KR20180040329A - 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법 - Google Patents

차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법 Download PDF

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Abstract

심볼의 복원 정확성이 개선되도록, 본 발명은 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 한쌍의 심볼 간 위상 차를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에 있어서, 상기 변조신호를 수신 및 필터링 처리하여 필터링신호를 송출하는 수신처리부; 상기 필터링신호를 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연하여 지연신호를 송출하는 지연부; 상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼을 믹싱하여 제1출력신호를 생성하는 제1상관부; 상기 대상심볼의 파형이 반전된 반전심볼과 상기 기준심볼을 믹싱하여 제2출력신호를 생성하는 제2상관부; 및 상기 각 출력신호의 사이드픽 간 폭으로부터 메인픽의 출력위치를 추출하되, 상기 추출된 메인픽의 출력값을 기반으로 상기 제1출력신호 및 상기 제2출력신호를 비교하여 상기 대상심볼의 비트데이터를 복원하는 결정부를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치를 제공한다.

Description

차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법{receiving apparatus based on correlation width for underwater acoustic communication system with differential phase shift keying and receiving method thereof}
본 발명은 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 심볼의 복원 정확성이 개선되는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수중에서는 통신이나 탐지를 목적으로 신호 송수신에 있어 전달거리 짧아 활용도가 떨어지는 빛이나 전자파를 대신하여 음향 신호가 널리 사용된다.
이러한, 음향 신호를 이용한 수중 음향 통신은 해양 개발의 활성화에 따라 해양 연구의 필수기술로 자리 잡았으며, 목표 해역을 표류하며 잠수함 등 관측대상체에 대한 탐지결과를 기지국으로 전송하는 소노부이(sonobuoy)와 같은 해양감시체계로까지 응용분야가 확대되고 있다.
한편, 수중에서 음파는 지역/수심별로 상이한 온도나 염분 분포로 인해 굴절되고, 해수면과 해저면에 의한 반사/산란, 송수신기의 이동에 따른 도플러 효과, 기타 잡음원 등에 많은 영향을 받게 되다.
특히, 서해와 같이 다종의 어군이 서식하며, 얕은 수심과 복잡한 해저면을 갖는 환경에서는 음파 신호의 대한 왜곡 가능성이 높아지므로 음향 신호의 데이터를 정확하게 전달할 수 있는 송수신 기술이 요구된다.
최근, 수중 음향 통신 분야에서는 복조시 동기 검파 과정이 요구되는 PSK(phase shift keying)을 대체하기 위해, 연속적인 심볼 사이의 반송파 위상 차이만으로 정보를 전송하고, 전송된 신호의 인접 심볼간 위상차를 통해 복조를 수행하는 차동 위상 변조 방식(differential phase shift keying, DPSK)에 대한 관심이 증가되고 있다.
여기서, DPSK는 디지털 신호 1에 대응되는 반송파의 위상은 이전 전송된 반송파 위상을 따르고, 0에 대응되는 반송파 위상은 이전 전송된 반송파 위상을 180도 반전시켜 전송하는 변조 방식이다.
이에 따라, 1구간 전에 수신된 신호를 기준으로 후속 전송된 신호의 복조가 가능하므로 수신기의 회로 구조가 간소화되는 장점이 있다.
한편, 종래의 DPSK 수신기는 연속된 한쌍의 심볼로부터 산출된 상관출력값 중 최대값을 추출 및 비교하여 연속된 심볼 간의 위상 차를 판별한다.
이에 따라, 상관출력값의 출력신호 내에서 심볼 간 파형의 유사성을 나타내는 메인픽의 크기보다, 사이드픽의 크기가 커지는 신호대 잡음비가 낮거나 도플러 천이 주파수가 높은 채널에서는 심볼 간 위상 차 판별시 오류 확률이 증가되는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제10-0155519호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 심볼의 복원 정확성이 개선되는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 신호의 복원 정확성이 개선되도록, 본 발명은 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 한쌍의 심볼 간 위상 차를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에 있어서, 상기 변조신호를 수신 및 필터링 처리하여 필터링신호를 송출하는 수신처리부; 상기 필터링신호를 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연하여 지연신호를 송출하는 지연부; 상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼을 믹싱하여 제1출력신호를 생성하는 제1상관부; 상기 대상심볼의 파형이 반전된 반전심볼과 상기 기준심볼을 믹싱하여 제2출력신호를 생성하는 제2상관부; 및 상기 각 출력신호의 사이드픽 간 폭으로부터 메인픽의 출력위치를 추출하되, 상기 추출된 메인픽의 출력값을 기반으로 상기 제1출력신호 및 상기 제2출력신호를 비교하여 상기 대상심볼의 비트데이터를 복원하는 결정부를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치를 제공한다.
또한, 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 한쌍의 심볼 간 위상 차를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에 있어서, 상기 변조신호를 수신 및 필터링 처리하여 필터링신호를 송출하는 수신처리부; 상기 필터링신호를 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연하여 지연신호를 송출하는 지연부; 상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼을 믹싱하여 출력신호를 생성하는 상관부; 및 상기 출력신호의 사이드픽 간 폭으로부터 메인픽의 출력위치를 추출하되, 상기 상기 추출된 메인픽의 출력값을 기설정된 기준값과 비교하여 상기 대상심볼의 비트데이터를 복원하는 결정부를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치를 제공한다.
그리고, 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 심볼 간의 위상 차이를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법에 있어서, 상기 변조신호가 수신 및 필터링 처리되어 필터링신호가 송출되되, 상기 필터링신호가 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연되어 지연신호가 송출되는 제1단계; 상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼이 믹싱되어 제1출력신호가 생성되고, 상기 대상심볼의 파형이 반전된 반전심볼과 상기 기준심볼이 믹싱되어 제2출력신호가 생성되는 제2단계; 및 상기 제1출력신호 및 상기 제2출력신호의 메인픽 출력값이 상호 비교되되, 상기 메인픽 출력값의 높낮이에 따라 상기 대상심볼의 비트데이터가 복원되는 제3단계를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법을 제공한다.
상기의 해결 수단을 통해서, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 상기 각 출력신호의 사이드픽 간 폭에 따라 메인픽의 출력위치를 검출하되, 상기 검출된 메인픽의 출력값을 기반으로 각 출력신호를 상호 비교함에 따라 채널의 영향으로 인한 심볼 왜곡시 사이드픽의 출력값 증가로 인한 오류가 최소화되므로 신호 복원의 정확성이 개선될 수 있다.
둘째, 상기 출력신호 내의 픽 중 한쌍을 선택하여 확산인자의 두배에 대응되는 간격을 갖는지 여부 판단하는 과정을 통해 사이드픽이 설정되고, 설정된 사이드픽 간 출력위치 중앙값으로 메인픽의 출력위치가 추출되므로 각 출력신호로부터 메인픽의 출력값이 신속/정확하게 검출될 수 있어 연속적인 실시간 신호 복원이 가능하면서도 한층 정확한 신호 복원이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 제1상관부 및 제2상관부를 나타낸 회로도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 제1상관부 및 제2상관부에 대한 신호 입력과정을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 결정부를 나타낸 블록도.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 출력신호를 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치 및 수신방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치를 나타낸 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 제1상관부 및 제2상관부를 나타낸 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 제1상관부 및 제2상관부에 대한 신호 입력과정을 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 결정부를 나타낸 블록도이며, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에서 출력신호를 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 5c에서 보는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치(100)는 수신처리부(10), 지연부(20), 제1상관부(30a), 제2상관부(30b), 그리고 결정부(40)를 포함한다.
여기서, 상기 상관 폭 기반 수신장치(100)는 차동 위상 변조 방식(DPSK)에 의해 변조된 변조신호(bs)를 수신하되, 상기 변조신호(bs)를 통해 전송되는 비트데이터를 복원하는 수신기를 의미한다.
이때, 상기 변조신호(bs)는 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드(pseudo random noise sequence)에 의해 확산되는 직접 수열 대역확산(direct sequence spread spectrum) 방식으로 변조되어 전송됨이 바람직하다.
한편, 차동 위상 변조 방식에서 송신장치는 비트데이터를 xor(exclusive OR) 연산을 통해 차동부호화하여 송출한다.
즉, 기준 비트데이터와 동일한 비트데이터는 이전 전송된 심볼의 파형과 동일한 위상의 파형을 갖는 심볼로 전송되며, 기준 비트데이터와 다른 비트데이터는 이전 전송된 심볼의 파형과 180도로 반전된 위상의 파형을 갖는 심볼로 전송된다.
예를 들어, 기준 비트데이터가 1이고 기준 비트데이터에 대응되는 제1파형의 심볼 이후 후속 비트데이터가 1인 경우 제1파형의 심볼이 전송되며, 0인 경우 제2파형의 심볼이 전송된다.
그리고, 제2파형의 심볼 이후 후속 비트데이터가 1이면 제2파형의 심볼이 전송되고, 0이면 제1파형의 심볼이 전송된다.
이때, 상기 상관 폭 기반 수신장치(100)는 상기 변조신호의 연속되는 한쌍의 심볼 간 위상 차를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원할 수 있다.
즉, 후속 수신된 심볼의 파형과 이전 수신된 심볼의 파형을 비교하여 두 파형이 유사한 경우 기준 비트데이터와 동일한 비트데이터를 복원하며, 두 파형이 상이한 경우 기준 비트데이터와 상이한 비트데이터를 복원할 수 있다.
예를 들어, 기준 비트데이터가 1이고 기준 비트데이터에 대응되는 심볼이 제1파형인 경우, 기준 비트데이터에 대응되는 제1파형의 심볼 이후 제1파형의 심볼이 수신되면 1을 복원하고, 제2파형의 심볼이 수신되면 0을 복원한다.
그리고, 제2파형의 심볼 이후 후속 수신된 심볼의 파형이 제2파형이면 1의 비트데이터를 복원하고, 제1파형이면 0의 비트데이터를 복원한다.
한편, 상기 수신처리부(10)는 상기 변조신호(bs)를 수신 및 필터링 처리하여 필터링신호(fs)를 송출하며, 안테나, BPF(bandpass filter), 도플러 추정기, 다운컨버터, LPF(lowpass filter), 리셈플러 등을 포함하여 구비될 수 있다.
이때, 상기 안테나를 통해 상기 송신장치로부터 송출된 변조신호가 수신될 수 있으며, BPF, 도플러 추정기, 다운컨버터, LPF, 리셈플러 등을 통해 수신된 변조신호 내에서 불필요한 주파수 및 신호 왜곡이 제거되고, 복조에 적합한 주파수로 변환되는 필터링 처리가 이루어질 수 있다.
즉, 상기 필터링신호(fs)는 상기 필터링 처리된 변조신호(bs)를 의미하며, 상기 필터링신호(fs)는 제1상관부(30a), 제2상관부(30b), 지연부(20)로 송출된다.
그리고, 상기 지연부(20)는 지연회로 등으로 구비될 수 있으며, 상기 필터링신호(fs)를 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연하여 지연신호(ds)를 송출한다.
즉, 상기 지연신호(ds)는 상기 필터링신호(fs)의 하나의 비트데이터에 대응되는 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연된 필터링신호(fs)를 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.
이때, 상기 지연신호(ds)는 상기 제1상관부(30a) 및 상기 제2상관부(30b)로 송출된다.
그리고, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 제1상관부(30a)는 상기 변조신호(bs)의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호(fs)의 대상심볼(b1) 및 상기 지연신호(ds)의 기준심볼(b2)을 믹싱하여 제1출력신호(cs1)를 생성한다.
상세히, 상기 필터링신호(fs) 및 상기 지연신호(ds)는 동일한 배열을 갖는 복수의 심볼로 구비되며, 상기 지연신호(ds)는 지연부(20)를 거쳐 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연되어 상기 제1상관부(30a)로 전달된다.
이에 따라, 상기 필터링신호(fs)에서 복원 대상이 되는 대상심볼(b1)이 상기 제1상관부(30a)에 입력되면, 상기 대상심볼(b1)과 동시에 입력되는 지연신호(ds)의 기준심볼(b2)은 상기 필터링신호(fs)에서 대상심볼(b1)로부터 하나의 심볼에 대응되는 주기 이전의 심볼과 동일한 파형을 갖는다.
다시 말해, 상기 변조신호(bs)에서 연속되는 한쌍의 심볼, 즉 복원 대상이 되는 심볼과 복원 기준이 되는 심볼이 상기 제1상관부(30a)에 동시에 입력될 수 있다.
여기서, 상기 제1상관부(30a)는 곱셈기(31) 및 적분기(32)를 포함하여 구비될 수 있으며, 입력된 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2)를 곱셈기(31) 및 적분기(32)를 통해 연산하여 신호 간의 유사성 즉, 상관성 척도를 나타내는 제1출력신호(cs1)를 생성할 수 있다.
이때, 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2)이 동일한 파형을 갖는 경우에는 도 5a와 같이 메인픽(p3)의 출력값이 높은 형태로 상관부 출력신호가 생성되며, 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2)의 반대되는 위상의 파형을 갖는 경우에는 도 5b와 같이 메인픽(P8)의 출력값이 낮은 형태로 상관부 출력신호가 생성될 수 있다.
그리고, 상기 제2상관부(30b)는 상기 대상심볼(b1)의 파형이 반전된 반전심볼 및 상기 기준심볼(b2)을 믹싱하여 제2출력신호(cs2)를 생성한다.
여기서, 상기 반전심볼은 상기 대상심볼(b1)과 180도의 위상 차를 갖는 심볼로, 상기 제2상관부(30b)에는 복원 대상이 되는 심볼로부터 반전된 파형을 갖는 심볼과 복원 기준이 되는 심볼이 동시 입력될 수 있다.
이때, 상기 제2상관부(30b)는 곱셈기 및 적분기를 포함하여 구비될 수 있으며, 입력된 반전심볼 및 기준심볼(b2)를 곱셈기 및 적분기를 통해 연산하여 제2출력신호(cs2)를 생성할 수 있다.
그리고, 반전심볼 및 기준심볼(b2)이 동일한 파형을 갖는 경우에는 도 5a와 같이 메인픽(P3)의 출력값이 높은 형태로 상관부 출력신호가 생성되며, 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2)의 반대되는 위상의 파형을 갖는 경우에는 도 5b와 같이 메인픽(P8)의 출력값이 낮은 형태로 상관부 출력신호가 생성된다.
한편, 상기 결정부(40)는 상기 제1출력신호(cs1) 및 상기 제2출력신호(cs2)를 비교하여 상기 대상심볼(b1)의 비트데이터를 복원한다.
여기서, 상기 결정부(40)는 대상심볼(b1)의 파형과 기준심볼(b2)의 파형의 동일성 여부에 따라 대상심볼(b1)의 비트데이터를 복원하며, 상기 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2)의 파형 간 동일성을 판별하기 위해 상기 제1출력신호(cs1) 및 상기 제2출력신호(cs2)를 비교한다.
이때, 상기 각 출력신호(cs1,cs2)의 비교 결과에 따라 대상심볼(b1)의 파형과 기준심볼(b2)의 파형이 동일한 것으로 판별되면 대상심볼(b1)의 비트데이터는 기준 비트데이터와 동일한 비트데이터로 복원되고, 두 파형이 상이한 것으로 판별되면 대상심볼(b1)의 비트데이터는 기준 비트데이터와 상이한 비트데이터로 복원된다.
상세히, 상기 대상심볼(b1) 및 상기 기준심볼(b2)이 동일한 파형을 갖는 경우에 상기 반전심볼 및 기준심볼(b2)은 반대되는 위상의 파형을 가지며, 상기 대상심볼(b1) 및 상기 기준심볼(b2)이 반대되는 위상의 파형을 갖는 경우에 상기 반전심볼 및 기준심볼(b2)은 동일한 파형을 갖는다.
예를 들어, 대상심볼(b1)이 제1파형을 갖는 경우 반전심볼은 제1파형과 180도 위상차의 제2파형을 가지며, 대상심볼(b1)이 제2파형을 갖는 경우 반전심볼은 제2파형과 180도 위상차의 제1파형을 갖는다.
이때, 상기 결정부(40)는 판단회로를 포함하여 구비될 수 있으며, 제1출력신호(cs1) 및 제2출력신호(cs2) 각각에 대한 소정의 대표값을 추출하고, 추출된 대표값을 상호 비교하여 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2)의 파형 간 유사성을 판단할 수 있다.
즉, 종래와 같이, 하나의 출력신호를 소정의 기준값과 비교하는 경우에는 채널의 영향으로 인한 심볼의 진폭 변화 등의 왜곡 발생시 출력신호의 출력값이 변동되고, 이에 따라, 세기가 변화되는 출력값이 고정된 기준값과 비교되므로 심볼 간 파형 유사성 판단에 대한 오류 확률이 증가된다.
반면, 본 발명에서는 한쌍의 상관부를 통해 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2), 반전심볼 및 기준심볼(b2) 각각의 상관성 척도를 나타내는 제1출력신호(cs1) 및 제2출력신호(cs2)가 생성되므로 하나의 고정된 기준값을 비교 기준으로 하는 종래와 달리, 제1출력신호(cs1) 및 제2출력신호(cs2)를 상호 비교함에 따라 신호 왜곡으로 출력신호의 출력값 세기가 커지거나 작아지는 경우에도 심볼 간의 파형 유사성이 정확하게 판별될 수 있다.
한편, 상기 결정부(40)는 상기 각 출력신호(cs1,cs2)의 사이드픽 간 폭으로부터 메인픽의 출력위치를 추출하되, 상기 추출된 메인픽의 출력값을 기반으로 상기 제1출력신호(cs1) 및 제2출력신호(cs2)를 비교하여, 상기 대상심볼(b1) 및 상기 기준심볼(b2) 간의 파형 유사성을 판단한다.
여기서, 상기 사이드픽 간 폭이라는 말은 상기 출력신호 내에서 각 사이드픽의 출력위치 차이를 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.
즉, 상기 결정부(40)는 상기 제1출력신호(cs1)로부터 한쌍의 사이드픽을 검출하고, 검출된 두 사이드픽 사이의 출력위치 차이를 통해 메인픽에 대응되는 출력값을 대표값으로 추출한다.
또한, 상기 결정부(40)는 상기 제2출력신호(cs2)로부터 한쌍의 사이드픽을 검출하고, 검출된 두 사이드픽 사이의 출력위치 차이를 통해 메인픽에 대응되는 출력값을 대표값으로 추출한다.
이때, 상기 결정부(40)는 상기 제1출력신호(cs1)로부터 추출된 대표값과 상기 제2출력신호(cs2)로부터 추출된 대표값의 높낮이 비교 결과에 따라 상기 대상심볼(b1) 및 상기 기준심볼(b2) 간의 파형 유사성을 판단할 수 있다.
여기서, 메인픽의 출력값은 각 상관부(30a,30b)에 입력된 심볼 간의 상관성 척도를 나타내며, 메인픽의 출력값이 클수록 입력된 심볼 간의 파형 유사성이 높고, 메인픽의 출력값이 작을수록 입력된 심볼 간 파형 유사성이 낮음을 의미한다.
상세히, 상기 결정부(40)는 사이드픽검출부(41)와 메인픽검출부(42)를 포함하여 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 사이드픽검출부(41)는 상기 각 출력신호(cs1,cs2)로부터 기설정된 스레스홀드 이상의 베이스픽을 검출하되, 상기 검출된 베이스픽 중 기설정된 기준간격에 대응되는 간격을 갖는 한쌍을 추출하여 사이드픽으로 설정한다.
이때, 상기 스레스홀드는 출력신호의 출력값 세기와 관련된 대상심볼(b1)의 진폭, 신호대잡음비 등을 고려하여 설정됨이 바람직하다.
상세히, 상기 사이드픽검출부(41)는 상기 상관부(30a,30b)를 통해 생성된 출력신호를 샘플단위별로 구분하여 개별 픽으로 인식할 수 있다.
즉, 상기 샘플은 출력신호에서 하나의 비트에 대응되는 구분단위를 의미하며, 상기 사이드픽검출부(41)는 하나의 비트에 대해 하나의 픽을 인식할 수 있다.
그리고, 상기 출력신호의 모든 개별 픽 중 기설정된 스레스홀드 이상의 출력값을 갖는 복수개를 추출하고, 추출된 각각을 베이스픽으로 설정하여 레지스터에 저장한다.
이때, 상기 레지스터에는 각 베이스픽의 출력위치에 대한 정보가 함께 저장된다. 여기서, 출력위치라는 말은 출력신호 상에서의 샘플단위에 따른 각 픽의 순서 혹은 전체 출력신호 내에서 해당 픽이 출력되는 시간을 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.
예를 들어, 도 5a를 참조하면, 상기 스레스홀드가 5로 설정된 경우, 상기 출력신호 중 5개의 베이스픽(P1,P2,P3,P4,P5)이 레지스터에 저장될 수 있다.
그리고, 상기 저장된 베이스픽(P1,P2,P3,P4,P5) 중 하나를 선택하고, 선택된 하나로부터 나머지 간의 간격을 산출한다. 이때, 산출된 간격은 출력신호 상에서 비교되는 픽 간의 샘플단위별 순서 차이 내지는 출력신호로 출력되는 시간 차이를 의미하는 것으로 이해함이 바람직하다.
여기서, 상기 산출된 간격을 기준간격과 비교하는 과정을 수행하고, 상기 산출된 간격(a)이 상기 기준간격에 대응되는 한쌍의 베이스픽(P1,P5)이 사이드픽으로 설정된다.
물론, 선택된 하나의 베이스픽으로부터 나머지 베이스픽에 대해 산출된 간격 중 기준간격에 대응되는 간격이 존재하지 않는 경우에는 다른 베이스픽을 선택하여 나머지 베이스픽에 대한 간격을 산출하고 기준간격과 비교하는 과정이 반복된다.
여기서, 상기 기준간격은 상기 의사잡음코드의 확산인자로부터 두 배에 대응에 대응되도록 설정됨이 바람직하다.
이때, 상기 확산인자는 상기 의사잡음코드의 비트 열 개수를 의미하며, 상기 기준간격은 상기 확산인자의 비트 열 개수로부터 두 배에 대응되는 샘플단위로 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 확산인자가 16인 경우에, 하나의 심볼은 16개 비트 열을 갖는 의사잡음코드에 의해 확산되며, 제1심볼과 제2심볼 간의 곱셈 및 적분 연산에 따른 출력신호는 64개 비트에 대응되는 샘플단위로 출력된다.
이때, 상기 출력신호는 제1심볼 및 제2심볼 각각에 대한 적분 결과를 나타내는 한쌍의 사이드픽이 32개의 비트에 대응되는 샘플단위로 이격 배치되되, 제1심볼 및 제2심볼의 합산된 적분 결과를 나타내는 메인픽이 한쌍의 사이드픽 중앙부에 배치된 형태를 갖는다.
여기서, 상기 기준간격은 확산인자의 2배인 32개의 비트에 대응되는 샘플단위로 설정되며, 검출된 베이스픽 중 선택된 한쌍의 간격이 32개의 비트에 대응되는 샘플단위로 이격되면, 상기 선택된 한쌍의 베이스픽이 사이드픽으로 설정될 수 있다.
이처럼, 상기 출력신호 내의 픽 중 한쌍을 선택하여 확산인자의 두배에 대응되는 간격을 갖는지 여부 판단하는 과정을 통해 메인픽의 출력위치를 추출하기 위한 사이드픽의 설정 과정이 신속하고 정확하게 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 메인픽검출부(42)는 상기 사이드픽검출부(41)로부터 상기 설정된 사이드픽(P1,P5)에 대한 출력위치(L1,L2)를 입력 받고, 한쌍의 사이드픽(P1,P5) 간의 출력위치 중앙값에 따라 상기 메인픽(P3)의 출력위치를 추출한다.
예를 들어, 하나의 사이드픽(P1) 출력위치가 샘플단위를 기준으로 16번째이고, 다른 사이드픽(P5) 출력위치가 샘플단위를 기준으로 48번째인 경우, 둘 간의 출력위치 중앙값인 32번째가 메인픽(P3)의 출력위치로 추출될 수 있다.
이때, 상기 사이드픽검출부(41) 및 상기 메인픽검출부(42)는 제1출력신호(cs1) 및 제2출력신호(cs1)에 대해 동일한 과정을 수행하여, 제1출력신호(cs1)의 메인픽 출력위치 및 제2출력신호(cs2)의 메인픽 출력위치를 추출할 수 있다.
예를 들어, 도 5b를 참조하면, 상기 스레스홀드가 5로 설정된 경우, 상기 출력신호 중 2개의 베이스픽(P6,P7)이 레지스터에 저장될 수 있다.
그리고, 상기 저장된 베이스픽(P6,P7) 중 하나를 선택하고, 선택된 하나로부터 나머지 간의 간격을 산출한다. 여기서, 상기 산출된 간격을 기준간격과 비교하는 과정을 수행하고, 상기 산출된 간격(b)이 상기 기준간격에 대응되는 한쌍의 베이스픽(P6,P7)이 사이드픽으로 설정된다.
이때, 상기 메인픽검출부(42)는 상기 사이드픽검출부(41)로부터 상기 설정된 사이드픽(P6,P7)에 대한 출력위치(L3,L4)를 입력 받고, 한쌍의 사이드픽(P6,P7) 간의 출력위치 중앙값에 따라 상기 메인픽(P8)의 출력위치를 추출한다.
이처럼, 상기 출력신호 내의 픽 중 한쌍을 선택하여 확산인자의 두배에 대응되는 간격을 갖는 사이드픽을 설정하고, 설정된 사이드픽 간 출력위치 중앙값으로 메인픽의 출력위치가 추출되므로 각 출력신호로부터 메인픽의 출력값이 신속/정확하게 검출될 수 있어 연속적인 실시간 신호 복원이 가능하면서도 한층 정확한 신호 복원이 가능하다.
한편, 상기 검출부(40)는 상기 각 출력신호(cs1,cs2)로부터 메인픽 출력위치에 대응되는 출력값을 검출하여 상호 비교하는 상관판정부(43)를 더 포함함이 바람직하다.
그리고, 상기 상관판정부(43)는 제1출력신호(cs1)의 메인픽에 대응되는 제1출력값 및 상기 제2출력신호(cs2)의 메인픽에 대응되는 제2출력값의 높낮이를 비교한다.
이때, 상기 상관판정부(43)는 상기 제1출력값이 제2출력값을 초과하면 기준 비트데이터와 동일한 비트데이터를 복원하고, 상기 제1출력값이 제2출력값 미만이면 기준 비트데이터와 상이한 비트데이터를 복원한다.
즉, 상기 상관판정부(43)는 대상심볼(b1)과 기준심볼(b2)에 관한 상관도를 나타내는 제1출력값이, 반전심볼과 기준심볼(b2)에 관한 상관도를 나타내는 제2출력값 보다 크면, 대상심볼(b1)과 기준심볼(b2)의 파형이 유사한 것으로 판단한다.
그리고, 제2출력값이 제1출력값보다 크면, 대상심볼(b1)과 기준심볼(b2)의 파형이 상이한 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 상기 기준 비트데이터는 차동 위상 변조 및 복조 과정에 기준이 되는 비트로 1 혹은 0 중 하나로 기설정될 수 있다.
예를 들어, 기준 비트데이터가 1로 설정되되, 도 5a와 같이 제1출력신호(cs1)는 메인픽의 출력값이 높은 형태이고 도 5b와 같이 제2출력신호(cs2)는 메인픽의 출력값이 낮은 형태인 경우 상기 제1출력값은 제2출력값 보다 크므로 상기 상관판정부(43)는 대상심볼(b1)에 대한 비트데이터로 1을 복원한다.
반대로, 기준 비트데이터가 1로 설정되되, 도 5b와 같이 제1출력신호(cs1)는 메인픽의 출력값이 낮은 형태이고 도 5a와 같이 제2출력신호(cs2)는 메인픽의 출력값이 높은 형태인 경우 상기 제2출력값은 제1출력값 보다 크므로 상기 상관판정부(43)는 대상심볼(b1)에 대한 비트데이터로 0을 복원한다.
이에 따라, 도 5c와 같이, 신호대잡음비가 낮거나 도플러 천이 주파수가 높은 채널을 통과한 심볼이 왜곡되어 사이드픽(P9,P11)의 출력값이 높아지는 경우에도 정확한 신호 복원이 이루어질 수 있다.
즉, 종래에 출력신호(cs1,cs2)의 최대값을 비교하여 대상심볼(b1) 및 기준심볼(b2) 간의 파형 유사성을 판별하는 것과 달리, 상기 출력신호 내의 픽 중 확산인자의 두배에 대응되는 간격을 갖는 한쌍을 사이드픽으로 설정하고 설정된 사이드픽 간의 출력위치 중앙값으로 검출된 메인픽 출력값을 상호 비교함에 따라 채널의 영향으로 인한 심볼의 왜곡시 사이드픽의 출력값 증가로 인한 오류가 최소화되어 신호 복원의 정확성이 개선될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6에서 보는 바와 같이, 상기 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법은 다음과 같은 과정을 이루어질 수 있다.
먼저, 채널을 통과한 변조신호(bs)가 수신 및 필터링 처리되어 필터링신호(fs)가 송출되되, 상기 필터링신호(fs)가 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연되어 지연신호(ds)가 송출된다(s10).
즉, 상기 수신처리부(10)의 안테나를 통해 변조신호(bs)가 수신되면, 수신된 변조신호(bs)가 수신처리부(10)의 BPF, 도플러 추정기, 다운컨버터, LPF, 리셈플러 등을 통해 필터링 처리되어 필터링신호(fs)로 송출될 수 있다.
이때, 상기 필터링신호(fs)는 제1상관부(30a) 및 제2상관부(30b), 지연부(20)로 송출되며, 상기 지연부(20)로 송출된 필터링신호(fs)는 지연신호(ds)로 변환되어 상기 제1상관부(30a) 및 제2상관부(30b)로 송출된다.
그리고, 상기 제1상관부(30a)를 통해 상기 변조신호(bs)의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 필터링신호(fs)의 대상심볼(b1) 및 지연신호(ds)의 기준심볼(b2)이 믹싱되어 제1출력신호(cs1)가 생성된다(s20).
이와 동시에, 상기 제2상관부(30a)를 통해 상기 대상심볼(b1)의 파형이 반전된 반전심볼 및 기준심볼(b2)이 믹싱되어 제2출력신호(cs2)가 생성된다(s20).
여기서, 상기 제1출력신호(cs1) 및 상기 제2출력신호(cs2)는 각 상관부(30a,30b)에 입력된 심볼 간의 파형 유사성 척도를 나타내며, 상기 생성된 제1출력신호(cs1) 및 상기 제2출력신호(cs2)는 상기 결정부(40)로 입력된다.
그리고, 상기 결정부(40)의 사이드픽검출부(41)를 통해 상기 제1출력신호(cs1)로부터 기설정된 스레스홀드 이상의 픽이 검출되고, 상기 검출된 픽 중 기설정된 기준간격에 대응되는 간격을 갖는 한쌍의 픽이 사이드픽으로 설정된다.
이때, 상기 결정부(40)의 메인픽검출부(42)는 상기 설정된 한쌍의 사이드픽 간 출력위치 중앙값으로 메인픽의 출력위치를 추출한다.
그리고, 제1출력신호(cs1)에 대한 메인픽의 출력위치가 추출되면, 제2출력신호(cs2)에 대해서도 동일한 과정을 거쳐 메인픽의 출력위치가 추출되고, 추출된 메인픽 출력위치가 상기 결정부(40)의 상관판정부(43)에 입력된다.
이때, 상기 상관판정부(43)는 각 출력신호(cs1)로부터 메인픽 출력위치에 대응되는 출력값을 검출하며, 제1출력신호(cs1) 및 제2출력신호(cs2)는 검출된 출력값을 기반으로 상호 비교되고, 상기 메인픽 출력값의 높낮이에 따라 상기 대상심볼(b1)의 비트데이터가 복원된다(s30).
한편, 상기 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치는 하나의 상관부로 구비되는 것도 가능하다.
이때, 상기 상관부는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼을 믹싱하여 출력신호를 생성하되, 상기 결정부는 상기 출력신호의 메인픽에 대응되는 출력값을 기설정된 기준값과 비교하여 상기 대상심볼의 비트데이터를 복원할 수 있다.
여기서, 상기 결정부는 하나의 출력신호로부터 한쌍의 사이드픽에 대한 출력위치를 검출하되, 상기 한쌍의 사이드픽 간 출력위치 중앙값으로 메인픽의 위치를 검출할 수 있다.
그리고, 상기 결정부는 상기 검출된 메인픽의 위치에 대응되도록 출력신호로부터 출력값을 검출하되, 상기 검출된 출력값을 기설정된 기준값과 비교할 수 있다.
이때, 상기 결정부는 상기 출력값이 기설정된 기준값보다 큰 경우에 상기 대상심볼 및 상기 기준심볼의 파형이 유사한 것으로 판별하고, 대상심볼의 비트데이터로 기준 비트데이터와 동일한 비트데이터를 복원할 수 있다.
그리고, 상기 결정부는 상기 출력값이 기설정된 기준값보다 작은 경우에 상기 대상심볼 및 상기 기준심볼의 파형이 상이한 것으로 판별하고, 대상심볼의 비트데이트로 기준 비트데이터와 상이한 비트데이터를 복원할 수 있다.
이에 따라, 메인픽의 출력값을 기반으로 대상심볼 및 기준심볼의 파형 유사성이 정확하게 판별될 수 있으면서도, 수신장치의 회로 구조가 더욱 간소화될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구한 범위를 벗어남 없이 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100: 상관 폭 기반 수신장치 10: 수신처리부
20: 지연부 30a: 제1상관부
30b: 제2상관부 40: 결정부

Claims (7)

  1. 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 한쌍의 심볼 간 위상 차를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에 있어서,
    상기 변조신호를 수신 및 필터링 처리하여 필터링신호를 송출하는 수신처리부;
    상기 필터링신호를 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연하여 지연신호를 송출하는 지연부;
    상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼을 믹싱하여 제1출력신호를 생성하는 제1상관부;
    상기 대상심볼의 파형이 반전된 반전심볼과 상기 기준심볼을 믹싱하여 제2출력신호를 생성하는 제2상관부; 및
    상기 각 출력신호의 사이드픽 간 폭으로부터 메인픽의 출력위치를 추출하되, 상기 추출된 메인픽의 출력값을 기반으로 상기 제1출력신호 및 상기 제2출력신호를 비교하여 상기 대상심볼의 비트데이터를 복원하는 결정부를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정부는
    상기 각 출력신호로부터 기설정된 스레스홀드 이상의 베이스픽을 검출하되, 상기 검출된 베이스픽 중 기설정된 기준간격에 대응되는 간격을 갖는 한쌍을 추출하여 사이드픽으로 설정하는 사이드픽검출부와,
    상기 출력신호로부터 상기 설정된 한쌍의 사이드픽 간 출력위치 중앙값에 따라 상기 메인픽의 출력위치를 추출하는 메인픽검출부를 포함함을 특징으로 하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준간격은 상기 의사잡음코드의 확산인자로부터 두배에 대응되도록 설정됨을 특징으로 하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치.
  4. 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 한쌍의 심볼 간 위상 차를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치에 있어서,
    상기 변조신호를 수신 및 필터링 처리하여 필터링신호를 송출하는 수신처리부;
    상기 필터링신호를 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연하여 지연신호를 송출하는 지연부;
    상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼을 믹싱하여 출력신호를 생성하는 상관부; 및
    상기 출력신호의 사이드픽 간 폭으로부터 메인픽의 출력위치를 추출하되, 상기 상기 추출된 메인픽의 출력값을 기설정된 기준값과 비교하여 상기 대상심볼의 비트데이터를 복원하는 결정부를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치.
  5. 하나의 비트데이터에 대응되는 심볼이 기설정된 의사잡음코드에 따라 확산되어 전송되는 변조신호를 수신하되, 상기 변조신호의 연속되는 심볼 간의 위상 차이를 통해 각 심볼에 대응되는 비트데이터를 복원하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법에 있어서,
    상기 변조신호가 수신 및 필터링 처리되어 필터링신호가 송출되되, 상기 필터링신호가 하나의 심볼에 대응되는 주기로 지연되어 지연신호가 송출되는 제1단계;
    상기 변조신호의 연속된 한쌍의 심볼에 대응되는 상기 필터링신호의 대상심볼 및 상기 지연신호의 기준심볼이 믹싱되어 제1출력신호가 생성되고, 상기 대상심볼의 파형이 반전된 반전심볼과 상기 기준심볼이 믹싱되어 제2출력신호가 생성되는 제2단계; 및
    상기 제1출력신호 및 상기 제2출력신호의 메인픽 출력값이 상호 비교되되, 상기 메인픽 출력값의 높낮이에 따라 상기 대상심볼의 비트데이터가 복원되는 제3단계를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3단계는
    상기 각 출력신호로부터 기설정된 스레스홀드 이상의 픽이 검출되는 단계와,
    상기 검출된 픽 중 기설정된 기준간격에 대응되는 간격을 갖는 한쌍의 픽이 추출되어 사이드픽으로 설정되는 단계와,
    상기 출력신호로부터 상기 설정된 한쌍의 사이드픽 간 출력위치 중앙값에 따라 상기 메인픽의 출력위치가 추출되는 단계를 포함하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3단계에서,
    상기 기준간격은 상기 의사잡음코드의 확산인자로부터 두배에 대응되도록 설정됨을 특징으로 하는 차동 위상 변조 방식 수중 음향 통신 시스템의 상관 폭 기반 수신장치.
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