In this paper, we have designed the VHDL module of DS/SS QPSK wireless modem processor for digital data communication. The spread spectrum method is used for modern processor, because this method guarantees good frequency efficiency and higher security. Also, it guarantees good performance in digital communication system under multi-path interferences. The differential encoder and decoder are used for simple circuit composition in the signal detection. For the synchronization of receiver, matched filter and power detector are used. And the IF modulation/demodulation of QPSK method is used in the digital level. The transmitter of VHDL modem processor consists of differential encoder, PN code generator, and QPSK ...
본 논문에서는 수중통신 장치가 수중에서 이동시 발생하는 도플러(Doppler) 편이를 극복하기 위한 도플러 편이 추정방법과 직접수열 확산대역 전송의 신호처리 방법을 제시한다. 제안한 방법은 도플러 편이에 강인하고, 자기 상관 특성이 우수한 64길이의 Frank 신호열을 두 번 반복하는 프리앰블을 사용하여 2단계로 도플러 편이를 추정한다. 또한, 제안한 방법을 직접수열 대역확산 전송을 사용하는 수중통신방식에 적용하여 수중이동통신용 패킷 설계와 RAKE 수신기를 설계한다. 설계한 확산대역 수중이동통신 변조방식은 데이터 심볼을 Differential-Quadrature Phase Shift Keying(DQPSK) 변조하여 수신시 위상추적이 필요 없고, RAKE 수신기에서 동위상 결합이 용이하게 할 수 있는 장점이 있다. 제안한 도플러 편이 추정방법을 포함하는 RAKE 수신방법은 약 17.5 m/s의 이동속도까지 가상으로 이동하는 송신기로부터 수신한 직접수열 대역 확산 신호를 성공적으로 수신한다.
직접 수열 확산 대역 시스템에서는 (direct sequence spread spectrum: DSSS) 올바른 신호 동기화가 매우 중요하며, 이에 따라 부호 획득을 위한 다양한 순차 추정 기반 기법들이 연구되어 왔다. 대표적으로, rapid acquisition sequential estimation (RASE), seed accumulating SE (SASE), recursive soft SE (RSSE) 등의 기법이 연구되었다. 하지만, 기존의 기법들 간의 객관적인 성능 비교 및 분석은 현재까지 이루어진 바 없다. 본 논문에서는 순차 추정 기반 부호 획득 기법의 대표적 성능 지표인 올바른 칩 추정 확률 및 평균 부호 획득 시간을 (MAT) 이용하여 RASE, SASE, 및 RSSE 기법의 성능을 비교 및 분석한다.
본 논문에서는 디지털 워터마킹 기법을 이용하여 부가데이터를 전송하기 위해 일반화된 K 페이딩 채널에서의 채널용량 수식을 유도하였다. 대역확산 워터마킹 기법(Spread Spectrum Watermarking: SSW)은 디지털 워터마킹 기법 중의 하나로 무선 채널에서 잡음에 대해 강인한 특성을 지니며, 수신단에서의 신호 검출이 상관기에 의해 간단히 이루어지기 때문에 널리 사용되는 방식이다. 대역확산 워터마킹 기법에 의해 생성된 부가데이터를 무선통신 시스템에 적용하기 위해서는 워터마킹 신호가 무선 채널에 의해 받는 영향에 대한 연구가 필수적으로 요구된다. 모의실험 결과로부터 대역확산 워터마킹 시스템의 채널용량이 HWR, WNR, fx, 그리고 PN 시퀀스의 길이에 따라 변화함을 확인하였고, 또한 적정 데이터를 전송하기 위하여 필요한 HWR과 WNR의 레벨을 수식으로부터 결정할 수 있음을 보였다. 본 논문의 결과는 PN 시퀀스를 이용하는 일반적인 대역확산 워터마킹 시스템에 적용할 수 있다.
본 논문에서는 수중 통신에서 은밀성과 성능 향상을 위해 직접 수열 확산 방식 기반 다중 밴드 기법을 사용한 부 대역 Frequency Shift Keying(FSK) 신호의 효율적인 송수신 구조를 제시하였다. 은밀성적인 측면에서는 Pseudo Noise(PN) 부호의 chip을 직접 곱하는 직접 수열 대역 확산 방식을 적용하였으며, 성능적인 측면에서는 다중 경로 특성, 도플러 확산 등으로 인한 성능 감쇠를 극복하기 위해 다중 밴드, 터보 등화, 각 밴드별 가중치 알고리즘을 적용하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 송수신기 사이의 거리가 약 300 m ~ 500 m인 호수에서 기동 실험을 하여 대역확산 신호의 chip 수를 8개, 32개로, 다중 밴드 수는 4개 일 때의 성능을 분석하였으며, chip 수가 증가할수록, 터보 등화 기법 적용 시 반복횟수가 증가할수록 성능이 향상되었고, 다중 밴드에서 프리엠블 오류율을 분석하여 밴드 별 가중치를 적용 시 더 많은 패킷 전송 성공률을 나타냈다.
본 논문에서는 직접 대역 확산 통신 시스템에서 적응 알고리듬을 wavelet 변환 영역에 이용하여 협대역 간섭 성분을 효과적으로 억제할 수 있는 wavelet 변환 기저 적응 간섭 제거 시스템을 소개한다. 두 종류의 Daubechies wavelets(dbl, db8)를 이용한 간섭 제거 시스템의 성능 비교를 위하여 비트 오율을 Monte-Carlo 시뮬레이션을 이용하여 구하고 그 결과로부터 wavelet 특성에 따라 성능이 달라지며 효율적인 개선 효과를 기대할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 IEEE 802.15.4a chirp spread spectrum (CSS) 를 위한 저복잡도 수신기 구조를 제안한다. 무선 통신 시스템에서는 일반적으로 수신기의 신호 수신시 최대 SNR (Signal to Noise power Ratio) 을 보장하는 정합필터를 사용하여 신호를 복조를 하는 것이 일반적이다. 하지만, 정합필터는 하드웨어 복잡도가 높아 저복잡도, 저가격의 센서 네트워크를 목적으로 하는 CSS에서는 적합하지 않다. 따라서 본 논문에서는 정합필터를 사용하지 않고 인접 심볼 간 차등 곱셈과 누적을 통하여 chirp 신호를 복조하는 새로운 수신기 구조를 제안한다. 또한, CSS에 사용되는 이원 직교 코드의 특성을 이용하여 곱셈기를 사용하지 않은 이원 직교 디코더 구조를 제안한다. 제안하는 수신기 구조는 정합필터 기반 구조에 비하여 BER (Bit Error Rate) 성능은 떨어지지만 하드웨어 구현을 위한 곱셈기, 가/감산기, 레지스터 등의 자원의 수를 절감하였다.
직교코드를 다중화하여 데이터 비트열을 확산시켜 전송하는 멀티코드 대역확산 통신시스템의 큰 단점은 여러 코드의 합이 멀티레벨이 되어 선형성이 좋은 증폭기를 요구한다는 것이다. Walsh 코드 및 확장 $m$-시퀀스를 직교 확산코드로 사용하는 멀티코드 대역확산 시스템에서 입력 데이터를 부호화함으로써 다중 코드의 합을 일정 진폭으로 만드는 방식이 제안되어 있다. 본 논문에서는 정진폭 확장 $m$-시퀀스 기반 시스템에서 송신 신호의 정진폭화를 위해 부가로 전송되는 동반코드를 수신기에서도 이용함으로써 비트오율 성능을 개선하는 알고리즘을 제안하였다. 제안된 수신기에서는 코드검출 과정에서 1 개의 검출 오류가 있는 경우 오류를 정정하는 능력을 가져서 비트오율 성능이 개선된다. 제안된 방식의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 기본 수신기를 사용한 경우에 비해 성능이 개선되는 것을 확인하였다.
본 논문은 2020년 11월 동해에서 실시한 장거리 수중음향통신의 해상실험 결과를 제시한다. 하나의 이동하는 송신기와 16개의 수직 배열 수신기들을 통해 신호를 수집하였으며, 송신기와 수신기 사이의 거리는 약 20 km정도였다. 실험에 적용된 신호는 기존의 직접수열 대역확산 방식과 각 심볼마다 다수의 순환된 Pseudo Noise(PN) 시퀀스를 중첩함으로써 전송률을 높이는 중첩된 직접수열 대역확산 방식이다. 실험결과 채널 부호화 기법이 적용되지 않은 비부호화 비트 오류율에 있어서 기존의 직접수열 대역확산 방식은 16채널 평균 0.0005로 나타났으며, 중첩된 직접수열대역확산 방식은 0.00124을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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