KR100290608B1

KR100290608B1 - 주파수도약 대역확산 통신시스템 및 주파수도약 방법

Info

Publication number: KR100290608B1
Application number: KR1019990014167A
Authority: KR
Inventors: 박종현
Original assignee: 박태진; 삼성톰슨시에스에프주식회사
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2001-05-15
Also published as: KR20000066810A

Abstract

본 발명은, 주파수도약 대역확산 통신시스템에 있어서, 주파수 도약부호를 발생하는 주파수 도약부호 발생기와, 전송할 정보데이터를 상기 발생된 주파수 도약 부호에 따라 채널을 할당하고, 소정 맵핑방식에 따른 약속된 신호로 맵핑하는 채널할당 및 신호맵핑부와, 상기 채널할당 및 신호 맵핑부의 출력을 역 고속 푸리에 변환하는 역 고속 푸리에 변환부와, 상기 역 고속 푸리에 변환부의 출력을 직렬로 변환하여 출력하는 병/직렬변환부와, 상기 병/직렬변환부의 출력을 고정된 반송파 주파수를 이용해 주파수 상향 변환하여 출력하는 주파수 상향변환부로 구성한다.

Description

주파수도약 대역확산 통신시스템 및 주파수도약 방법{FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM AND FREQUENCY HOPPING METHOD}

본 발명은 무선통신시스템에 관한 것으로, 특히 의도적/비의도적 재밍(jamming) 환경하에서도 통신을 가능하게 하거나 혹은 주파수 다이버시티(diversity)를 얻기 위한 통신방식인 주파수 도약 대역확산 통신시스템 및 그 주파수도약 방법에 관한 것이다.

주파수 도약(frequency hopping)방식은 정보신호에 의해서 변조된 반송파의 스펙트럼을 넓은 일정한 주파수 대역내에서 도약시키는 방식이다. 이 방식은 의도적이건 비 의도적이건 통신 시스템의 성능을 떨어 뜨리는 방해신호인 재밍의 영향을 저지하기 위한 항-재밍(anti-jamming)시스템이나 많은 사용자가 공통의 채널을 공유하는 CDMA(Code Division Multiple Access)시스템에서 주로 사용된다.

도 1은 종래의 주파수 도약 대역확산 통신시스템 구성도이다. 전송할 정보 데이터 d(t)는 신호 맵핑부(102)에서 약속된 신호로 맵핑된다. 신호 맵핑부(102)는 맵핑방식에 따라 동작이 결정되는데, 맵핑방식의 일예로는, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Qudrature Phase Shift Keying), QAM(Qudrature Amplitude Modulation),.., M-ary QAM 등과 같은 방식이 있을 수 있다. 정보데이터 d(t)가 이진신호이고 신호 맵핑방식이 BPSK인 경우에는 하기 수학식 1과 같이 맵핑할 수 있다.

dm(t) = Km = K for d(t) = 0

dm(t) = Km = -K for d(t) = 1

신호 맵핑부(102)에서 맵핑된 신호 dm(t)는 믹서(103)에서 주파수합성기(105)에서 출력된 신호 e(jWct)와 믹싱된다. 상기 주파수 합성기(105)는 주파수도약 부호발생기(frequency hopping synthesizer)(104)에서 발생된 주파수도약 부호 c(t)에 따라 주파수를 생성한다. 즉, 주파수도약 부호발생기(104)에서 출력되는 주파수도약 부호 c(t)에 따라 상기 주파수합성기(105)는 해당 반송파 주파수 e(jWct)를 생성하게 되고, 이렇게 발생된 반송파 주파수 e(jWct)는 믹서(103)에서 신호 dm(t)와 믹싱하게 된다. 따라서 믹서(103)에서 출력되는 송신신호 s(t)는 하기 수학식 2와 같은 신호가 된다.

s(t) = dm(t) e(jWct)

상기 수학식 2에서 반송파 주파수 Wc는 고정된 반송파가 아니라 주파수도약 부호 발생기(104)에서 출력하는 주파수 도약 부호 c(t)에 따라 달라지는 주파수이므로, 도 1과 같은 일예의 구성을 주파수 도약 시스템이라 한다.

도 2는 도 1과 같은 구조에 의해서 생성되는 주파수 도약 시스템의 주파수 도약 실시예를 보인 것으로 하기와 같이 동작이 된다.

- 시간 t = t0에서는 반송파 주파수 Wc = W1로 통신을 하고

- 시간 t = t1에서는 반송파 주파수 Wc = W5로 통신을 하고

- 시간 t = t2에서는 반송파 주파수 Wc = W4로 통신을 하고

- 시간 t = t3에서는 반송파 주파수 Wc = W6으로 통신을 하고

- 시간 t = t4에서는 반송파 주파수 Wc = W3으로 통신을 하고

- 시간 t = t5에서는 반송파 주파수 Wc = W0으로 통신을 하고

- 시간 t = t6에서는 반송파 주파수 Wc = W7로 통신을 하고

- 시간 t = t7에서는 반송파 주파수 Wc = W2로 통신을 한다.

이때 시간 t = t0 ∼ t = t7까지 반송파 주파수 Wc = W1 ∼ Wc = W2로 변하는 것은 주파수 도약 부호 발생기(104)의 제어에 의하여 주파수합성기(105)가 해당 반송파 주파수를 생성하므로 실현이 되는 것이다.

주파수 도약 시스템은 반송파 주파수가 고정되어 있지 않고 지속적으로 변화하므로 의도적/비의도적인 재밍(jamming)있는 환경이나 주파수 다이버시티를 얻고자 하는 경우나 기타 내간섭성을 요구하는 경우에 유용하게 적용할 수 있다.

그렇지만 도 1과 같은 종래의 주파수 도약 대역확산 통신시스템은 주파수 도약을 위해 주파수 합성기(105)와 믹서(103)의 실현(또는 업-컨버터(up converter)의 실현)이 어려우며 또한 매우 까다롭다. 주파수 합성기(105)는 주파수 도약을 위해 고속 주파수 합성 기능이 요구되며, 반송파 주파수가 변화해야되므로 광대역 주파수 합성기가 필요하며, 고속의 주파수 도약 시스템을 위해서는 사실상 구현이 어렵거나 아니면 주파수 합성기가 매우 복잡해지게 된다. 또한 주파수 도약을 RF(Radio Frequency)단에서 수행하는 구조이므로 구현이 어렵고 복잡하며, 재현성이 떨어지며 소형/경량화가 어렵고, 잡음에 민감하며 가격이 비싸다.

따라서 본 발명의 목적은 반송파 주파수가 고정되어 있지 않고 지속적으로 변화하여 의도적/비의도적인 재밍있는 환경이나 주파수 다이버시티를 얻고자 하는 경우나 기타 내간섭성을 요구하는 경우에 유용하게 적용할 수 있는 주파수 도약 대역확산 통신시스템 및 그 주파수 도약방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 주파수 도약을 위한 신호처리를 기저대역에서 수행하고 주파수 도약을 디지털방식으로 구현하는 주파수 도약 대역확산 통신시스템 및 그 주파수 도약방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소형/경량화 및 저가격 구현이 가능한 주파수 도약 대역확산 통신시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시스템 구성이 용이하며 시스템의 RF단 구현이 간단하고 잡음에 강한 특성을 가지는 주파수 도약 대역확산 통신시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적에 따라, 본 발명은, 주파수도약 대역확산 통신시스템에 있어서, 주파수 도약부호를 발생하는 주파수 도약부호 발생기와, 전송할 정보데이터를 상기 발생된 주파수 도약 부호에 따라 채널을 할당하고, 소정 맵핑방식에 따른 약속된 신호로 맵핑하는 채널할당 및 신호맵핑부와, 상기 채널할당 및 신호 맵핑부의 출력을 역 고속 푸리에 변환하는 역 고속 푸리에 변환부와, 상기 역 고속 푸리에 변환부의 출력을 직렬로 변환하여 출력하는 병/직렬변환부와, 상기 병/직렬변환부의 출력을 고정된 반송파 주파수를 이용해 주파수 상향변환하여 출력하는 주파수 상향변환부로 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 주파수 도약 대역확산 통신시스템 구성도,

도 2는 종래의 주파수 도약 대역확산 통신시스템에서의 주파수 도약 실시예를 보여주는 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 도약 대역확산 통신시스템 구성도

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 주파수 도약 대역확산 통신시스템의 주파수 도약 실시예를 시간대별로의 신호 맵핑 및 주파수 도약 상태로 보인 도면,

도 5는 본 발명의 주파수 도약 대역확산 통신시스템의 주파수 도약 실시예를 보여주는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들중 동일한 구성요소들은 가능한한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 도약 대역확산 통신시스템 구성도로서, 채널할당 및 신호 맵핑부(302), 주파수 도약 부호 발생기(303), IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)(304), PSC(Parallel to Serial Converter)(305), 믹서(306), 및 주파수 합성기(307)로 구성되어 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 주파수 도약 대역확산 통신시스템의 주파수 도약 실시예를 시간대별로의 신호 맵핑 및 주파수 도약 상태로 보인 도면이고, 도 5는 본 발명의 주파수 도약 대역확산 통신시스템의 주파수 도약 실시예를 보여주는 도면이다.

이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동작을 더욱 상세히 설명한다.

전송할 정보데이터 d(t)는 채널할당 및 신호맵핑부(302)에서 채널이 할당되고, 약속된 신호로 맵핑된다. 채널할당과 신호맵핑의 방법은 채널할당을 먼저하고 신호 맵핑을 할 수도 있고, 반대로 신호 맵핑을 먼저하고 채널할당을 할 수도 있다.

채널할당은 주파수도약 부호발생기(303)에 의해서 발생되는 도약부호 c(t)에 의해서 이루어진다. 예를 들면, k개의 채널 k = 0, 1,.., K-1이 존재하는 경우 주파수 도약 부호 c(t)에 따라서 입력 정보데이터 d(t)를 해당채널로 할당한다.

신호 맵핑은 종래의 방식과 유사하며 다만 주파수 도약 부호 c(t)에 의해 선택되지 않은 채널(즉, 채널 할당이 되지 않은 채널)의 신호는 '0'값을 맵핑하고, 주파수 도약부호 c(t)에 의해서 선택된 채널(즉, 채널이 할당된 채널)은 종래의 방식과 같이 신호 맵핑을 한다.

주파수 도약 부호 c(t)에 의해 선택된 채널의 신호 맵핑은 예를 들면, BPSK, QPSK, QAM, .., M-ary QAM 등과 같은 방식이 있을 수 있다. 예를 들면, 정보데이터 d(t)가 이진신호이고 신호맵핑방식이 BPSK인 경우에는 채널할당 및 신호맵핑부(302)의 출력신호 X(k)(여기서, k = 0, 1,.., K-1)는 하기 수학식 3과 같이 할당될 수 있다.

X(k) = 0 for c(t) ≠ k

X(k) = Km for c(t) = k

k = 0, 1, 2, ..., K-1

수학식 3에서, Km은

Km = K for d(t) = 0

Km = -K for d(t) = 1

상기 수학식 3 및 수학식 4에서, K=8이고, 시간 t=t0에서 주파수 도약 부호 c(t)=1이면 채널 할당 및 신호 맵핑부(302)의 출력신호 X(k)(여기서, k = 0, 1,.., K-1)는 하기 수학식 5와 같이 되며, 도 4a의 좌측 도면에 이에 대한 실시예가 도시되어 있다.

X(0) = 0

X(1) = Km

X(2) = 0

X(3) = 0

X(4) = 0

X(5) = 0

X(6) = 0

X(7) = 0

수학식 3 및 수학식 4에서, K=8이고, 시간 t=t1에서 주파수 도약 부호 c(t)=5이면 채널 할당 및 신호 맵핑부(302)의 출력신호 X(k)(여기서, k = 0, 1,.., K-1)는 하기 수학식 6과 같이 되며, 도 4b의 좌측 도면에 이에 대한 실시예가 도시되어 있다.

X(0) = 0

X(1) = 0

X(2) = 0

X(3) = 0

X(4) = 0

X(5) = Km

X(6) = 0

X(7) = 0

수학식 3 및 수학식 4에서, K=8이고, 시간 t=t7에서 주파수 도약 부호 c(t)=2이면 채널 할당 및 신호 맵핑부(302)의 출력신호 X(k)(여기서, k = 0, 1,.., K-1)는 하기 수학식 7과 같이 되며, 도 4c의 좌측 도면에 이에 대한 실시예가 도시되어 있다.

X(0) = 0

X(1) = 0

X(2) = Km

X(3) = 0

X(4) = 0

X(5) = 0

X(6) = 0

X(7) = 0

채널할당 및 신호맵핑부(302)의 출력신호 X(k)(여기서, k = 0, 1,.., K-1)는 전체 K개의 주파수 혹은 채널에서의 신호에 해당되며, 이들 신호는 IFFT(304)에 입력되어 역 고속 푸리에 변환이 된다. IFFT(304)의 출력 x(0), x(1), ..., x(K-1)은 PSC(305)로 입력되어 직렬신호 dm(t)로 변환이 된다.

PSC(305)의 출력된 직렬신호 dm(t)는 믹서(306)에서 주파수합성기(307)에서 발생된 반송파 주파수 e(jWct)와 믹싱되어 주파수 상향변환(up conversion)된다. 상기 주파수합성기(307)에서 발생되는 반송파 주파수 e(jWct)는 종래의 주파수 도약 시스템과는 달리 고정된 반송파 주파수를 생성하며, 반송파 중심주파수는 전체 도약 주파수 대역중 어느 것이어도 가능하나 전체 도약 주파수 대역의 중심(center)에 위치하는 것이 바람직하다. 믹서(306)에서 출력된 신호 s(t)는 기저대역 신호처리로부터 주파수 도약을 행하는 구조로부터 생성된 것이다.

도 4a의 우측 도면은 K=8이고 시간 t=t0에서 도약부호 c(t)=1인 경우 채널할당 및 신호맵핑부(302)의 출력 신호 X(k)(여기서, k=0,...,K-1)가 수학식 5로 주어지는 도 4a의 좌측 도면의 신호를 IFFT(304), PSC(305), 믹서(306)를 거친 후 출력되는 신호 s(t)의 실시예를 보인 것이다. 이때 신호 s(t)는 반송파 주파수 Wc=W1에서 유효 신호가 전송됨을 알 수 있다.

도 4b의 우측 도면은 K=8이고 시간 t=t1에서 도약부호 c(t)=5인 경우 채널할당 및 신호맵핑부(302)의 출력 신호 X(k)(여기서, k=0,...,K-1)가 수학식 6으로 주어지는 도 4b의 좌측 도면의 신호를 IFFT(304), PSC(305), 믹서(306)를 거친 후 출력되는 신호 s(t)의 실시예를 보인 것이다. 이때 신호 s(t)는 반송파 주파수 Wc=W5에서 유효 신호가 전송됨을 알 수 있다.

도 4c의 우측 도면은 K=8이고 시간 t=t7에서 도약부호 c(t)=2인 경우 채널할당 및 신호맵핑부(302)의 출력 신호 X(k)(여기서, k=0,...,K-1)가 수학식 7로 주어지는 도 4c의 좌측 도면의 신호를 IFFT(304), PSC(305), 믹서(306)를 거친 후 출력되는 신호 s(t)의 실시예를 보인 것이다. 이때 신호 s(t)는 반송파 주파수 Wc=W2에서 유효 신호가 전송됨을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 주파수도약 시스템으로부터 생성한 신호를 시간대별로 도시한 것으로, 도 5를 도 2의 종래기술과 비교하면 동일한 주파수 도약 효과를 얻을 수 있슴을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 주파수 도약 대역확산 통신시스템은 반송파 주파수가 고정되어 있지 않고 지속적으로 변화하여 의도적/비의도적인 재밍있는 환경이나 주파수 다이버시티를 얻고자 하는 경우나 기타 내간섭성을 요구하는 경우에 유용하게 적용할 수 있다. 또한 종래의 주파수 도약 통신 시스템이 RF단에서 주파수 합성기의 반송파 주파수를 변화시킴으로써 주파수 도약 시스템을 실현하는 방식과는 달리, 기저대역 신호처리를 통해 주파수 도약 시스템을 실현하는 새로운 구조이며 주파수 도약을 디지털방식으로 구현 가능하다. 그에 따라 주파수 도약을 위해 기존과 같이 고속의 주파수합성기가 필요치 않으며 또한 상기 주파수 합성기는 단순히 고정된 반송파만을 생성하는 일반적인 주파수합성기로 대치 가능하다. 또한 주파수 도약을 위한 모든 신호처리는 디지털적으로 기저대역에서 이루어지므로 재현성이 뛰어나며 소형/경량화가 가능하며, 저가격 구현이 가능하고, 잡음에 강하며 고속 주파수 도약 시스템 구성이 용이하며, RF단의 구현을 매우 간단히 할 수 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위의 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

Claims

주파수도약 대역확산 통신시스템에 있어서,

주파수 도약부호를 발생하는 주파수 도약부호 발생기와,

전송할 정보데이터를 상기 발생된 주파수 도약 부호에 따라 채널을 할당하고, 소정 맵핑방식에 따른 약속된 신호로 맵핑하는 채널할당 및 신호맵핑부와,

상기 채널할당 및 신호 맵핑부의 출력을 역 고속 푸리에 변환하는 역 고속 푸리에 변환부와,

상기 역 고속 푸리에 변환부의 출력을 직렬로 변환하여 출력하는 병/직렬변환부와,

상기 병/직렬변환부의 출력을 고정된 반송파 주파수를 이용해 주파수 상향변환하여 출력하는 주파수 상향변환부로 구성함을 특징으로 하는 주파수 도약 대역 확산 통신시스템.
제1항에 있어서, 상기 채널할당 및 신호맵핑부는

채널 할당되지 않는 신호를 '0'값을 맵핑하고, 채널할당된 신호는 상기 소정 맵핑방식에 따른 약속된 신호로 맵핑함을 특징으로 하는 주파수 도약 대역확산 통신시스템.
제1항에 있어서, 상기 고정된 반송파 주파수의 중심주파수는 전체 도약 주파수 대역중의 임의의 값임을 특징으로 하는 주파수 도약 대역확산 통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고정된 반송파 주파수의 중심주파수는 전체 도약 주파수 대역중의 중심에 위치하는 값임을 특징으로 하는 주파수 도약 대역확산 통신 시스템.
주파수도약 대역확산 통신시스템에 있어서,

주파수 도약부호를 발생하는 주파수 도약부호 발생기와,

전송할 정보데이터를 소정 맵핑방식에 따른 약속된 신호로 맵핑한 후 상기 발생된 주파수 도약 부호에 따라 채널을 할당하여 출력하는 신호맵핑 및 채널할당부와,

상기 신호 맵핑 및 채널할당부의 출력을 역 고속 푸리에 변환하는 역 고속 푸리에 변환부와,

상기 역 고속 푸리에 변환부의 출력을 직렬로 변환하여 출력하는 병/직렬변환부와,

상기 병/직렬변환부의 출력을 고정된 반송파 주파수를 이용해 주파수 상향변환하여 출력하는 주파수 상향변환부로 구성함을 특징으로 하는 주파수 도약 대역 확산 통신시스템.
제5항에 있어서, 상기 고정된 반송파 주파수의 중심주파수는 전체 도약 주파수 대역중의 임의의 값임을 특징으로 하는 주파수 도약 대역확산 통신 시스템.
제5항에 있어서, 상기 고정된 반송파 주파수의 중심주파수는 전체 도약 주파수 대역중의 중심에 위치하는 값임을 특징으로 하는 주파수 도약 대역확산 통신 시스템.
주파수도약 대역확산 통신시스템에서의 주파수 도약 방법에 있어서,

주파수 도약부호 c(t)를 발생하는 제1과정과,

전송할 정보데이터 d(t)를 상기 발생된 주파수 도약 부호 c(t)에 따라 K개(k=0, 1, ..., K-1)의 채널을 할당하고, 소정 맵핑방식에 따른 약속된 신호로 맵핑하여 신호 X(k)(여기서, k=0, 1, ..., K-1)로 출력하는 제2과정과,

상기 채널할당 및 신호 맵핑된 신호 X(k)를 역 고속 푸리에 변환하여 신호 x(k)(여기서, k=0, 1, ..., K-1)로 출력하는 제3과정과,

상기 역 고속 푸리에 변환된 신호 x(k)를 직렬로 변환하여 직렬신호 dm(t)로 출력하는 제4과정과,

상기 직렬신호 dm(t)를 고정된 반송파 주파수 e(jWct)를 이용해 주파수 상향변환하는 제5과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 주파수 도약방법.
제8항에 있어서, 상기 제2과정은 하기와 같은 식을 이용하여 채널할당 및 신호맵핑을 수행함을 특징으로 하는 주파수 도약방법.

X(k) = 0 for c(t) ≠ k

X(k) = Km for c(t) = k

k = 0, 1, 2, ..., K-1

Km = K for d(t) = 0

Km = -K for d(t) = 1