한편, 상기 동일 영역 내에 존재하는 센서노드는 동일한 주파수대역을 가지고 수중신호의 전송이 이루어진다. 따라서 이 경우 중앙노드(20) 내 제어부(28)는, 동일 영역 내에 존재하는 복수개의 센서노드와의 수중 통신을 적절히 제어할 필요성이 있다. 이 경우에 앞서 설명한 바와 같이 다중 접속 방식에 따른 수중 통신 제어가 이루어진다(450 단계).

이와 같이 여러개의 센서노드에 동일한 주파수를 할당하는 것은, 중앙노드(20)에서 사용 가능한 주파수 대역은 한계가 있기 때문이다. 일 예로, 수중 정보를 보다 정확하고 다양하게 취득하기 위해서는, 센서노드 수를 늘릴 수 밖에 없다. 이런 경우 중앙노드(20)에서 사용 가능한 전체 주파수 대역 내에 설치되고 있는 센서노드(10)의 수가 분할된 역방향 주파수 대역 수보다 많을 경우가 발생되어진다. 이때 도 4에 도시하고 있는 바와 같이 동일 영역에 존재하는 센서노드에는 동일한 주파수 대역을 할당해서 수중 통신을 제어한다.

도 10의 실시예에 따르면, 본 발명은 한정되어진 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드(10)에 동일한 주파수 대역을 할당하고, 중앙노드(20)의 다중 접속 방식의 제어로 복수개의 센서노드들을 효율적으로 제어하여 수중 통신을 수행한다. 따라서 분할된 주파수 대역 수보다 많은 센서노드에 대해서도 효율적인 수중 통신 제어를 가능하게 한다.

다음은 상기에서 설명한 바와 같이 한정된 주파수 대역 내에서 복수개의 센서노드들을 이용한 효율적인 수중 통신에서 할당된 주파수를 이용하여 반송파신호를 전송하고, 상기 반송파신호에 수신 성능을 높일 수 있도록 복조 기준신호를 실어서 전송하는 동작에 대해서 살펴본다.

앞서 과정에서 중앙노드(20)와 임의의 센서노드(10) 사이에서 사용할 주파수(또는 주파수 대역 또는 작은 주파수 대역)가 할당되었다. 이후 중앙노드(20)와 임의의 센서노드(10) 사이에서 신호를 전송함에 있어서 상기에서 할당된 주파수를 이용하게 된다.

한편, 본 발명의 수중통신은 여러개의 반송파에 데이터를 실어보내는 방식을 이용한다. 일 예로 소정의 시간동안 특정 수의 부반송파가 할당되어져서 이용될 수 있다.

본 발명에서도 OFDM 통신 방식을 적용하여, 수중 통신을 수행한다. 도 11에서는 OFDM 통신 방식에 이용되는 물리 자원 블록을 도시하고 있다. 즉, OFDM 통신에서 소정의 시간동안 특정 수의 부반송파가 할당되고, 이를 물리 자원 블록이라고 하며, 시간 차원 및 주파수 차원 모두를 갖는다. 상기 OFDM 통신에서는 특별한 기준신호가 물리 자원 블록에 임베드된다. 상기 기준신호가 OFDM 통신 내의 각 셀에 할당되어 셀 특정 식별자로서 작용한다. 이때 각 셀마다 기준신호가 다르게 할당될 수 있고, 또는 정해진 만큼의 셀이 전송되기까지는 동일 기준신호를 이용하고, 정해진 만큼의 셀이 전송된 이후에는 기준신호를 변화시켜서 이용할 수도 있다. 따라서 송수신단에서 공통적으로 알고 있는 기준신호가 실려있는 심볼을 통해서 채널을 추정하고, 그 추정치를 이용하여 데이터 복원이 이루어진다. 이하에서는 상기 특별한 기준신호를 복조 기준신호라고 명명한다.

이와 같이 OFDM 통신 방식에서는 송수신단에서 공통적으로 알고 있는 복조 기준신호가 실려있는 심볼을 특정의 위치에 삽입하여 사용하였다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 수중통신에서는 다양한 요인에 의해서 수중채널이 변화하기 때문에, 기존의 육상에서 이용하던 규격화된 기준신호가 포함된 심볼 삽입(심볼수 삽입)에 의해서는 만족할 만한 채널 추정 및 데이터 복원이 어려웠다.

따라서 본 발명에서는 수중 통신망에서 제한된 주파수를 이용하여, 복조를 위한 기준신호를 전송할 때, 많은 수의 센서노드와 효율적으로 통신을 수행할 수 있도록 현장상황에 맞게 복조 기준신호를 다양하게 가변시켜서 전송하도록 구성한다. 이후 복조 기준신호를 가변한다는 의미는, 복조 기준신호 자체를 변화시키는 것이 아니라, 복조 기준신호가 삽입되는 위치, 삽입되는 횟수, 삽입되는 종류 등, 기설정된 복조 기준신호를 다양한 방법으로 전송하는 것을 나타낸다.

이것은 수중상황이 시간, 장소, 계절, 온도 등 여러가지 요인들에 의해서 매우 가변적으로 이루어지고, 이와 같은 가변적인 현장상황에 따른 복조 기준신호의 삽입이 적절하게 이루어져야만, 수중 채널의 추정과 이를 통한 신호 복조가 안전하게 이루어질 수 있기 때문이다.

이와 같이 복조 기준신호를 가변적으로 조절함에 있어서, 일 예로 물리 자원 블록 내의 주파수 차원에서 복조 기준신호의 간격을 조절하면서 복조 기준신호를 삽입할 수 있다. 다른 예로서 시간 차원에서 복조 기준신호의 간격을 조절하면서 복조 기준신호를 삽입할 수 있다. 다른 예로서 시간차원과 주파수 차원에서 모두 복조 기준신호의 간격을 조절하면서 복조 기준신호를 삽입할 수 있다. 다른 예로서 미리 정해진 여러가지 종류의 복조 기준신호가 삽입된 예에서 하나의 방법을 선택하여 전송할 수 있다.

도 12는 주파수 차원에서 복조 기준신호의 간격이 가변되는 예를 보여주고 있다. 즉, 시간(M) 차원의 복조 기준신호가 실리는 심볼은 고정시켜놓고, 주파수(N) 차원의 복조기준신호가 실리는 심볼의 위치를 가변적으로 제어하는 예를 도시하고 있다.

도 13은 시간 차원에서 복조 기준신호의 간격이 가변되는 예를 도시하고 있다. 즉 복조 기준신호가 주파수차원(N)은 고정되고, 시간차원(M)에서 그 간격이 가변적으로 제어되는 예를 도시하고 있다.

도 14는 시간(M)과 주파수(N) 모두 복조 기준신호의 간격이 가변되는 예를 도시하고 있다.

도 15는 복조 기준신호를 삽입한 예를 다양하게 기결정하고, 그 중에서 하나의 방법을 선택하여 이용하는 예를 도시하고 있다.

한편, 도 12 내지 도 15에서 설명되고 있는 여러가지 방식으로 삽입된 복조 기준신호의 정보(복조 기준신호가 자원 블록 내에 삽입된 위치정보)에 대해서 송신측과 수신측에서 모두 알고 있어야만 채널 추정 및 신호 복조가 가능하게 된다. 그러나 본원발명에서와 같이 시간차원으로 또는 주파수차원으로 또는 시간 차원과 주파수차원 모두에서 가변적으로 복조 기준신호가 삽입되는 경우, 수신측에서는 복조 기준신호의 삽입 위치를 초기상태에서 알지 못한다. 따라서 복조 기준신호의 전송 방식에 따른 정보를 수신측에 인지시킨 다음에 이후 결정된 기준신호 전송방식으로 복조 기준신호를 전송할 필요성이 있다.

도 22는 본 발명에 따른 수중 채널에서 복조 기준신호를 제어하는 동작 과정도를 도시하고 있다.

중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 송신측으로 이용될 노드와 수신측으로 이용될 노드가 결정된다. 통상적으로는 중앙노드가 송신측으로 동작할 것이고, 센서노드는 수신측으로 이용될 가능성이 높다. 물론 센서노드에서 중앙노드 측으로 신호 전송을 먼저 요구하는 경우에서는 센서노드가 송신측으로 동작될 수 있고, 중앙노드가 수신측으로 동작될 수도 있다. 즉, 중앙노드와 센서노드는 송신과 수신이 모두 이루어지도록 구성되어진다. 그리고 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서는 수중통신에서 사용할 작은 주파수 대역이 할당된다(500단계).

그리고 중앙노드와 센서노드가 신호 송수신을 위하여 복조 기준신호를 전송하는 초기과정에서는, 송신측과 수신측에서 모두 알고 있는 기결정된 복조 기준신호 전송방식을 이용하여 복조 기준신호를 전송한다(510 단계). 이 경우 복조 기준신호의 전송방식에 대한 정보를 서로 교환할 필요는 없다. 도 16은 초기 접속과정에서 미리 정해진 복조 기준신호 전송 방식에 따라서 송신측과 수신측의 신호 송수신과정을 나타낸다. 통상적으로 이 과정에서는 OFDM 통신방식에서 이미 사용하고 있는 특정의 위치에 복조 기준신호를 삽입해서 전송하는 방법을 선택하는 것이 바람직하다. 상기 510 단계는, 송신측과 수신측에서 서로 사용되는 채널 확인 등, 신호 송수신이 가능한 상태인지를 먼저 시험 확인하는 과정이라고 설명될 수 있다.

또한 상기 510 단계에서 기결정된 복조 기준신호 전송 방식을 사용하는 것 외에도 브로드캐스팅 채널을 통해 초기 과정을 위한 복조 기준신호 전송방식 정보를 수신측으로 전달할 수도 있다.

다음은 송신측과 수신측의 신호 송수신이 가능한 상태에서, 이용할 복조 기준신호 전송방식을 결정한다. 즉, 도 12 내지 도 15의 과정에서 설명되어진 다양한 방법으로 설명되고 있는 전송방식 중에서 이용할 하나의 전송방식을 선택하는 과정이다. 그리고 결정된 복조 기준신호 전송방식 정보를 상대측으로 전송한다(520 단계).

도 17은 상기 송신측에서 복조 기준신호 전송방식 정보를 수신측으로 전송하고, 이를 충분히 인지한 수신측의 확인이 이루어지면, 이후 복조 기준신호가 포함된 데이터를 전송하는 예를 도시하고 있다(530 단계).

일반적으로 송신측에서 복조 기준신호 전송방식 정보를 수신측으로 전송하는 것이 바람직하다. 그러나 수중 통신 상황은 매우 유동적이며, 지상보다도 더 불완전하다. 따라서 수신측에서 현재의 수중 통신 상황을 우선적으로 판단한 후에, 신호 전송이 적절하게 이루어질 복조 기준신호 전송방식 정보를 선택하는 것도 바람직하다.

도 18은 수신측에서 먼저 송신측으로 기준신호 정보 방식의 정보를 통보하는 일 예를 도시하고 있다. 즉, 수신측에서 채널 추정 및 신호 복조가 가능한 형태의 복조 기준신호 정보 방식을 선택하고, 그에 따른 정보를 송신측으로 제공함으로써, 송신측은 수신측에서 요구하는 방식으로 복조 기준신호의 전송을 수행한다(530 단계).

도 18에서와 같이 수신측에서 기준신호 전송 방식 정보를 선택하고, 송신측으로 통보하기 위해서는 수신측에서 기준신호 전송 방식에 따른 다양한 정보들을 가지고 있어야만 한다. 이러한 부분을 만족하기 위해서 수신측의 메모리(도시하지 않음)에는 기준신호 전송 방식 정보들을 기저장하는 것도 한가지 방법이다.

또는 상기 510 단계에서 기설정된 복조 기준신호 전송방식을 이용한 채널 확인 등의 과정을 수행한 이후, 기설정된 복조 기준신호 전송방식을 이용하여, 복조 기준신호 전송방식 정보를 송신측에서 수신측으로 제공하는 것도 한가지 방법이다. 이 경우에는 기설정된 기준신호와 데이터가 기설정된 기준신호 전송방식을 통해서 전송되고, 상기 데이터에 본 발명의 복조 기준신호 전송방식 정보에 해당하는 데이터들이 포함되어져서 전송하는 것이 바람직하다.

한편, 도 17과 도 18의 복조 기준신호 전송 방식의 정보는, 물리 계층 또는 MAC 계층에서 전송하는 것이 바람직하다. 그리고 물리 계층을 통해서 전송하는 경우에서는 제어채널 또는 데이터 채널을 통해서 전송하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 복조 기준신호 전송 방식의 정보는 독립적으로 정의되어 전송되거나 다른 정보들과 합쳐져서 전송하는 것도 가능하다. 일예로 MCS(Modulation and Coding Scheme) 레벨 중에 한 형태로 전송되는 것이 가능할 것이다.

또한 도 17과 도 18의 복조 기준신호 전송 방식의 정보를 전송함에 있어서, 주파수 차원에서 가변되는 간격에 대한 인덱스정보를 전송해서, 주파수차원에서 복조 기준신호의 간격을 조절하는 정보를 전송한다. 이 경우 부반송파의 인덱스 정보가 가변적으로 조절되도록 구성되고, 심볼에서의 복조 기준신호 간격은 미리 기결정된 값이 된다.

또한 복조 기준신호 전송 방식의 정보를 전송함에 있어서, 시간 차원에서 가변되는 간격에 대한 인덱스정보를 전송해서, 시간차원에서 복조 기준신호의 간격을 조절하는 정보를 전송한다. 이 경우 심볼의 인덱스 정보가 가변적으로 조절되도록 구성되고, 부반송파에서의 복조 기준신호 간격은 미리 기결정된 값이 된다.

또한 복조 기준신호 전송 방식의 정보를 전송함에 있어서, 시간차원 그리고 주파수차원에서 가변되는 간격에 대한 인덱스 정보를 전송해서, 시간차원과 주파수 차원 모두 복조 기준신호의 간격을 조절하는 정보를 전송한다. 이 경우 가변적으로 변화하는 부반송파의 인덱스 정보와 심볼의 인덱스 정보가 전송된다.

만약 복조 기준신호 전송 방식의 정보를 전송함에 있어서, 도 15에서와 같이 미리 결정된 여러개의 기준신호 삽입 예시에서 하나의 예를 선택해서 이용하는 경우, 선택된 예시에 따른 시간차원의 인덱스정보 또는 주파수차원의 인덱스 정보 또는 시간차원과 주파수차원의 인덱스 정보 들이 전송된다. 또는 선택된 예시에 관련된 정보가 수신측과 송신측에서 모두 갖고 있는 경우에서는, 선택된 '하나의 예'에 해당하는 번호정보가 전송될 수도 있다.

도 15는 하나의 복조 기준신호에 대해서 각기 다른 갯수, 형태, 위치로 삽입되고 있는 실시예를 도시하고 있고, 도시된 실시형태 외에도 추가적으로 다른 실시형태로 복조 기준신호를 삽입하여 구성할 수 있다.

상기의 도 17과 도 18의 복조 기준신호 전송 방식의 정보를 전송함에 있어서, 복조 기준신호의 가변 조절되는 자원 블록 내의 주파수 차원 또는 시간 차원의 해당 인덱스 정보가 전송됨을 일 예로 설명하였다. 그러나 복조 기준신호 전송 방식의 정보에 대해서 인덱스 정보로 한정되지는 않는다. 즉, 인덱스 정보가 아닌 다른 복조 기준신호 전송 방식의 정보로 이용될 수 있는 다양한 정보들이 전송될 수도 있다. 즉, 전송될 복조 기준신호에 대한 위치정보를 인식할 수 있는 정보라면, 다른 정보를 이용할 수도 있다.

도 19는 본 발명에 따른 수중 통신에서 기준신호제어장치를 설명하기 위한 송신측의 일부 구성을 도시하고 있고, 도 20은 본 발명에 따른 수중 통신에서 기준신호제어장치를 설명하기 위한 수신측의 일부 구성을 도시하고 있다.

상기 송신측의 구성은, 앞서 설명된 중앙노드가 될 수도 있고, 센서 노드가 될 수도 있다. 그리고 도시하지는 않고 있지만, 수중 기지국일 수도 있다. 즉, 수중 통신을 수행함에 있어서, 송신측으로 이용되어지는 구성이다. 마찬가지로 상기 수신측의 구성은, 중앙노드 또는 센서 노드일 수 있고 도시하지 않은 수중 기지국일 수도 있다. 즉, 수중 통신을 수행함에 있어서, 수신측으로 이용되어지는 구성이다.

도 19에 도시하고 있는 바와 같이, 복조 기준신호는 복조 기준신호 생성부(610)에서 생성된다. 상기 복조 기준신호 생성부(610)는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 방식에 따라서 복조 기준신호를 생성하고, 이렇게 생성된 복조 기준신호가 다중화 채널의 수에 따라서 프리코더(620)에 의해서 프리코딩된다. 그리고 시간 주파수 맵퍼(630)는, 전송을 위한 자원 블록 내의 프리코딩된 복조 기준신호를 맵핑하도록 기능한다. 이렇게 맵핑된 신호는 전송 안테나를 통해서 송신되어진다.

도 20에 도시하고 있는 바와 같이, 수신측은 시간 주파수 디맵퍼를 포함한다. 상기 시간 주파수 디맵퍼(710)는 전송된 자원 블록으로부터 복조 기준신호를 디맵핑하고, 이어서 채널 추정부(720)는 유효채널 즉 채널 자체와 데이터 복조부(730)에 의한 데이터의 복조용 프리코더 매트릭스와의 적(product)을 추정한다.

한편 본 발명에서 이용될 복조 기준신호 전송방식 및 복조 기준신호의 가변 제어는 획일적이지 않고, 현장상황에 맞도록 가변적으로 조절될 필요성이 있다. 수중 통신이 이루어지는 현장상황은 매우 불규칙하게 변화한다. 따라서 수중통신을 가변시킬 수 있는 다양한 요소들을 적용하여 실험으로 산출된 복조 기준신호 가변 제어값을 메모리하고, 이를 적용하여 사용할 필요성이 있다.

특히 본 발명에서는 수중통신의 상태가 육상통신과 비교해서 현저하게 나쁜 것을 감안해볼 때, 상기 가변적으로 조절되는 복조 기준신호는 육상통신과 비교해서 상대적으로 더 많은 수가 포함될 필요성이 있다.

도 21은 본 발명에서 복조 기준신호를 생성할 때, 필요로 하는 일부 구성을 도시하고 있다.

도시되고 있는 복조 기준신호 생성부는, 수중통신에 영향을 끼칠 수 있는 다양한 요소들(온도, 시간, 계절, 염도, 해수온도, 사용자 입력값 등을 포함한 수중통신에 영향을 끼치는 다양한 파라미터들)이 적용되어 그에 따라 적절한 값으로 설정된 복조 기준신호 가변 제어를 위한 설정값을 저장하는 메모리(612)를 포함한다. 상기 수중 통신에 영향을 끼칠 수 있는 다양한 요소들은, 센서 노드의 검출 기능을 통해서 검출 하는 것이 가능할 것이다.

그리고 상기 메모리(612)로부터 최적의 복조 기준신호 가변 제어를 위한 설정값을 가져와서 그에 해당하는 복조 기준신호를 생성하는 복조 기준신호 생성기(611)를 포함한다. 그리고 상기 메모리(612)로부터 최적의 복조 기준신호 가변 제어를 위한 설정값을 선택하거나 또는 사용자의 요구사항들을 인지해서 그로부터 최적의 복조 기준신호 가변 제어를 위한 설정값을 메모리(612)로부터 가져와서, 기설정된 알고리즘에 따라서 복조 기준신호가 가변 제어되어서 출력되도록 제어하는 제어부(613)를 포함한다. 이러한 구성으로부터 복조 기준신호 생성기(611)는, 현재 수중상황에 맞도록 복조 기준신호를 가변 제어하게 된다.

이와 같이 본 발명에서 복조 기준신호를 최적으로 가변 제어 가능하도록 생성하기 위해서는 현재의 수중상황에 맞는 조건을 찾아야 한다. 복조 기준신호를 생성하고, 전송함에 있어서, 송신측 또는 수신측에서 자율적으로 기설정된 프로그램에 따라서 생성할 수 있다. 이때 복조 기준신호의 가변제어를 위한 변수로, 앞서 설명한 파라미터 외에도 수중채널 특성, 수신신호의 신호 대 잡음비(또는 간섭비), 비트 에러율, 패킷 에러율, 재전송 횟수 들이 적용될 수 있다.

상기 주파수 축에서의 기준신호 간격 조절은, 수중채널의 길이(다중경로 개수)와 밀접하게 관계되고, 시간 축에서의 기준신호 간격은 수중채널이 시간적으로 얼마나 빨리 바뀌는가(도플러 주파수)와 밀접하게 관계된다. 따라서 수신측에서 상기 수중 채널 특성들을 측정하고, 측정한 수중 채널 특성들을 송신측으로 전달해주면, 송신측에서 피드백 정보를 기초로 복조 기준신호의 가변 설정치에 대한 선택을 할 수 있다. 또는 수신측에서 측정한 수중 채널 특성들을 기반으로 복조 기준신호의 가변 설정치를 선택하여, 해당 정보를 송신측으로 전달할 수 있다.

즉, 복조 기준신호 전송 방식이 선택되고 결정되는 것은 이를 위해 사용되는 파라미터들과, 예를 들면 수중채널 길이, 도플러 주파수, RSSI, RSRP, RSRQ, 비트 에러율, 패킷에러율, 재전송 여부(재전송 횟수) 등, 기준신호 전송방식을 결정하는 주체가 송신측인지 또는 수신측인지에 따라서 달라질 수 있다.

일 예로 수중 채널의 길이가 길어질 경우, 주파수 측에서의 기준신호 간격을 감소시키는 제어를 수행할 수 있다. 도플러 주파수가 증가할 경우 시간축에서의 기준신호 간격을 감소시키는 제어를 수행할 수 있다. 또한 수신신호의 크기(RSSI, RSRP, RSRQ 등을 통해 측정)가 감소하거나 비트 에러율, 패킷 에러율, 재전송 횟수 등이 증가할 경우, 채널 추정 성능 향상을 위해서 시간축 또는 주파수축 또는 두개의 축 모두 기준신호의 간격을 감소시키는 제어를 수행할 수 있다. 따라서 상기 복조 기준신호 가변 제어는, 기설정된 알고리즘을 통해서 제어할 수 있다. 또는 앞서 언급한 다양한 가변 변수들 값에 대하여 테스트를 통해 얻어진 기설정된 설정값이 적용되어져서 결정될 수도 있다.

그리고 본 발명의 설명과정에서 OFDM 통신 방식을 일 예로 설명하였으나, 여러개의 반송파에 데이터를 실어 보내는 방식을 이용하는 FMT, FBMC, SC-FDMA 방식 등에도 적용 가능함은 당연할 것이다.

앞서 설명하고 있는 도 11 내지 도 15의 실시예의 과정에서는 한 종류의 복조 기준신호를 가변 삽입하는 형태에 대해서 설명하였다. 그리고 상기 실시예에서 복조 기준신호에 대한 가변 삽입 위치만을 설명하고 있으나, 이것은 복조 기준신호에 대한 가변 삽입되는 심볼 수가 다를 수 있음을 포함한다. 즉, 복조 기준신호의 삽입 위치가 달라지므로 인해서 삽입되는 복조 기준신호의 삽입 수가 달라질 수 있기 때문이다.

또한 본 발명은 삽입되는 복조 기준신호가 한 종류로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 23 내지 도 27에 도시하고 있는 바와 같이, 두가지의 복조 기준신호를 사용하는 것도 가능할 것이다.

도 23은 두가지의 복조 기준신호가 사용되는 기본 예시를 보여주고 있고, 도 24는 주파수 차원에서 복조 기준신호의 간격이 가변 제어되는 예를 보여주고 있다. 즉, 시간(M) 차원의 복조 기준신호가 실리는 심볼은 고정시켜 놓고, 주파수(N) 차원의 복조 기준신호가 실리는 심볼의 위치를 가변적으로 제어하는 예를 도시하고 있다. 도시되고 있는 예시에서는 제1복조 기준신호와 제2복조 기준신호에 대하여 시간차원(M1,M2)은 고정하고, 주파수차원(N1,N2)에 대해서 모두 가변 가능함을 설명하고 있다.

그러나 두가지 복조 기준신호 중에 어느 하나의 복조 기준신호에 대해서만 주파수차원을 가변 가능하게 조절하는 것도 가능할 것이다. 일 예로 제 1 복조 기준신호에 대한 주파수 차원만을 가변적으로 제어하고, 제 2 복조 기준신호에 대한 값은 고정할 수 있다. 또는 제 1 복조 기준신호에 대한 값은 고정하고, 제 2 복조 기준신호에 대한 주파수 차원만을 가변적으로 제어할 수 있다.

즉, 삽입되는 복조 기준신호의 종류가 복수개일 때, 각각의 종류에 대한 복조 기준신호에 대해서 주파수 차원 값을 가변 제어하거나 또는 적어도 어느 한가지 종류에 대한 복조 기준신호의 주파수 차원 값에 대해서만 가변 제어하는 것이 가능하다.

도 25는 두가지 종류의 복조 기준신호가 사용되는 경우에서, 시간 차원에서 복조 기준신호의 간격이 가변되는 예를 도시하고 있다. 즉, 복조 기준신호가 주파수차원(N1,N2)은 고정되고, 시간차원(M1,M2)에서 그 간격이 가변적으로 제어되는 예를 도시하고 있다.

이 경우에 있어서도 삽입되는 복조 기준신호의 종류가 복수개일 때, 각각의 종류에 대한 복조 기준신호에 대해서 시간 차원이 가변 제어되거나 또는 적어도 한가지 종류에 대한 복조 기준신호의 시간 차원만이 가변 제어하는 것이 가능할 것이다.

도 26은 두가지 종류의 복조 기준신호에 대해서 시간(M1,M2)과 주파수(N1,N2) 모두 복조 기준신호의 간격이 가변되는 예를 도시하고 있다. 도시되고 있지는 않지만, 제 1 복조 기준신호에 대한 주파수(N1) 차원의 가변 제어와 제 2 복조 기준신호에 대한 시간(M2) 차원의 가변 제어를 할 수 있을 것이고, 또 다른 예로서 제 1 복조 기준신호에 대해서는 시간 차원의 가변 제어를 하고, 제 2 복조 기준신호에 대해서는 주파수 차원이 가변 제어를 하는 경우도 있을 것이다. 즉, 도 26은 주파수와 시간 차원에 대해서 가변 제어가 동시에 가능함을 설명하고 있다.

도 27는 복수개의 복조 기준신호를 삽입한 예를 다양하게 기결정하고, 그 중에서 하나의 방법을 선택하여 이용 가능한 예를 도시하고 있다.

따라서 복조 기준신호 전송 방식의 정보를 전송함에 있어서, 도 27에서와 같이 미리 결정된 여러개의 기준신호 삽입 예시에서 하나의 예를 선택해서 이용하는 경우, 선택된 예시에 따른 시간차원의 인덱스정보 또는 주파수차원의 인덱스 정보 또는 시간차원과 주파수차원의 인덱스 정보 들이 전송된다.

또는 선택된 예시에 관련된 정보가 수신측과 송신측에서 모두 갖고 있는 경우에서는, 선택된 '하나의 예'에 해당하는 번호정보가 전송될 수도 있다. 이 경우에 미리 결정된 여러개의 기준신호 삽입 예시에 관련된 정보를 먼저 전송하는 과정을 수행한 이후에, 송신측과 수신측에서 모두 확인이 가능한 상태에서, '하나의 예'를 선택하기 위한 '번호정보'를 전송할 수도 있다. 이 외에도 다양한 방법으노 복조 기준신호를 삽입하는 실시형태를 구현하고, 이를 선택적으로 이용하는 것이 가능하다.

나아가서 더 많은 수의 복조 기준신호를 사용하는 것도 충분히 가능하다. 이상에서와 같이 본 발명은 복조 기준신호의 삽입을 제어함에 있어서, 복조 기준신호의 위치, 복조 기준신호의 삽입 갯수, 복조 기준신호의 종류를 포함하여, 다양한 형태로 복조 기준신호를 설정하고, 이를 이용하여 사용 가능함을 제시하고 있다. 따라서 다양한 형태로 설정된 복조 기준신호는, 전송채널을 통해서 송신측과 수신측 모두 이용이 가능할 수 있도록 관련 정보가 우선적으로 제공되어져서 데이터의 복조를 수행할 때 이용되어진다.

그리고 상기와 같이 복조 기준신호의 종류를 복수개를 사용하는 경우에서는, 복조 기준신호 전송 방식 정보를 제공함에 있어서, 복조 기준신호의 삽입 위치에 대한 심볼정보만을 제공하는 것이 아니라, 삽입되어지는 복조 기준신호의 종류에 따라서 구분해서 정보가 제공되어져야 할 것이다. 따라서 복조 기준신호 전송 정보에는, 복조 기준신호에 대한 삽입 위치정보, 종류 정보를 포함한 다양한 정보들이 포함되어진다.

따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : 센서노드 20 : 중앙노드
21,22,40 : 송수신부 23,26,36 : 데이터 송신부
24,25,38 : 데이터 수신부 27 : 주파수 분할기
28,32 : 제어부 29,34 : 메모리
50 : 수중 통신망 62 : 지상 통신망
64 : 관리노드 110 : 복조 기준신호생성부
111 : 복조 기준신호생성기 112 : 메모리
113 : 제어부 120 : 프리코더
130 : 시간 주파수 맵퍼 210 : 시간 주파수 디맵퍼
220 : 채널 추정부 230 : 데이터 복조부

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 수중 정보를 검출하는 복수개의 센서노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 수중 통신에서,
   상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하고, 상기 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이의 거리에 기반해서 상기 분할된 작은 주파수 대역을 각각의 센서노드에 할당해서 수중통신을 수행하고,
   상기 각각 할당된 작은 주파수 대역을 이용하여 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 수행할 때, 반송파에 실어 전송하는 채널 추정과 데이터 복조에 이용될 복조 기준신호의 삽입 간격을 가변적으로 조절하되,
   송신측 노드가 수중통신에 영향을 미치는 온도, 시간, 계절, 염도, 사용자 입력값 중의 적어도 하나의 요소에 대응하여 복조 기준신호 가변제어를 위한 설정값을 저장하며, 현재의 수중통신에 영향을 미치는 요소를 검출하고, 상기 검출된 요소에 대응하는 설정값에 따라서 상기 복조 기준신호의 자원 블록 내의 시간축 및 주파수축 중의 적어도 하나에 대한 삽입 간격을 조절하며,
   상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 행할 때, 상기 송신측 노드가 복조 기준신호 전송방식 정보를 수신측 노드로 전송하고, 상기 수신측 노드는 상기 복조 기준신호 전송방식 정보를 인지한 후, 송신측과 수신측 노드 사이에서 복조 기준신호 전송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중통신의 기준신호제어장치.
8. 수중 정보를 검출하는 복수개의 센서노드로부터 검출정보를 취합해서 지상네트워크로 전송하는 중앙노드를 이용한 수중 통신에서,
   상기 중앙노드가 사용 가능한 전체 주파수 대역을 작은 주파수 대역으로 분할하고, 상기 중앙노드와 복수개의 센서노드 사이의 거리에 기반해서 상기 분할된 작은 주파수 대역을 각각의 센서노드에 할당해서 수중통신을 수행하고,
   상기 각각 할당된 작은 주파수 대역을 이용하여 상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 수행할 때, 반송파에 실어 전송하는 채널 추정과 데이터 복조에 이용될 복조 기준신호의 삽입 간격을 가변적으로 조절하되,
   송신측 노드가 수중통신에 영향을 미치는 온도, 시간, 계절, 염도, 사용자 입력값 중의 적어도 하나의 요소에 대응하여 복조 기준신호 가변제어를 위한 설정값을 저장하며, 현재의 수중통신에 영향을 미치는 요소를 검출하고, 상기 검출된 요소에 대응하는 설정값에 따라서 상기 복조 기준신호의 자원 블록 내의 시간축 및 주파수축 중의 적어도 하나에 대한 삽입 간격을 조절하며,
   상기 중앙노드와 임의의 센서노드 사이에서 수중통신을 행할 때, 수신측 노드가 복조 기준신호 전송방식 정보를 상기 송신측 노드로 전송하고, 이후 상기 송신측 노드는 수신된 기준신호 전송방식 정보에 기초해서 상기 수신측 노드로 복조 기준신호 전송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중통신의 기준신호제어장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 복조 기준신호 전송방식 정보는, 상기 복조 기준신호의 가변 조절되는 자원 블록 내의 주파수 차원 또는 시간 차원의 해당 인덱스 정보가 전송되는 것을 특징으로 하는 수중통신의 기준신호제어장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복조 기준신호 전송방식 정보는, 물리 계층 또는 MAC 계층에서 전송 되는 것을 특징으로 하는 수중통신의 기준신호제어장치.
11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 복조 기준신호 전송방식 정보는, 미리 결정된 여러개의 기준신호 삽입 예시에 관련된 정보를 송신측과 수신측이 모두 확인 가능한 상태에서, 상기 예시 중에서 하나를 선택하는 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 수중통신의 기준신호제어장치.
12. 수중정보를 검출, 취합하기 위하여 수중에서 신호를 송수신하는 송신측과 수신측 사이에서 수신신호의 복조에 이용될 복조 기준신호의 삽입 방법을 다양하게 설정하고 저장하는 단계;
    상기 저장된 다수의 복조 기준신호 삽입 방법 중에서 하나의 복조 기준신호 삽입 방법을 선택하는 단계;
    상기 송신측과 수신측의 초기 접속 과정에서, 기설정된 복조 기준신호와 상기 선택된 복조 기준신호 삽입 방법에 대한 정보를 전송하는 단계;
    상기 정보를 수신하고, 기설정된 복조 기준신호를 이용하여 복호하고, 선택된 복조 기준신호 삽입 방법을 송신측과 수신측 모두 인지하는 단계; 및
    상기 인지된 복조 기준신호 삽입 방법을 이용하여 수중정보를 전송하는 단계를 포함하는 수중통신에서의 기준신호제어방법.

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