KR100436775B1 - 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법에 관한 것으로, 기존의 고속 퓨리에 스크램블링 방법에서 생성된 치환표에 따라 주파수 성분의 위치만을 스크램블링하는 것과 달리, 고속 퓨리에 변환이 이루어지는 신호의 진폭을 송신부에서 실시간으로 생성되는 치환표에 따라 먼저 스케일링 한 후 주파수 성분의 위치를 스크램블링 하여 주파수 성분의 위치뿐만 아니라 주파수 성분의 진폭까지도 추가로 변조함으로써, 원신호에 대한 잔여 이해도를 보다 더 감소시키고 아날로그 스크램블러 장비의 안전성을 강화시킬 수 있는 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법이 개시된다.

Description

고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법{Method of scrambling and descrambling using fast fourier transform}

본 발명은 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법에 관한 것으로, 특히 비화된 아날로그 신호에 존재하는 원신호에 대한 잔여 이해도(Residualintelligibility)를 감소시키기 위한 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법에 관한 것이다.

고속 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; 이하 FFT라 함) 스크램블링(scrambling)이란 임의 실수 신호를 전송할 때 이신호가 함축하고 있는 정보를 은닉하기 위해 사용하는 것을 말한다.

일반적으로 많이 사용하고 있는 아날로그 스크램블링 방법으로 FFT 스크램블링 방법이 있다.

FFT 스크램블링 방법은 공중전화망(PSTN) 등에서 단대단(End-to-end) 음성통신을 보호하기 위한 방식 중 아날로그 형태의 음성을 직접 비화 처리하는 아날로그 스크램블러 장비에 적용할 수 있는 기법으로, 전송 채널에서 비화음 도청시 기존 아날로그 스크램블 방법보다 잔여 이해도를 더 감소시킬 수 있다.

FFT 스크램블러에서 음성을 비화시키는 방법은 입력된 음성신호를 FFT 변환 한 후 특정 암호 알고리즘에 의해 실시간으로 생성되는 치환표에 따라 주파수 성분의 위치를 치환한 후 IFFT(Inverse FFT) 변환한 후 아날로그 신호 형태로 채널로 전송하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법을 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 송신부에서의 스크램블링 과정(10)은 먼저, 송신단으로 입력된 시간영역의 실수신호(아날로그 신호)는(101), 샘플링(Sampling) 이론에 근거하여 적절한 표본화 주파수로 표본화되어 디지털 신호로 변환된다(102). 이러한 아날로그/디지털(Analog/Digital; A/D) 변환의 결과로 생성되는 하나의 데이터는 샘플링시 양자화하는 비트 크기 단위로 표현되는 이산(Discrete) 신호이며, 이 신호가 하나의 샘플 데이터 즉, 디지털로 처리되는 데이터 단위가 된다. FFT 처리기에서는 디지털로 변환된 데이터를 크기가 N인 일정 블럭으로 묶어 N-Point FFT 변환을 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환한다(103). 복소수로 표현되는 주파수 영역의 신호 계수는 하나의 치환 대상이 되어 주파수 치환된 후(104), 다시 N-Point 역FFT 처리된다(105). 이에 의해 신호는 시간 영역의 실수 시퀀스 신호가 되며, 이는 다시 아날로그 변환되어(106) 송신(107)된다.

채널(108)을 통해 송신부으로부터 스크램블링된 신호를 수신(109)받은 수신부의 디스크램블링 방법(11)은 다음과 같다.

아날로그 형태로 입력된신호는 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환되고(110), N-Point FFT 처리된다(111). 이후, FFT 처리된 신호는 역치환 알고리즘에 의하여 주파수 역치환되고(112), 주파수 역치환된 신호는 N-Point 역FFT 처리에 의해 시간 영역의 신호로 변환된다(113). 역FFT 처리된 신호는 D/A 변환기에서 최종적으로 아날로그 신호로 변환되어(114), 출력 신호로 복원된 후 출력되게 된다(115).

그러나, 이러한 FFT 스크램블링 방법을 이용하여 잔여 이해도를 감소시키더라도, 전송되는 정보에는 아날로그 신호의 특성으로 인하여 원신호의 잔여 이해도가 어느 정도는 존재하게 된다.

이러한 잔여 이해도를 충분히 줄이기 위해서는 신호를 적어도 1024-포인터 이상의 FFT 변환을 하여 스크램블 하여야 한다.

그러나, 실제 통신 시에는 FFT 포인터 증가에 따른 계산량 증가와 지연으로 인하여 실시간 처리라는 관점과 FFT 포인터 수간에 적당한 보완(Trade-off)이 이루어져야 한다.

따라서, 상기에서 서술한 종래의 FFT 스크램블링 방법은 실제 적용 시 보호되어야 할 정보에서 원신호에 대한 잔여 이해도를 충분히 제거하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 고속 퓨리에 변환이 이루어지는 신호의 진폭을 송신부에서 실시간으로 생성되는 치환표에 따라 먼저 스케일링 한 후 주파수 성분의 위치를 스크램블링 하여 주파수 성분의 위치 스크램블링을 하는 외에도 주파수 성분의 진폭까지도 추가로 변조함으로써, 원신호에 대한 잔여 이해도를 보다 더 감소시키고 아날로그 스크램블러 장비의 안전성을 강화시킬 수 있는 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법이 개시된다.

도 1은 종래의 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법을 설명하기 위해 도시한 개념도이다.

도 3은 도 2의 송신부측 진폭 스케일링 동작을 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 세부 처리 개념도이다.

도 4는 도 2의 수신부측 진폭 복원 동작을 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 세부 처리 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20 : 스크램블링 과정 11, 21 : 디스크램블링 과정

본 발명에 따른 고속 퓨리에 변환 스크램블링 방법은 아날로그 신호가 입력되는 단계와, 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 고속 퓨리에 변환을 수행하여 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계와, 치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 변환되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계와, 동일한 치환표를 이용하여 주파수 영역 신호의 위치성분을 치환하는 단계와, 역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고속 퓨리에 변환 디스크램블링 방법은 비화된 아날로그 신호가 입력되는 단계와, 비화된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 고속 퓨리에 변환을 수행하여 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계와, 치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 주파수 영역 신호의 위치를 환원하는 단계와, 동일한 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 복원되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계와, 역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 디지털 신호를 비화되지 않은 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고속 퓨리에 변환 스크램블링 방법 및 디스크램블링 방법은 송신부로 아날로그 신호가 입력되는 단계와, 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 고속 퓨리에 변환을 수행하여 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계와, 치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 변환되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계와, 치환표를 이용하여 주파수 영역 신호의 위치성분을 치환하는 단계와, 역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 디지털 신호를 비화된 아날로그 신호로 변환하는 단계, 채널을 통해 비화된 아날로그 신호를 송신부로부터 수신부로 전송하는 단계와, 수신부로 비화된 아날로그 신호가 입력되는 단계와, 비화된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계와, 고속 퓨리에 변환을 수행하여 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계와, 치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 주파수 영역 신호의 위치를 환원하는 단계와, 동일한 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 복원되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계와, 역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계, 및 디지털 신호를 비화되지 않은 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 송신부 및 수신부는 동일한 치환표 및 스케일링 표를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이, 본 발명은 아날로그 신호에 대한 FFT 스크램블링 처리 과정에서, 종래 기술에서와 같이 단순히 주파수 성분의 위치만을 치환대상으로 취급하지 않고, 송신부측에서 주파수 성분의 위치를 치환하기 전에 매 프레임마다 생성되는 치환표(219)를 이용하여 사전에 만들어진 스케일링 표를 먼저 치환한 후 대응되는 주파수 성분의 진폭에 곱하여 먼저 주파수 성분의 진폭을 스케일링하는 과정을 첨가함으로써 최종적으로 출력되는 비화 신호의 잔여 이해도를 감소시키고자 하는 것이다. 그리고, 수신부측에서는 송신부측에서 실시한 과정을 반대로 수행하여 스케일링된 주파수 성분을 복원하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 더 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 송신부에서의 스크램블링 과정(20)은 송신단으로 입력된 시간영역의 실수신호(아날로그 신호)는(201), 샘플링 이론에 근거하여 적절한 표본화 주파수로 표본화되어 디지털 신호로 변환된다(202). 이러한 아날로그/디지털(Analog/Digital; A/D) 변환의 결과로 생성되는 하나의 데이터는 샘플링시 양자화하는 비트 크기 단위로 표현되는 이산(Discrete) 신호이며, 이 신호가 하나의 샘플 데이터 즉, 디지털로 처리되는 데이터 단위가 된다. FFT 처리기에서는 디지털로 변환된 데이터를 크기가 N인 일정 블럭으로 묶어 N-Point FFT 변환을 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환한다(203).

이후, 치환 알고리즘(218)으로부터 생성된 치환표(219)를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표(220)를 진폭 변조 대상인 주파수 성분과 곱함으로써 원 신호에서 주파수 성분의 진폭이 변조된 신호를 생성하는 진폭 스케일링 동작을 실시(204)한다.

이어서, 복소수로 표현되는 주파수 영역의 신호 계수는 하나의 치환 대상이 되어, 치환표(219)에 따라 주파수 영역 신호의 위치 성분이 치환된 후(205), 다시 N-Point 역FFT 처리된다(206). 이에 의해 신호는 시간 영역의 실수 시퀀스 신호가되며, 이는 다시 아날로그 변환되어(207) 송신(208)된다.

채널(209)을 통해 송신부으로부터 스크램블링된 신호를 수신(210)받은 수신부의 디스크램블링 방법(21)은 다음과 같다.

아날로그 형태로 입력된 신호는 A/D 변환기에서 디지털 신호로 변환되고(211), N-Point FFT 처리된다(212). 이후, FFT 처리된 신호는 역치환 알고리즘에 의하여 주파수 역변환되고(213), 위치가 복원된 신호를 대상으로 송신부측과 동일한 스케일링 표(220)를 치환 알고리즘(221)으로 생성된 송신측과의 동일한 치환표(222)를 이용하여 변형된 주파수 성분의 진폭을 복원(214)한다. 진폭이 복원된 신호는 N-Point 역FFT 처리에 의해 시간 영역의 신호로 변환된다(215). 역FFT 처리된 신호는 D/A 변환기에서 최종적으로 아날로그 신호로 변환되어(216), 출력 신호로 복원된 후 출력되게 된다(217).

도 2에서 송신부측의 진폭 스케일링 동작과 수신부측의 진폭 복원 동작을 나누어 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 2의 송신부측 진폭 스케일링 동작을 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 세부 처리 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 송신부측에서는 매 프레임마다 입력되는 신호를 N-point FFT(301)를 수행함으로써 f(0), f(1), . , f(n)의 주파수 영역에서의 신호(302)를 생성한다. 그리고, 일반적인 유선망의 전송 대역이 300 내지 3400 인 점을 고려하여, 전송 대역에 포함되는 주파수 성분 l개(303)만을 치환 대상으로 한다.

이후, 진폭 변조의 방법을 설명하면, 사전에 생성된 진폭 스케일링 표{s(0), s(1), ... , s(l-1)}를 구성(304)하는 각 값들의 위치를 치환 알고리즘(305)으로부터 생성된 치환표{p(0), p(1), ... , p(l-1)}(306)를 이용하여 치환하여 생성된 스케일링 표{s(p(0)), s(p(1)), ... , s(p(l-1))}(307)를 진폭 변조 대상인 주파수 성분 l개(303)와 곱함으로써 원 신호에서 주파수 성분의 진폭을 변조한 신호{f(k)*s(p(0)), ..., f(k+l-1)*s(p(l-1))}가 생성(308)된다. 그리고, 진폭이 변조된 신호(308)를 대상으로 일반적인 FFT 스크램블러 과정을 적용하게 된다.

도 4는 도 2의 수신부측 진폭 복원 동작을 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 세부 처리 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 수신부측에서는 먼저 주파수 성분 역 치환 과정(401)을 거쳐서 위치가 복원된 신호(402)를 대상으로 송신측과 동일한 스케일링 표{s(0), s(1), ... , s(l-1)}(403)를 치환 알고리즘(404)으로 생성된 송신측과의 동일한 치환표{p(0), p(1), ... , p(l-1)}(405)를 이용하여 먼저 치환하여 생성된 스케일링 표(406)를 대응되는 주파수 성분(402)에 나누어줌으로써 변형된 주파수 성분의 진폭을 복원한 원 신호에 해당하는 {f(k)/s(p(0)), ..., f(k+l-1)/s(p(l-1))}(407)를 얻도록 구성되게 된다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법을 통해 원신호에 대한 잔여 이해도를 보다 더 감소시켜 정보를 안전하게 보호할 수 있다.

한편, 진폭 스케일링 표를 단순히 사용하지 않고 안전한 치환 알고리즘으로 생성된 치환표를 사용하여 치환함으로써 제 3자의 불법 도청으로부터 구체적인 스케일링 방법이 안전하게 보호된다.

또한, 진폭 스케일링 표를 치환하기 위한 치환표를 별도의 치환 알고리즘을 이용하여 생성하지 않고 FFT 스크램블러에서 주파수 위치를 치환하기 위하여 생성하는 치환표를 함께 사용함으로써 계산량 증가를 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 주파수 위치를 치환하는데 사용하기 위하여 생성되는 치환표로 주파수의 진폭까지 스케일링함으로써, 송수신부에서 별도의 계산량 증가없이 비화 신호에 포함된 원신호에 대한 잔여 이해도를 보다 더 감소시켜 정보를 안전하게 보호할 수 있다.

Claims (6)

1. 아날로그 신호가 입력되는 단계;

   상기 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;

   고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;

   치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 상기 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 변환되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계;

   상기 치환표를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 위치성분을 치환하는 단계;

   역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및

   상기 디지털 신호를 비화된 아날로그 신호로 변환하여 송신하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 스크램블링 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 치환표 및 상기 스케일링 표는 수신부에서 상기 주파수 영역 신호의 상기 위치 성분 및 상기 진폭 성분을 복원할 때 사용되는 것과 동일한 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 스크램블링 방법.
3. 비화된 아날로그 신호가 수신되는 단계;

   상기 비화된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;

   고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;

   치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 위치성분을 환원하는 단계;

   상기 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 상기 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 복원되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계;

   역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및

   상기 디지털 신호를 비화되지 않은 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 디스크램블링 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 치환표 및 상기 스케일링 표는 송신부에서 상기 주파수 영역 신호의 상기 위치 성분 및 상기 진폭 성분을 변조할 때 사용된 것과 동일한 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 디스크램블링 방법.
5. 송신부로 아날로그 신호가 입력되는 단계;

   상기 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;

   고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;

   치환 알고리즘으로부터 생성된 치환표를 이용하여 치환/생성된 스케일링 표에 따라 상기 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 변환되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계;

   상기 치환표를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 위치성분을 치환하는 단계;

   역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;

   상기 디지털 신호를 비화된 아날로그 신호로 변환하는 단계

   채널을 통해 상기 비화된 아날로그 신호를 상기 송신부로부터 수신부로 전송하는 단계;

   상기 수신부로 비화된 아날로그 신호가 입력되는 단계;

   상기 비화된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;

   고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 디지털 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;

   상기 치환 알고리즘으로부터 생성된 상기 치환표를 이용하여 상기 주파수 영역 신호의 위치성분을 환원하는 단계;

   상기 치환표를 이용하여 치환/생성된 상기 스케일링 표에 따라 상기 주파수 영역 신호의 진폭 성분이 복원되도록 진폭 스케일링을 수행하는 단계;

   역 고속 퓨리에 변환을 수행하여 상기 주파수 영역 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및

   상기 디지털 신호를 비화되지 않은 아날로그 신호로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 송신부 및 상기 수신부는 동일한 스케일링 표를 사용하고 위치 치환에 사용된 치환표를 상기 스케일링 표 치환에 재사용한 것을 특징으로 하는 고속 퓨리에 변환 스크램블링 및 디스크램블링 방법.