KR100337803B1

KR100337803B1 - 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템

Info

Publication number: KR100337803B1
Application number: KR1019990008170A
Authority: KR
Inventors: 정명덕
Original assignee: 정명덕
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2002-05-23
Also published as: KR19990046432A

Abstract

개시된 데이터, 음성 및 다중통신의 비화 시스템은 자가통신망을 이용하는 시스템에서 음성신호 및 데이터를 위상편이(Phase shift keying) 변조방식에 따라 실시간으로 송출하고, 변조된 음성신호 및 데이터를 복조하여 각각 출력되도록 하는 것에 관한 것이다.

상술한 데이터, 음성 및 다중통신의 비화 시스템에 포함된 송신장치는 음성 신호를 FM 변조하고, FM 변조된 신호를 분주하여 확산 부호를 발생시켜 데이터에 가산시키고, 가산된 신호를 확산 부호 발생시 이용되는 클럭신호와 동일한 대역폭을 갖는 확산 스펙트럼 형태의 신호로 변조시켜 안테나를 통해 실시간으로 송출하고, 상술한 데이터 및 음성 비화 시스템에 포함된 수신장치는 송신장치에서 실시간으로 송출되는 신호를 안테나를 통해 수신받아 그 신호의 주파수를 추적하여 동기신호를 발생시키고, 발생된 동기신호에 의해 역확산을 발생시키며, 역확산 부호에 의해 수신된 신호에서 데이터를 복조하고, 1차 역확산에 의해 복조된 신호를 이용하여 음성신호를 복조한다.

따라서, 본 발명은 음성 및 데이터의 다중통신이 실시간으로 처리되고, 정보 전송 효율이 증가하며, 비특성 다수 또는 특정 소수를 선별하여 동시에 정보 전송이 가능할 뿐만 아니라 통신 내용의 안정성이 보장된다는 효과를 제공하는데 있다.

Description

데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템{Secret communication system in the data and voice}

본 발명은 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는 통신시스템에서, 특히 자가통신망을 이용하는 시스템에서 음성신호 및 데이터를 2위상편이 변조방식에 따라 변조시켜 실시간으로 송출하고, 변조된 음성신호 및 데이터를 복조하여 각각 출력되도록 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템에 관한 것이다.

현대 사회와 같이 통신망이 발달하여 무선통신 및 이동 통신이 우리가 생활하고 있는 모든 분야에서 사용되고 있다는 점을 고려해 볼 때, 개인적으로 이용되고 있는 이동 통신을 통해 송수신되고 있는 신호가 다른 사람에 의해 쉽게 도청 당하는 경우 개인적인 생활이 노출되어 피해를 입을 수 있다.

또한, 산업정보를 많이 가지고 있는 기업체에서 그 산업정보를 이용하는데 있어, 통신망을 이용하는 경우, 이 또한 쉽게 도청 당할 수 있는데, 이로 인해 기업체의 안정성이 흔들릴 수 있다.

그리고, 현대 사회에서 가장 심각한 도청문제는 자가 무선통신망을 이용하는 경찰망이다. 즉, 메인 시스템에서 사건발생 정보를 입수하여 자가 무선통신망과 연결 가능한 송수신장치로 그 정보를 전송하는 경우, 자가 통신망은 일반적인 기능이 우수한 수신장치를 이용하는 경우 쉽게 도청할 수 있다.

이로 인해, 교통사고가 발생한 경우라면 경찰들의 현장처리이전에 사고 차량 및 환자들이 다른 장소로 이송되므로 그 사고 원인을 정확하게 규명할 수 없게 되어 피해자 및 가해자를 가리는데 있어 경찰들의 신뢰도가 떨어질 수 있다.

마지막으로 도청의 피해 중 가장 심각한 경우는 군사 통신망으로서, 우리 나라와 같이 특수한 상황, 즉 남북이 서로 대립의 관계에 놓여 있는 경우 군 통신망은 무엇보다도 중요하다. 군 통신망이 도청 당하는 경우 나라의 존립에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

전술한 바와 같이, 통신망의 발달로 사회전반에 걸친 도청이라는 문제점과 통신의 비밀보장에 대한 보안이 대두되어 왔다.

그러나, 상술한 통신망에 있어 도청을 방지하기 위해서는 송수신장치의 가격이 높아지게 되고, 정확하게 도청을 방지할 수 없었기 때문에 신뢰도가 떨어지게 되며, 보안성 및 기술적인 면에서도 어려움이 많기 때문에 비화 통신의 경우 모든 통신에서 적용되기 어려웠다는 문제점이 있었다.

또한, 상술한 현실에 있어서 급속히 증가하는 이동 통신의 사용과 함께 문제점으로 대두되는 것이 있다면 주파수 할당에 관한 것인데, 이는 주파수 사용료를 부과하는 방법으로 사용을 억제하고 있지만 수요자가 계속 증가하고 있어 주파수효율 및 고속정보 전송이 필요하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 통신시스템에서, 특히 자가통신망을 이용하는 시스템에서 음성신호 및 데이터를 위상편이 변조방식에 따라 변조시켜 실시간으로 송출하고, 변조된 음성신호 및 데이터를 복조하여 각각 출력되도록 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명인 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도,

도 2는 도 1에 적용된 송신장치의 구성을 설명하기 위한 상세 블록도,

도 3은 도 1에 적용된 수신장치의 구성을 설명하기 위한 상세 블록도,도 4는 도 3의 수신장치가 동기 신호를 추적하기 위하여 사용되는 동기 발진기의 선형 등가 모델을 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

100 : 송신장치

110 : FM 변조부

120 : 데이터 변조부

121 : 확산 부호 발생부

122 : 가산기

130 : 합성기

140 : 필터부

200 : 수신장치

210 : 필터부

220 : 역확산 부호 발생부

230 : 제 1 합성기

240 : 제 1 복조부

250 : 제 2 합성기

260 : 제 2 복조부

270 : 동기신호 발생부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통신시스템에 있어서, 본 발명의 장치는 외부로부터 입력되는 음성신호를 FM 변조하고, FM 변조된 신호를 분주하여 확산 부호를 발생시키며, 확산 부호와 데이터를 가산시키고, 가산된 신호를 확산 부호 발생시 이용되는 클럭신호와 동일한 대역폭을 갖는 확산 스펙트럼 형태의 신호로 변조시켜 안테나를 통해 실시간으로 송출하는 송신장치와, 상기 송신장치에서 실시간으로 송출되는 신호를 안테나를 통해 수신받아 그 신호의 주파수를 추적하여 동기신호를 발생시키고, 발생된 동기신호에 의해 역확산을 발생시키며, 역확산 부호에 의해 수신된 신호에서 데이터를 복조하고, 1차 역확산에 의해 복조된 신호를 이용하여 음성신호를 복조하는 수신장치로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 기술 하기로 한다.

도 1은 본 발명인 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템의 구성을 설명하기 위한 개략적인 블록도로서, 그 구성은 다음과 같다.

송신장치(100)는 외부로부터 입력되는 음성신호를 FM 변조하고, FM 변조된 신호를 분주하여 확산 부호를 발생시키며, 확산 부호와 데이터를 가산시키고, 가산된 신호를 확산 부호 발생시 이용되는 클럭신호와 동일한 대역폭을 갖는 확산 스펙트럼 형태의 신호로 변조시켜 안테나를 통해 실시간으로 송출한다.

수신장치(200)는 상기 송신장치(100)에서 실시간으로 송출되는 신호를 안테나를 통해 수신받아 그 신호의 주파수를 추적하여 동기신호를 발생시키고, 발생된 동기신호에 의해 역확산 부호를 발생시키며, 역확산 부호에 의해 수신된 신호를 1차 복조하여 데이터를 추출하고, 1차 복조된 역확산신호를 이용하여 음성신호를 복조한다.상기 수신장치(200)에 입력되는 신호의 주파수를 추적하여 동기신호를 발생시키는 과정은 하기의 도 4를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 2는 도 1에 적용된 송신장치(100)의 구성을 설명하기 위한 상세 블록도로서, 도시된 바와 같이, 외부로부터 입력되는 음성신호를 변조시켜 FM 반송파를 출력하는 FM 변조부(110)와, 외부로부터 입력되는 데이터를 FM 변조 출력 주파수로 변환시키는 데이터 변조부(120)와, 상기 FM 변조부(110)에서 출력되는 FM 반송파와 데이터 변조부(120)에서 변환된 데이터를 합성시키는 합성기(130)와, 상기 합성기(130)에서 합성된 신호를 송출 주파수 대역에 맞추어 필터링 시킨 후 안테나를 통해 송출시키는 필터부(140)로 구성된다.

상술한 데이터 변조부(120)는 상술한 FM 변조부(110)에서 출력되는 FM 반송파를 분주시키고, 분주된 FM 반송파에 따라 확산 부호를 발생시키는 확산 부호 발생부(121)와, 상술한 확산 부호 발생부(121)에서 발생된 확산 부호와 외부 데이터출력장치로 입력되는 데이터를 합성시켜 확산 부호 발생부(121)의 클럭 속도와 동일한 대역폭을 갖는 확산스펙트럼 형태로 신호를 변조시키는 합성기(122)로 구성된다.

도 3은 도 1에 적용된 수신장치의 구성을 설명하기 위한 상세 블록도로서, 도시된 바와 같이, 상술한 수신장치(200)는 안테나로부터 수신된 신호를 필터링 하는 필터부(210)와, 역확산 부호를 발생시키는 역확산 부호 발생부(220)와, 상술한 역확산 부호 발생부(220)의 역확산 부호를 필터부(210)에서 필터링된 신호와 합성시켜 FM 반송파와 데이터가 합성된 신호만을 추출하는 제 1 합성기(230)와, 상술한 제 1 합성기(230)에서 합성된 신호로부터 데이터만을 복조시켜 데이터 출력장치를 통해 출력시키는 제 1 복조부(240)와, 상술한 제 1 복조부(240)에서 복조된 데이터신호를 이용하여 FM 반송파를 추출시키는 제 2 합성기(250)와, 상술한 제 2 합성기(250)에서 출력되는 FM 반송파를 복조시켜 음성신호를 출력시키는 제 2 복조부(260)와, 상술한 제 1 합성기(230)에서 출력되는 신호에 동기되어 역확산 부호가 발생되도록 동기신호를 발생시키는 동기신호 발생부(270)로 구성된다.

이때, 상술한 역확산 부호 발생부(220)는 시간영역에서 자기상관 값을 추출할 수 있는 슬라이딩 상관기이다.

또한, 안테나를 통해 수신되는 신호는 위상편이(PSK) 변조방식에 따라 변조된 신호이다.

상술한 필터부(140)(210)는 대역통과필터이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템의동작을 첨부한 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

먼저, 도면에 미도시된 음성 입력장치를 통해 음성신호가 송신장치(100)로 입력되면, 송신장치(100)의 FM 변조부(110)는 입력되는 음성신호를 협대역의 FM을 이용하여 변조시킨다.

또한, 도면에 도시된 데이터 입력장치를 통해 데이터가 송신장치(100)로 입력되면, 송신장치(100)는 데이터 변조부(120)를 통해 데이터 변환을 하는데, 이때 데이터 변조부(120)는 확산 부호 발생부(121)를 통해 확산 부호를 발생시킨다.

여기서, 확산 부호 발생부(121)는 상술한 FM 변조부(110)에서 출력되는 FM 반송파를 분주하고, 그 분주된 신호를 동기클럭으로 이용하여 확산 부호를 발생시킨다. 이렇게 발생된 확산 부호는 가산기(122)를 통해 상술한 데이터와 가산되어 일차 변조되고, 일차 변조된 신호는 합성기(130)에서 확산 부호 발생시 이용된 클럭 속도와 동일한 대역폭을 갖는 확산 스펙트럼 형태의 신호로 변조시켜 안테나를 통해 송출시킨다.

상술한 바와 같이, 안테나를 통해 송출되는 신호는 위상편이(PSK) 변조방식에 따라 변조된 신호로서, 전송도중 간섭신호의 영향을 받지 않게 되며, 음성신호 및 데이터를 동시에 송출하는 멀티 패스(Multi-pass)에 강한 신호로 변조된다.

한편, 위상편이 변조방식에 따라 변조된 신호는 수신장치(200)의 안테나를 통해 수신된다. 수신장치(200)를 통해 수신된 신호는 필터부(210)를 통해 일정 주파수 대역으로 필터링 되고, 필더링된 신호는 제 1 합성기(230)로 입력된다.

여기서, 제 1 합성기(230)는 역확산 부호 발생부(220)에서 출력하는 역확산부호를 필터링된 변조신호에 합성시켜 FM 반송파와 데이터가 합성된 신호로 일차복조하게 된다.

한편, 역확산 부호 발생부(220)는 소정 시간 영역 내에서 자기 상관값을 추출할 수 있는 슬라이딩 상관기이며, 이 역확산 부호 발생부(220)는 동기신호에 의해 역확산 부호를 발생시켜 제 1 합성기(230)로 출력하는데, 여기서 동기신호는 동기신호 발생부(270)에서 제 1 합성기(230)를 통해 출력되는 FM 반송파에 따라 발생된다.

상술한 과정을 거쳐 일차 복조된 신호는 제 1 복조부(240)와 제 2 합성기(250)로 각각 입력되고, 제 1 복조부(240)에서는 일차 복조된 신호 중 데이터 신호만을 추출하여 데이터 출력장치를 통해 출력하고, 제 2 합성기(250)는 제 1 복조부(240)에서 출력되는 데이터를 FM 반송파 추출정보를 입력받아 일차 복조된 신호에서 FM 반송파만을 추출하여 제 2 복조부(260)를 통해 음성신호로 복조시켜 스피커를 통해 출력시킨다.

이때, 수신장치(200)는 음성신호 및 데이터를 복조시켜 각각의 출력장치를 통해 출력시키기 위해서는 확산 부호에 동기시켜야 할뿐만 아니라 주파수 동기가 동시에 이루어져야 하므로 수신장치(200)에서 수신되는 신호를 정상적으로 출력시키기 위해 동기를 맞추기 매우 어렵기 때문에 통신 시스템의 비화성을 향상시킬 수 있다.도 4는 도 3의 수신장치가 동기 신호를 추적하기 위하여 사용되는 동기 발진기의 선형 등가 모델을 나타내는 도면이다.동기화의 개념을 이해하기 위하여 도 4 처럼 발진기 출력 전압 Vo를 선형 분석함으로서 동기발진기의 동기화 개념을 이해할 수 있다. 도 4의 회로는 발진을 유지하기 위해 GM2 >> GLC2/C3를 필요로 한다. 그리고 GL >> GB는 자주발진기(free-running oscillator) 주파수에 대해 다음과 같이 정의된다.그리고 기본 차동 방정식에 대해서는 수학식 2와 같다.수학식2는 입력 신호 전압 Vi에 따르는 injection - locked 동기 오실레이터의 소신호 동작을 의미하며, 여기서 C = C3(1+C3/C2) 이다.수학식3 과 4의 형으로 해를 가정하고, 순시미분 위상으로 수학식4를 정의하며, 순시 동조범위로서 수학식6를 가정하면 동기발진기의 동작을 해석할 수 있다.수학식2에 수학식3 ~ 수학식6을 대입하면 수학식7과 같은 결과을 얻는다.여기서는 동기발진기에 대한 주입 상수이다.동기발진기에 대한 두 영역은1) 구동되어 lock되지 못한 경우2) 구동되어 lock된 경우동기화 또는 lock-in의 조건은 다음과 같은 조건이 필요하다.동기가 되기 위해서는조건을 가지며, 동기 영역내의 동기발진기의 동조 대역폭은을 가지며, 이것은 입력신호의 크기에 비례하는 순시적응 동조대역폭으로서, 동기발진기의 동조대역폭이 수학식10과 같이 주어질 때 동기화 또는 lock-in에 대한 조건은 수학식9와 같다. 그리고 수학식11과 같은 이득-동조 대역폭을 정의할 수 있다.수학식10에서 는 특별한 바이어스 조건(정의된 GMI 등)으로서, 동조 대역폭은 수학식11을 유지하기 위해 입력 신호 레벨의 변화에 따를 것이다.구동되었으나 lock이 되지 않는 동기발전기는 에 대한 수학식7의 해를 구하면 다음과 같다.여기서 tO는 적분상수이고, 수학식12에서 위상차 는 주기적 시간 함수가 된다. 따라서, 출력 전압 VO는 이산 퓨리에 스펙트럼(Discrete fourier spectrum)이 된다. 인가 주파수 에서 동기발진기의 출력 전압의 스펙트럼 요소는 다음과 같다.상술한 바와 같은 동기발진기의 선형적 해석에 의하여 FM 변조되고 확산부호에 의하여 변조된 신호를 상기 동기 신호 발진부(270)가 추적하여 동기 신호를 출력할 수 있게된다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명은 여러 가지 측면에서 효과가 있는데, 이를 나열하면 다음과 같다.

첫째, 음성신호 및 데이터를 동시에 전송할 수 있는 다중 통신이 가능하기 때문에 통화중에도 데이터 통신을 실시간으로 처리할 수 있다.

둘째, 단말기 개발에 따른 정보 전송 효율이 증대되며, 데이터 통신을 통해 기존의 모뎀과 같은 인터페이스장치가 불필요하게 된다.

셋째, 확산 스펙트럼 형태인 2중위상편이 변조방식에 따라 음성신호 및 데이터신호를 변조시켜 송출함으로써 통신 내용의 안전성이 확보될 뿐만 아니라 비특정다수, 또는 특정 소수를 선별하여 동시에 정보전송이 가능하여 경찰망 및 군 통신망의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

마지막으로 본 발명이 통신시스템에 적용되는 경우 불요파 및 잡음 제거능력이 우수하여 양호한 통화 품질을 이룰 수 있다.

Claims

외부로부터 입력되는 음성신호를 FM 변조하고, FM 변조된 신호를 분주하여 확산 부호를 발생시키며, 확산 부호와 데이터를 가산시키고, 가산된 신호를 확산 부호 발생시 이용되는 클럭신호와 동일한 대역폭을 갖는 확산 스펙트럼 형태의 신호로 변조시켜 안테나를 통해 실시간으로 송출하는 송신장치; 및

상기 송신장치에서 실시간으로 송출되는 신호를 안테나를 통해 수신받아 그 신호의 주파수를 추적하여 동기신호를 발생시키고, 발생된 동기신호에 의해 역확산을 발생시키며, 역확산 부호에 의해 수신된 신호에서 데이터를 복조하고, 1차 역확산에 의해 복조된 신호를 이용하여 음성신호를 복조하는 수신장치로 구성된 것을 특징으로 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 송신장치는,

외부로부터 입력되는 음성신호를 변조시켜 FM 반송파를 출력하는 FM 변조부;

외부로부터 입력되는 데이터를 FM 변조 출력 주파수로 변환시키는 데이터 변조부;

상기 FM 변조부에서 출력되는 FM 반송파와 데이터 변조부에서 변환된 데이터를 합성시키는 합성기; 및

상기 합성기에서 합성된 신호를 송출 주파수 대역에 맞추어 필터링 시킨 후 안테나를 통해 송출시키는 필터부로 구성된 것을 특징으로 하는 데이터, 음성 및다중통신의 비화시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 수신장치는,

안테나로부터 수신된 신호를 필터링 하는 필터부;

역확산 부호를 발생시키는 역확산 부호 발생부;

상기 역확산 부호 발생부의 역확산 부호를 필터부에서 필터링된 신호와 합성시켜 FM 반송파와 데이터가 합성된 신호만을 추출하는 제 1 합성기;

상기 제 1 합성기에서 합성된 신호로부터 데이터만을 복조시켜 데이터 출력 장치를 통해 출력시키는 제 1 복조부;

상기 제 1 복조부에서 복조된 데이터신호를 이용하여 FM 반송파를 추출시키는 제 2 합성기;

상기 제 2 합성기에서 출력되는 FM 반송파를 복조시켜 스피커를 통해 음성신호를 출력시키는 제 2 복조부; 및

상기 제 1 합성기에서 출력되는 신호에 동기되어 역확산 부호가 발생되도록 동기신호를 발생시키는 동기신호 발생부로 구성된 것을 특징으로 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 데이터 변조부는,

상기 변조부에서 출력되는 FM 반송파를 분주시키고, 분주된 FM 반송파를 클럭신호로 이용하여 확산 부호를 발생시키는 확산 부호 발생부; 및

상기 확산 부호 발생부에서 발생된 확산 부호와 외부 데이터 출력장치로부터 입력되는 데이터를 합성시켜 확산 부호 발생시 이용되는 클럭신호의 속도와 동일한 대역폭을 갖는 확산스펙트럼 형태로 신호를 변조시키는 가산기로 구성됨을 특징으로 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 역확산 부호 발생부는,

시간영역에서 자기상관 값을 추출할 수 있는 슬라이딩 상관기임을 특징으로 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화 시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 안테나를 통해 수신되는 신호는,

위상편이 변조방식에 따라 변조된 신호임을 특징으로 하는 데이터, 음성 및 다중통신의 비화 시스템.