PSK31 통신방식을 활용한 MF/HF대역 무선 디지털 어업정보통신망 구현에 관한 연구 A study on the implementation of digital fisheries information network using PSK31 on MH/HF radio Band원문보기
최근 들어 더 복잡해진 연근해 해상교통은 특히, 연근해 어선들에 더 큰 부담이 되고 있다. 연근해 어선들에게 항해 및 보안정보를 제공하고 해상환경 보호를 위해 항해 관련 서비스 및 정보를 제공할 수 있는 디지털 어업정보통신망 구성에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존 Inmarsat 위성통신망을 이용하는 경우 통화료 부담이 크고, 고가의 장비로 영세한 어업인에게는 현실적인 해결책이 되지 못한다. 본 연구에서는 기존 연근해(A1, A2 해역) 어선들에 설치된 MF/HF SSB 통신기기에 I-PHONE, PDA, 넷 북, 노트북, 기존 PC 등에 통신모듈을 연결하여 PSK31 통신을 하는 무선 디지털 어업정보통신망 및 MF/HF대 주파수를 활용한 선박자동식별장치(AIS)를 구현하려는 방안을 제안하였다.
최근 들어 더 복잡해진 연근해 해상교통은 특히, 연근해 어선들에 더 큰 부담이 되고 있다. 연근해 어선들에게 항해 및 보안정보를 제공하고 해상환경 보호를 위해 항해 관련 서비스 및 정보를 제공할 수 있는 디지털 어업정보통신망 구성에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존 Inmarsat 위성통신망을 이용하는 경우 통화료 부담이 크고, 고가의 장비로 영세한 어업인에게는 현실적인 해결책이 되지 못한다. 본 연구에서는 기존 연근해(A1, A2 해역) 어선들에 설치된 MF/HF SSB 통신기기에 I-PHONE, PDA, 넷 북, 노트북, 기존 PC 등에 통신모듈을 연결하여 PSK31 통신을 하는 무선 디지털 어업정보통신망 및 MF/HF대 주파수를 활용한 선박자동식별장치(AIS)를 구현하려는 방안을 제안하였다.
The maritime traffic is more complex these days. It is more hard for the small fishing ships to navigated in shores. The requirements for the navigate information system to protect the sea environments and support the small fishing ships are more increased. However, the Inmarsat communication system...
The maritime traffic is more complex these days. It is more hard for the small fishing ships to navigated in shores. The requirements for the navigate information system to protect the sea environments and support the small fishing ships are more increased. However, the Inmarsat communication system is too burden to the fishermen with the expensive terminal and call fees. We propose the wireless digital fishing information network which use the existing MF/HF SSB communications system by connecting I-PHONE, PDA, NetBook, Notebook, PC, etc with the PSK31 method and AIS(Automatic Identification System) on the MF/HF radio Band.
The maritime traffic is more complex these days. It is more hard for the small fishing ships to navigated in shores. The requirements for the navigate information system to protect the sea environments and support the small fishing ships are more increased. However, the Inmarsat communication system is too burden to the fishermen with the expensive terminal and call fees. We propose the wireless digital fishing information network which use the existing MF/HF SSB communications system by connecting I-PHONE, PDA, NetBook, Notebook, PC, etc with the PSK31 method and AIS(Automatic Identification System) on the MF/HF radio Band.
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문제 정의
PSK31 통신방식은 가장 기초적인 디지털 통신방식에 하나로 이미 기술적으로 구현되어 활용된 지 오래되었으며 낮은 전송속도 때문에 고속데이터 전송이 필요하지 않은 분야에서 주로 사용이 되고 있다. 여기서는 MF/HF 통신기기의 음성 주파수대역을 그대로 활용하여 동일주파수 내에서의 음성통신에도 영향을 거의 주지 않을 정도의 적은 대역폭으로 31 band의 저속 PSK 전송방식에 대하여 논하고자 한다.
이를 개선하기 위해 본 논문에서는 기존에 설치된 MF/HF SSB통신기기에 윈도우 시스템 구동이 가능한 단말기에 프로그램을 설치하여 PSK31 통신방식을 이용한 무선 디지털 어업정보통신망 구현과 선박자동위치발신기(AIS; Automatic Identification System) 설치 의무 선박국에 MF/HF대 주파수를 활용한 AIS를 대체 사용을 위한 방안에 대하여 제안하였다.
제안 방법
MF/HF 통신기기의 스피커 출력과 PC 사운드카드의 임피던스특성과 장비간 GND 특성을 타지 않도록 회로 가운데에는 Transformer를 넣어 분리해 주고 통신기기 마이크 입력단에 Transformer를 사용할 때 내부 바이어스 전원을 차단하기 위해 직렬로 콘덴서를 달아놓았다. 또한, PC 입력신호 라인에 가변저항을 설치하여 신호가 포화하지 않도록 가감을 할 수 있다.
PC에서 전송 시 시리얼 포트의 RTS로 신호를 내보내 다이오드로 검파한 뒤 S/W TR 또는 Optocoupler를 이용하여 통신기기에 PTT를 잡아 송신이 시작될 수 있도록 하였다.
PSK31의 수신부는 MF/HF 통신기기를 통해 나온 스피커 신호를 PC에 입력하여 사운드카드를 통해 16bit 11,025Hz 비율로 변환한 다음 PC의 S/W로 구현한 45차 FIR 필터를 적용하여 2,700Hz LPF(Low Pass Filter) 형태로 필터링을 시켜주어 2,000Hz 이하 영역을 균일한 통과손실(Insertion Loss)을 얻게 하여 위상특성이 크게 변화되지 않게 한다. 그다음 필터 주파수 대역을 15.625Hz로 만들기 위해 600Hz 정도의 필터특성을 거친 다음 79차 FIR 필터를 사용하여 그림10과같이15.625Hz 주파수가 잘 수신 할 수 있도록 필터를 설계한다.
대상 데이터
사용주파수는 2∼8MHz대역과 27MHz로 구분되며, 2∼8MHz 대역은 그림 1과 같이 직진파, 지표파, 전리층 D,E,Es 층을 이용한 전리층 반사파를 이용하며 통신 가능 거리는 수십km∼수백km 까지 교신할 수 있으며, 27MHz 대는 직진파, 지표파, 전리층 F층을 이용하여 상호 통신이 가능하나, 직진파, 지표파만이 해안국과 교신할 수 있으며, 전리층 F층에 반사 시 전파의 방사각도에 따라 1,000km∼3,000km까지 반사되어 해안국과의 교신은 불가능하다.
데이터처리
PSK31 프로그램은 현재 공개 또는 상용되어 나온 프로그램들이 많다. 이 중에 공개 되어 있는 라이버러리인 PSKCORE.DLL Ver1.21을 이용하여 그림 14의 시험용 프로그램으로 PSK31 송, 수신 시험을 실시하였다[7].
성능/효과
본 논문에서 제안한 PSK31 통신방식은 MF/HF 대에서 SSB 통신방식보다 잡음, 혼신, 공전, 페이딩 등에 영향을 덜 받고, 신호 강도가 어느 정도 낮아도 S/N 비가 좋아 SSB 음성신호보다 수신하는 데 유리하며, 비교적 소출력으로도 원거리 및 고속 통신이 가능하며, 점유주파수대폭 31Hz이기 때문에 유한한 자원인 MF/HF 주파수를 더 효율적으로 운영할 수 있다. 그리고 연근해 어선과 해안국에서 상호 디지털 E-mail 서비스, 항행정보, 기상, 어획정보를 실시간으로 제공이 가능하다.
후속연구
항행안전정보 - 선박국으로부터 자유 작성된 문서 정보[10]. 이 논문에서 제안한 PSK31 프로그램에 AIS 운용국에서 요구하는 필요한 정보를 자동시스템 시킨다면 MF/HF 주파수 대역에서 송신할 수 있을 것이며, 현재로는 이 논문에서 제안한 프로그램을 통해 이용자가 단말기의 키보드 등을 이용하여 AIS 정보를 입력하여 해안국 또는 AIS 운용국에 교신을 통해 필요 정보를 제공할 수 있다. 해상에서의 통신기기는 언제나 고장의 우려가 있기 때문에 AIS기기가 오동작 때 PSK31 통신방식을 통한 MF/HF 대체 주파수의 이용에 대해서는 연구를 통해 관계기관과 협의하고 개선해야 할 방법이다[11],[12].
이와 함께 AIS 의무 규정에 적합한 발송을 위해서는 보안 프로그램과 접속 모듈, 무선접속 링크의 충돌 문제와 자동화 무선 접속 방법, 해안국의 무선통신시스템의 구축, 이득이 높은 안테나의 설치주파수 재배정 및 방송통신위원회 등에서는 해상통신에 지정된 MF/HF 대역을 일부 채널 화 하는 등의 후속 조치가 필요하고, MF/HF 대에서 전파전파 특성상 송신 때 데이터에 오류가 발생할 때 보안이 필요하므로 끊임없는 연구를 통해 이 과제들을 해결하여야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PSK31 통신방식은 기존의 어떤 방식을 개선하였는가?
PSK31 통신방식은 주파수 Shift가 아닌 위상 Shift 신호의 데이터를 보내는 것에 의해 기존 RTTY(Radioteletype) 방식을 개선하였으며 2개의 톤이 아닌 하나의 톤을 사용한다. PSK31는 바이너리 1과 0을 표시하기 위해 단일 톤의 위상만을 바꾸어 사용한다.
PSK31는 바이너리 1과 0을 표시하기 위해 무엇을 사용하는가?
PSK31 통신방식은 주파수 Shift가 아닌 위상 Shift 신호의 데이터를 보내는 것에 의해 기존 RTTY(Radioteletype) 방식을 개선하였으며 2개의 톤이 아닌 하나의 톤을 사용한다. PSK31는 바이너리 1과 0을 표시하기 위해 단일 톤의 위상만을 바꾸어 사용한다. 이러한 방법으로 PSK31 통신방식의 점유주파수대역폭은 매우 좁아 31Hz밖에 되지 않으며, 좁은 스펙트럼 안에 신호 에너지를 집중시켜 저출력으로도 고속으로 효율적인 통신을 할 수 있도록 해주며, 비좁고 유한한 주파수 자원인 MF/HF 밴드 내에서 많은 PSK31 신호들이 통신할 수 있게 한다.
수신 컴퓨터의 PSK31 소프트웨어에서 단일 톤의 위상변화를 검출 할때 어떠한 상태에서도 검출이 가능한가?
수신 컴퓨터의 PSK31 소프트웨어는 오디오 톤을 검출할 필요가 없고, 단지 단일 톤의 위상변화만 검출하면 되고. 이 위상 변화는 오디오 톤의 주파수 검출이 불가능한 상태에서도 필터링 되고 검출될 수 있다. 이는 향상된 DSP(Digital Signal Processing) 기술과 PSK31 소프트웨어에 의해 이러한 것들이 처리되어 우수한 디지털 통신을 할 수 있다.
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