Abstract
Research into underwater wireless networks that enable the monitoring and controlling of the ocean environments has been continuing for disaster prevention and military proposes, as well as for the exploitation of ocean resources throughout the world. A research group led by Hoseo university has been studying a distributed underwater monitoring and controlling network. In this study, we developed an interpolator for acoustic communication between an underwater base station controller and underwater base station, which is included in this network. The underwater acoustic communication provided by this network defines four links whose sampling rates are different. Low power consumption is one of the most important requirements. Therefore, we adopted CIC interpolators, which are known to act as filters with a low power consumption, and some CIC interpolators with an appropriate changing rate were selected depending on the link. However, these interpolators have a large passband drop and wide transition region. To solve these problems, we added a compensator and half-band filter. After verifying the algorithm by using Matlab, we designed and verified it with Verilog-HDL in a ModelSim environment.
세계적으로 해양 자원 개발을 비롯하여 재난 방지 및 군사적 목적 등을 위하여 수중 환경 감시 및 제어를 가능하게 하는 수중 무선 통신망에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내에서도 호서대학교를 중심으로 '분산형 수중 관측 제어망'에 대한 연구가 진행되고 있는데, 본 논문에서는 해당 제어망 중 수중기지제어국과 수중기지국 사이의 음파 통신을 위한 인터폴레이터(Interpolator)를 연구하였다. 수중 음파 통신망은 양방향 듀플렉스(duplex) 통신을 위하여 서로 다른 4개의 주파수 링크를 정의하고 있으며, 링크에 따라 100배 혹은 200배 샘플링 레이트를 변환해야 한다. 또, 수중은 전원 공급이 원활하지 않은 환경이므로 저전력 설계가 중요하다. 따라서 저전력 인터폴레이터인 CIC 인터폴레이터를 기본으로 하여 링크에 따라 샘플링 레이트를 선택할 수 있도록 설계하였다. 하지만 CIC 인터폴레이터는 통과 대역 감쇠(passband droop)가 크고, 전이영역(transition region)이 넓기 때문에 채널 간격이 비교적 좁은 음파 통신에서는 저주파 대역 필터로서의 조건을 만족하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 통과 대역 감쇠를 보상하기 위한 보상 필터(compensator)와 전이 영역을 줄이기 위한 하프밴드 필터(halfband filter)를 추가하였다. Matlab을 이용하여 알고리즘을 검증한 후 Verilog-HDL로 하드웨어를 설계하고 Modelsim에서 시뮬레이션하여 동작을 검증하였다.