KR20140134089A - 수중 초음파 모뎀을 위한 동기화 장치 및 동기화 방법 - Google Patents

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Abstract

수중 초음파 모뎀을 위한 동기화 장치 및 동기화 방법이 개시된다. 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치는, 수중의 송신기로부터 수신된 초음파 신호의 동기화(Synchronization)를 수행하되, 상기 초음파 신호의 데이터 패킷에 포함된 프리앰블(Preamble)을 이용하여 상기 초음파 신호에 대한 프레임 동기(Coarse Frame Sync)와 정밀 동기(Fine Sync)를 동시에 수행하는 동기부를 포함할 수 있다.

Description

수중 초음파 모뎀을 위한 동기화 장치 및 동기화 방법{SYNCHRONIZATION APPARATUS AND SYNCHRONIZATION METHOD FOR UNDERWATER ACOUSTIC MODEM}
본 발명의 실시예들은 수중 센서 네트워크를 위한 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법에 관한 것이다.
최근 RFID(Radio Frequency Identification)/USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술 발전과 더불어 첨단 u-IT 기술은 물류, 환경, 교육, 홈 네트워크, 방재, 군사, 의료 등 다양한 분야에 융합되어 적용되고 있다.
그러나, 파도, 염분, 오염 등의 열악한 환경을 가지고 있는 해양 수산 분야에서는 USN기술의 적용이 미비한 상태이므로, 해양 수산 분야의 RFID/USN 확산 및 산업화에 필수적인 핵심 공통 기반 기술의 확보가 시급하다.
한국등록특허 제10-1022054호(수중 센서 네트워크의 적응적 통신환경 설정 방법 및 장치)에는 수중 센서 네트워크 구조에서 가변하는 해양 환경의 특성에 맞게 통신 환경을 제공하는 기술이 개시되어 있다.
이와 같이, 수중 통신 환경에 적합한 UWSN(Underwater sensor network)에서는 저전력 수중 통신 모뎀이 필요하나, 기존의 RF(Radio Frequency) 방식은 감쇄가 심하여 수중에서 사용하기는 적합하지 않다. 가시광 통신 또한 감쇄가 심하여 10~20m 수준의 통신에서만 쓰이는 정도이다.
수중에서는 전파의 산란과 감쇄 현상 때문에 지상에서 통신 매체로 사용하고 있는 전자파나 레이저 신호를 사용하지 못하고 감쇄가 낮은 초음파를 주로 사용하여 통신을 하게 된다.
또한, 수중에서 무선 통신을 하기 위해서는 비트 단위의 동기가 필수적이나, 기존의 동기화 방식들은 RF 통신을 하기 위한 방법이거나, USN에 맞지 않는 고 연산량을 요구하는데다 소비 전력이 큰 동기 방법을 사용한다.
따라서, USN용 UWSN에 적합하도록 자기상관도가 높으면서도 간단하게 동기를 맞출 수 있는 동기 신호 처리 방식이 필수적이다.
간단하면서 뛰어난 동기화 성능으로 수중 통신 환경에 적합한 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법을 제공할 수 있다.
소형, 저가, 저전력의 특성을 가진 초음파 통신 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법을 제공할 수 있다.
수중 초음파 통신 환경에서 비트 수준의 동기화를 진행할 수 있는 동기화 장치 및 동기화 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치는, 수중의 송신기로부터 수신된 초음파 신호의 동기화(Synchronization)를 수행하되, 상기 초음파 신호의 데이터 패킷에 포함된 프리앰블(Preamble)을 이용하여 상기 초음파 신호에 대한 프레임 동기(Coarse Frame Sync)와 정밀 동기(Fine Sync)를 동시에 수행하는 동기부를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 초음파 신호에 대하여 오버샘플링(Oversampling)을 이용한 자기상관계수를 기준으로 상기 프레임 동기와 상기 정밀 동기를 수행할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 초음파 신호에 대해 오버샘플링을 통해 얻은 복수의 자기상관계수 중에서 임계값 이상인 자기상관계수를 기준으로 상기 프레임 동기를 수행할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 자기상관계수를 수학식 1에 의해 연산할 수 있다.
수학식 1:
Figure pat00001
(여기서, rk는 자기상관계수, sk(n)은 오버샘플링 된 신호, p(n)는 기 정의된 프리앰블 코드, M은 오버샘플링 비율을 의미한다.)
또 다른 측면에 따르면, 상기 프리앰블은 기 정의된 오버샘플링 비율로 수신될 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 임계값 이상인 자기상관계수를 상기 프리앰블로 판단할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 자기상관계수가 상기 임계값 미만이면 상기 오버샘플링을 지속하고 상기 자기상관계수가 상기 임계값 이상이면 PSDU(PHY service data unit) 수신모드로 진입할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 초음파 신호에 대해 오버샘플링을 통해 얻은 복수의 자기상관계수 중에서 가장 큰 자기상관계수를 기준으로 상기 정밀 동기를 수행할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 수학식 2의 조건에 따라 상기 복수의 자기상관계수 중 임계값 이상이면서 가장 큰 자기상관계수를 기준으로 상기 정밀 동기를 수행할 수 있다.
수학식 2:
Figure pat00002
(여기서, M은 오버샘플링 비율, rk는 자기상관계수, λc는 임계값을 의미한다.)
또 다른 측면에 따르면, 상기 동기부는, 상기 가장 큰 자기상관계수에 해당되는 시점을 최적의 PSDU(PHY service data unit) 수신 시점으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수중 초음파 모뎀의 동기화 방법, 수중의 송신기로부터 초음파 신호를 수신하는 단계; 및 상기 초음파 신호의 데이터 패킷에 포함된 프리앰블(Preamble)을 이용하여 상기 초음파 신호에 대한 프레임 동기(Coarse Frame Sync)와 정밀 동기(Fine Sync)를 동시에 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 프리앰블(Preamble)을 이용하여 프레임 동기(Coarse Frame Sync)와 정밀 동기(Fine Sync)를 동시에 수행함으로써 간단하게 비트 수준의 동기화가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 오버샘플링(Oversampling)을 이용한 다수의 자기상관계수를 바탕으로 동기화를 진행함으로써 신호 왜곡에 의한 판정 오류를 최소화 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연산량이 작고 간단함에 따라 소비전력이 작아서 USN에 적합함은 물론, 고속통신이 불가능한 수중 통신 환경에 적합한 저속/저연산량의 동기 신호 처리 방식을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 무선 채널을 통해 수신되는 입력 신호의 특성을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 3은 수중 센서 노드를 위한 무선 통신 개념을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 수중 초음파 모뎀의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 수중 초음파 모뎀의 데이터 프레임 구조를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 수중 초음파 모뎀을 위한 동기부의 구체적인 구성을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 골드 시퀀스(Gold Sequence)의 자기상관계수를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 수중 초음파 모뎀의 동기화 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시예들은 수중 센서 네트워크를 위한 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법에 관한 것이다.
수중 센서 네트워크는 해양 자원 개발, 환경 변화 감시 등을 위한 필수적인 시스템으로, 이에 본 발명에서는 수중 통신 환경에서 필요한 소형, 저가, 저전력의 특성을 가진 초음파 통신 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법은 수중 USN 응용 분야, 예컨대 양식장의 USN 구축, 해수욕장 안전관리, 스쿠버 다이버 간의 통신용 모뎀 등에 적용될 수 있다.
일반적으로, MCU(Micro Controller Unit)에서는 특정 임계값을 기준으로 입력 전압이 임계값 이하인 경우 0, 임계값 이상인 경우 1로 판정한다. 송신 신호가 감쇄가 전혀 없는 채널(혹은 이상적인 채널)을 지나서 수신되는 경우에는 도 1과 같이 수신된 신호(즉, 입력 신호)에 전혀 문제가 생기지 않으며, 이 경우에는 프레임 단위의 동기만 맞춰주면 된다.
그러나, 일발적으로 채널은 이상적이지 못하고 무선 채널에서의 신호는 특정 부분만 감쇄되거나 사라지게 되는 특성이 있다. 다시 말해, 도 2에 도시한 바와 같이 송신 신호가 일반적인 채널을 지나 감쇄되어 수신되는 경우에는 입력 신호의 왜곡이 생겨서 심볼의 파형이 변형될 수 있으며, 샘플링 시점에 따라서 데이터 판정 값에 오류가 생길 수 있다.
무선 통신에서는 입력 신호의 왜곡에 의한 판정 오류를 최대한 줄이기 위해 동기화를 진행한다. 이에, 본 명세서에서는 수중 초음파 통신 환경에 적합한 동기화 방법을 제안한다.
도 3은 수중 센서 노드를 위한 무선 통신 개념을 설명하기 위한 예시 도면이다.
도 3을 참조하면, 수중 초음파 모뎀은 적어도 하나 이상의 송신기(Transmitter)(301)와, 적어도 하나 이상의 수신기(Receiver)(302)로 구성될 수 있으며, 이때 송신기(301)와 수신기(302)는 일대일 통신을 하게 되며 송신기(301)가 수중에서 초음파 신호를 송신하면 그 에코(echo) 신호를 수면 또는 수중 밖의 수신기(302)에서 수신할 수 있다.
이에, 본 실시예에 따른 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치 및 동기화 방법은 송신기(301)에서 전송된 초음파 신호에 대해 수신기(302) 측에서 코릴레이트(correlate)를 수행할 때 해당 초음파 신호에 대해 동기화를 맞추기 위한 과정에서 구현될 수 있다.
본 실시예에서는 MCU를 이용하여 헤더, CRC(Cyclic Redundancy Check), 변/복조, 동기부를 구성할 수 있으며, 이로부터 수중 초음파 모뎀을 설계 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 수중 초음파 모뎀의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 수중 초음파 모뎀은 초음파 트랜스듀서(Transducer)로서 초음파 신호를 전송하는 송신기(410)와, 송신기(410)에서 전송한 신호를 수신하는 수신기(420)로 구성될 수 있다. 이때, 송신기(410)는 프리앰블 삽입부(Preamble Insertion)(411), CRC 삽입부(CRC Insertion)(412), 변조기(Modulation)(413)로 구성될 수 있으며, 수신기(420)는 동기부(Synchronization)(421), CRC 확인부(CRC Check)(422)로 구성될 수 있다.
송신기(410)를 구성하는 각 구성요소의 역할은 다음과 같다.
프리앰블 삽입부(411)는 패킷의 동기를 맞추기 위해 사용되는 프리앰블(Preamble)을 해당 패킷에 삽입할 수 있다. 일 예로, 프리앰블 코드는 자기상관계수가 높은 골드 시퀀스(Gold Sequence)를 이용할 수 있다.
CRC 삽입부(412)는 패킷의 에러 검출을 위한 CRC(Cyclic Redundancy Unit) 코드를 해당 패킷에 삽입할 수 있다. 일 예로, CRC 코드로는 CRC-16-CCITT의 표준 CRC를 사용할 수 있으며,
Figure pat00003
의 생성 다항식을 가지는 CRC 코드일 수 있다.
본 실시예에서, 수중 초음파 모뎀의 데이터 프레임 구조는 도 5와 같다.
일 예로, 수중 초음파 모뎀의 데이터 프레임은 물리 계층(PHY layer)의 헤더인 프리앰블, MAC 계층의 헤더인 주소값, CRC, 실제로 전송하고자 하는 데이터인 페이로드(Payload)의 총 4가지로 구분될 수 있다. 데이터 프레임의 총 길이는 64바이트(Bytes)이며, 그 중 프리앰블이 4바이트, 주소값이 2바이트, CRC가 2바이트, 페이로드가 56바이트로 구성될 수 있다.
변조기(413)는 아날로그/디지털 변환을 수행하여 초음파 신호를 전송 링크로 보낼 수 있는 변형된 형태의 초음파 신호로 변환시켜 주는 역할을 한다. 예컨대, 변조기(413)는 트랜스듀서의 가용 주파수 대역대인 83.5㎑, 200㎑의 신호를 생성할 수 있다. 이때, 변조기(413)에서 사용되는 변조 기법은 MCU의 연산 능력을 고려하여 비교적 수신 신호처리가 용이한 BFSK(Binary Frequency Shift Keying) 변조 방식을 이용할 수 있다.
수신기(420)를 구성하는 각 구성요소의 역할은 다음과 같다.
동기부(421)는 복조기 역할과 동시에 동기화를 수행할 수 있으며, 경우에 따라 복조기(미도시)와 별개의 구성요소로 구현될 수 있다. 복조기는 진폭 변조된 입력 신호의 파형을 검출하기 위한 역할뿐만 아니라, 수중 채널의 영향으로 신호의 세기가 감소 또는 왜곡되어 있는 것을 정상화 시키기 위한 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서, 동기부(421)는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치로서, 수중 초음파 통신 환경에 적합하도록 비트 수준에서 2개의 동기를 동시에 맞춰줄 수 있다. 이때, 2개의 동기 중 하나는 프레임 동기(Coarse Frame Sync)이고, 다른 하나는 정밀 동기(Fine Sync)이다. 프레임 동기와 정밀 동기는 동기부(421) 내에서 동시점에 진행될 수 있다.
CRC 확인부(422)는 패킷의 동기화가 이루어진 이후 패킷에 삽입된 CRC 코드를 통해 해당 패킷의 에러 검출을 수행할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 수중 초음파 모뎀을 위한 동기화 장치의 구체적인 구성을 도시한 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치는 동기부(600)를 포함하며, 이때 동기부(600)는 오버샘플링부(601), 복수의 코릴레이터(Correlator)(602), 비교기(comparator)(603), 지연 가산기(delay Adder)(604)로 이루어진 회로 구성에 의해 프레임 동기와 정밀 동기를 동시에 수행할 수 있다.
먼저, 동기부(600)는 프레임 동기를 맞추기 위해 오버샘플링부(601)와 M개의 코릴레이터(602)를 통해 자기상관(auto-correlation) 연산을 수행할 수 있다. 이는, 기본적으로 오버샘플링(oversampling)에 의해 수행될 수 있다.
이때, 오버샘플링 비율을 M, 오버샘플링 한 수신 신호를 sk(n), 기 정의된 프리앰블 코드를 p(n), 자기상관계수를 rk라 할 때, 자기상관계수 rk는 수학식 1과 같이 정의될 수 있다. 다시 말해, 코릴레이터(602)에서는 오버샘플링부(601)를 통해 오버샘플링 한 헤더값을 입력으로 받아 수학식 1을 통해 자기상관계수 rk를 연산할 수 있다.
Figure pat00004
그리고, 동기부(600)는 프리앰블을 오버샘플링 비율로 수신할 수 있으며, 예컨대 M=4일 경우 오버샘플링을 위해 매 250㎲마다 샘플링을 진행할 수 있으며(bit duration 1㎳/4), 4개의 sk(n) 값을 매번 시프트 레프트(Shift left)시키면서 반복적으로 저장한 후, 이때 저장된 sk(n) 값을 이용하여 수학식 1을 통해 자기상관계수 rk를 연산할 수 있다.
본 실시예에서, 동기부(600)는 오버샘플링에 의한 수학식 1을 통해 구해진 M개의 자기상관계수 rk 중에서 하나라도 임계값 λc 보다 커지는 경우에 이를 프리앰블로 판정하고 PSDU(PHY service data unit) 수신모드로 진입할 수 있다. 다시 말해, 동기부(600)는 비교기(603)를 통해 자기상관계수 rk와 임계값 λc를 비교하여 샘플링을 계속할지 PSDU 수신상태로 전환할지 판단할 수 있다.
Figure pat00005
다음으로, 동기부(600)는 정밀 동기를 맞추기 위하여 프레임 동기를 맞추면서 얻은 M 개의 rk값으로부터 헤더, 즉 프리앰블이 판정된 시점에서 가장 높은 자기상관계수(수학식 2)를 기준으로 정밀 동기를 맞출 수 있다. 다시 말해, 자기상관계수 ro, r1, r2, ..., rM이 있을 때 가장 최적의 자기상관계수 r을 가지는 시점을 찾아내어 지연 가산기(604)를 통해 해당 시점을 최적의 PSDU 수신 시점으로 잡고 동기화를 하는 것이다.
실제 구현된 수중 초음파 모뎀의 성능 실험에서는 M=4의 오버샘플링을 이용하여 rk 값을 획득하는 경우 적은 양의 연산으로도 상당한 수준의 동기화를 수행할 수 있었다. 도 7은 프리앰블 부호로 사용된 골드 시퀀스의 자기상관계수를 나타낸다. 또한, 프레임 구조의 길이에 따라 샘플링 횟수를 높이거나 낮추어서 최적화를 할 수 있으며, 프리앰블의 길이를 줄이더라도 오버샘플링 횟수를 높이는 방식으로 유사한 성능의 유지가 가능하다.
따라서, 동기부(600)는 자기상관계수 연산과 임계값과의 비교 연산으로 이루어진 두 가지 연산을 통해 동기화를 진행하므로 동기화를 위한 연산량이 적고 성능이 우수하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 수중 초음파 모뎀의 동기화 방법을 도시한 순서도이다.
일 실시예에 따른 수중 초음파 모뎀의 동기화 방법은 도 4 내지 도 6을 통해 설명한 동기화 장치에 의해 각각의 단계가 수행될 수 있다.
단계(S801)에서 동기화 장치는 수중에 있는 초음파 트랜스듀서인 송신기로부터 초음파 신호를 수신할 수 있다. 이때, 동기화 장치는 패킷의 동기를 맞추기 위해 사용되는 프리앰블을 기 정의된 M배의 오버샘플링 비율로 수신할 수 있다.
단계(S802)에서 동기화 장치는 먼저 프레임 동기를 맞추기 위해 단계(S801)에서 수신된 초음파 신호에 대하여 오버샘플링을 통해 프리앰블 검출 및 자기상관계수(rk) 연산을 수행할 수 있다. 이때, 동기화 장치는 오버샘플링 비율에 대응되는 개수의 자기상관계수(rk)를 얻을 수 있다.
단계(S803)에서 동기화 장치는 자기상관계수(rk)를 임계값과 비교하여 M개의 자기상관계수(rk)가 모두 임계값 보다 낮으면 계속해서 오버샘플링을 진행할 수 있다.
단계(S804)에서 동기화 장치는 자기상관계수(rk)를 임계값과 비교하는 과정에서 M개의 자기상관계수(rk) 중 임계값 보다 높은 값이 생기면 그 시점을 프리앰블 검출 시점인 최적의 수신 시점으로 판단하여 동기화를 종료하고 PSDU 수신 모드로 진입할 수 있다.
단계(S805)에서 동기화 장치는 단계(802)에서 프레임 동기를 맞추면서 얻은 M개의 자기상관계수(rk) 중에서 프리앰블이 판정된 시점에서 가장 높은 자기상관계수(r)를 기준으로 정밀 동기를 수행할 수 있다. 다시 말해, 동기화 장치는 M개의 자기상관계수(rk) 중에서 가장 큰 자기상관계수(r)를 PSDU 수신 시점으로 잡고 동기화를 수행할 수 있다.
특히, 일 실시예에 따른 수중 초음파 모뎀의 동기화 방법에서 상기한 과정 중 프레임 동기 과정(S802~S804)과 정밀 동기 과정(S805)은 동시점에 수행되는 것이다.
상기한 수중 초음파 모뎀의 동기화 방법은 도 4 내지 도 7을 통해 설명한 동기화 장치의 상세 내용을 바탕으로 보다 단축된 동작들 또는 추가의 동작들을 포함할 수 있다. 또한, 둘 이상의 동작이 조합될 수 있고, 동작들의 순서나 위치가 변경될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 프리앰블(Preamble)을 이용하여 프레임 동기(Coarse Frame Sync)와 정밀 동기(Fine Sync)를 동시에 수행함으로써 간단하게 비트 수준의 동기화가 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 오버샘플링(Oversampling)을 이용한 다수의 자기상관계수를 바탕으로 동기화를 진행함으로써 신호 왜곡에 의한 판정 오류를 최소화 할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 연산량이 작고 간단함에 따라 소비전력이 작아서 USN에 적합함은 물론, 고속통신이 불가능한 수중 통신 환경에 적합한 저속/저연산량의 동기 신호 처리 방식을 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 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 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 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 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
410: 송신기
411: 프리앰블 삽입부
412: CRC 삽입부
413: 변조기
420: 수신기
421, 600: 동기부
422: CRC 확인부

Claims (10)

  1. 수중의 송신기로부터 수신된 초음파 신호의 동기화(Synchronization)를 수행하되,
    상기 초음파 신호의 데이터 패킷에 포함된 프리앰블(Preamble)을 이용하여 상기 초음파 신호에 대한 프레임 동기(Coarse Frame Sync)와 정밀 동기(Fine Sync)를 동시에 수행하는 동기부
    를 포함하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 초음파 신호에 대하여 오버샘플링(Oversampling)을 이용한 자기상관계수를 기준으로 상기 프레임 동기와 상기 정밀 동기를 수행하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 초음파 신호에 대해 오버샘플링을 통해 얻은 복수의 자기상관계수 중에서 임계값 이상인 자기상관계수를 기준으로 상기 프레임 동기를 수행하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 자기상관계수를 수학식 1에 의해 연산하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
    수학식 1:
    Figure pat00006

    (여기서, rk는 자기상관계수, sk(n)은 오버샘플링 된 신호, p(n)는 기 정의된 프리앰블 코드, M은 오버샘플링 비율을 의미한다.)
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프리앰블은 기 정의된 오버샘플링 비율로 수신되는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 임계값 이상인 자기상관계수를 상기 프리앰블로 판단하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 자기상관계수가 상기 임계값 미만이면 상기 오버샘플링을 지속하고 상기 자기상관계수가 상기 임계값 이상이면 PSDU(PHY service data unit) 수신모드로 진입하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 초음파 신호에 대해 오버샘플링을 통해 얻은 복수의 자기상관계수 중에서 가장 큰 자기상관계수를 기준으로 상기 정밀 동기를 수행하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 동기부는,
    수학식 2의 조건에 따라 상기 복수의 자기상관계수 중 임계값 이상이면서 가장 큰 자기상관계수를 기준으로 상기 정밀 동기를 수행하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.
    수학식 2:
    Figure pat00007

    (여기서, M은 오버샘플링 비율, rk는 자기상관계수, λc는 임계값을 의미한다.)
  10. 제8항에 있어서,
    상기 동기부는,
    상기 가장 큰 자기상관계수에 해당되는 시점을 최적의 PSDU(PHY service data unit) 수신 시점으로 하는 것
    을 특징으로 하는 수중 초음파 모뎀의 동기화 장치.

    수학식 4:
    Figure pat00008

    (여기서, M은 오버샘플링 비율, rk는 자기상관계수, λc는 임계값을 의미한다.)
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