KR100605748B1 - 혼돈 신호 생성 및 이를 이용한 정보 신호 전송 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼돈 신호에 의해 정보의 확산 스펙트럼 전송에 관한 것이다.본 발명에 따른 혼돈 시스템에 의하면 정보에 입력할 혼돈 신호는 정보 전송 주파수 밴드내에서 직접 생성한다. 전송을 위한 정보 반송파의 형성은 혼돈 능동 시스템에 의해 수행된다. 혼돈 능동 시스템은 미리 예정된 스펙트럼 특성을 갖는 정보 반송파를 형성한다. 혼돈 정보 반송파의 변조 과정은 혼돈 정보 반송파로부터 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스를 형성함으로서 수행된다. 혼돈 무선과 혼돈 광 펄스는 정보 신호 전송을 위해 미리 정해진 펄스 간격을 가지고 있다. 수신측에서 수신과 복조는 송신측의 혼돈 능동 시스템과 동일한 동작을 수행하는 혼돈 능동 시스템에 의해 수행된다.
혼돈 신호, 확산 스펙스럼 통신, 혼돈 능동 시스템

Description

혼돈 신호 생성 및 이를 이용한 정보 신호 전송 방법{Method of transmitting with the help of chaotic signals}
도 1은 터널 다이오드를 사용한 혼돈 신호 발생장치의 구성을 도시한 회로,
도 2는 Chua 회로의 형식을 갖는 혼돈 신호 발생장치의 구성을 도시한 회로,
도 3은 1.5 등급의 자유도를 갖는 링 구조의 혼돈 신호 발생장치를 도시한 회로,
도 4(a), (b)는 본 발명을 구현하기 위한 정보 전송 시스템의 블록도와 회로의 각 노드(포인트)에서 신호의 파형을 도시한 도면,
도 5는 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스의 파형을 도시한 도면,
도 6은 2진 정보 신호로부터 판단한 혼돈 펄스의 파형을 도시한 도면,
도 7(a), (b)는 추가 혼돈 능동 시스템을 사용하여 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스 스트림의 형태를 도시한 도면,
도 8(a), (b), (c)는 본 발명을 구현하기 위해 가상 능동 발진 시스템의 레이아웃과 형태를 도시한 도면,
도 9는 도 8에 도시되어 있는 혼돈 발진 시스템에 의해 발생된 혼돈 신호이 전형적인 파워 스펙트럼을 도시한 도면,
도 10(a), (b)는 본 발명에 따른 비간섭 수신을 위한 회로와 각 노드에서의 신호 파형을 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 혼돈 능동 시스템을 도시한 도면,
도 12(a), (b)는 통신 채널상에서 혼돈 무선 펄스의 파형과 수신측에서 수신한 파형의 포락선을 도시한 도면이다.
본 발명은 확산 스펙트럼 통신을 위한 혼돈 신호의 생성 및 이를 이용한 정보 신호의 전송 및 수신에 관한 것이다.
현재, 혼돈 신호는 동적 혼돈 시스템(dynamic chaos system)이라 불리우는 비선형 결정 동적 시스템(non-linear deterministic dynamic system)에 의해 생성된다. 동적 혼돈 시스템은 정보 전송을 위해 일정한 특성을 갖는 적절한 신호를 생성한다. 특히 반송파와 변조 발진을 위한 혼돈 신호 시스템에 대해서는 "A.S.DMITRIEV, A.I.PANAS, S.O.STARKOV. Dynamic chaos as a paradigm for modern telecommunication systems // Uspekhi Sovremennoy Radielektroniki, 1997, #10, p. 4,; M.HASLER. Achievements in the field of information transmission with the use of chaos // Uspekhi Sovremennoy Radielektroniki, 1998, #11, p. 33" 기재되어 있다. 동적 혼돈 시스템을 사용하여 어떤 정보를 전송하는 회로(정보 신호 혼돈 마스킹 회로)는 "L.KOCAREV, K.S.HALLE, K.ECKERT, L.CHUA, U.PARLITZ. Experimental demonstration of secure communications via chaotic synchronization // Int. J. Bifurcation and Chaos, 1992, v. 2, # 3, p. 709"에 기재되어 있다. 혼돈 모드 스위칭를 가진 회로는 H.DEDIEU, M,KENNEDY, M.HASLER에 의해 제안되었으며, 혼돈 쉬프트 키(Chaos shift keying)는 "Modulation and demodulation of a chaotic carrier using self-synchronizing Chuas circuits // IEEE Trans. Circuits and Systems, October 1993, v. CAS-40, # 10, p. 634"에 기재되어 있다.
정보 신호와 혼돈 신호의 비 선형 혼합 회로는 "A.R.VOLKOVSKI, N.V. RULKOV. Synchronous chaotic response of non-linear system used to transmit information with a chaotic carrier // Letters to Zhurn. Techn. Fiz., 1993, v. 19, # 3, p. 71; A.DMITRIEV, A.PANAS, S.STARKOV. Experiments on speech and music signals transmission using chaos // Int. Journal of Bifurcation and Chaos, 1995, v. 5, p. 371"에 기재되어 있다.
정보 신호 전송을 위해 마이크로 웨이브 밴드의 주파수를 갖는 혼돈 신호를 생성하기 위한 혼돈 발진 시스템은 'A.S.DMITRIEV, B.E.KYARGINSKI, N.A.MAKSIMOV, A.I.PANAS, S.O.STARKOV. Prospects of creating direct chaotic communication systems in RF and microwave bands // Radiotekhnika, 2000, # 3, p. 9"에 기재되어 있다.
확산 스펙트럼 통신을 위한 두가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은 CDMA와 같이 협 대역을 갖는 일정 주기를 갖는 반송파들을 사용한다. 즉, 첫 번째 방법은 전송하고자 하는 정보의 주파수 밴드가 반송파 신호의 주파수 밴드보다 협소하게 주 파수 변조를 수행하는 시스템이다. 두 번째 방법은 원칙적으로 광대역 주파수 반송파를 사용한다. 즉, 두 번째 방법에서 사용하는 주파수 밴드는 전송하고자 하는 정보의 주파수 밴드보다 넓게 주파수 변조를 수행하는 시스템이다(U.S. Patent # 16097, H04K 1/00, March 18, 1960). 주파수 호핑 확산 스펙트럼 시스템은 이들 다양성에 주목한다(J.PROAKIS. Digital Communication, McGraw-Hill, Inc., New-York, 1995, p. 741).
본원 발명은 주파수 호핑 확산 스펙트럼에 대해 기술하고 있다. 즉, 전송 측면에서 미리 설정된 정보 전송 주파수 밴드 내에서 광대역 정보 반송파를 생성한다. 반송파는 정보 신호에 의해 변조된다. 변조된 신호는 통신 채널을 통해 송신측으로부터 수신측으로 전송된다. 수신측은 정보를 획득하기 위해 수신한 정보 반송파를 복조한다(상술한 J.PROAKIS 참조).
본원 발명은 혼돈 동적 시스템을 이용하여 광대역 정보 반송파를 생성한다. 혼돈 동적 시스템은 정보 전송을 위한 주파수 밴드(마이크로 웨이브 밴드)에서 직접 혼돈 신호를 발생한다. 광대역 반송파로서 동적 신호를 사용하기 위해서는 전자기 스펙트럼의 요구된 주파수 밴드내에서 발생한 혼돈 발진의 문제점을 해결하여야 한다. 또한, 전송측에서 혼돈 신호에 정보를 입력하고, 수신측에서 신호를 추출하기 위한 효율적인 방법이 요구된다. 그러나 현재 마이크로 웨이브 밴드에서 이를 구현하기 위한 방안이 논의되지 않고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 혼돈 신호를 사용하여 정보 신호를 전송하기 위한 방안을 제안한다. 즉, 통신 밴드 내에서 직접 발생한 혼돈 신호에 정보 신호를 입력하는 통신시스템을 제안한다.
따라서, 본 발명은 정보 신호를 혼돈 신호를 사용하여 전송하기 위해 송신측에서 미리 설정된 정보 전송을 위한 대역 내에서 광대역 정보 반송파를 생성한다. 정보 반송파는 정보 신호에 의해 변조된다. 변조된 정보 신호는 통신 채널을 의해 송신측에서 수신측으로 전달된다. 수신측은 수신한 정보 신호를 복조함으로서 정보 신호를 추출한다. 본원 발명에 의하면, 광대역 정보 반송파의 생성은 혼돈 능동 시스템에 의해 수행된다. 혼돈 능동 시스템은 미리 설정된 광대역 정보 반송파의 특성에 맞도록 설계된다. 혼돈 능동 시스템은 혼돈 능동 시스템의 동작을 수행할 수 있도록 파라미터들을 확인한다. 즉, 혼돈 능동 시스템은 요구된 스펙트럼 특성에 맞는 광대역 정보 반송파를 생성하기 위해 파라미터를 선택한다. 변조는 정보 신호와 미리 설정된 펄스 간격과 펄스 구간을 갖는 혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스에 의해 수행된다. 변조된 정보 신호는 통신 채널을 통해 전송된다. 수신측에서 수신과 복조는 송신측의 혼돈 능동 시스템에서 수행되는 동작과 동일한 동작을 수행하는 혼돈 능동 시스템에 의해 수행된다.
혼돈 능동 시스템은 적어도 하나의 능동 소자와 광대역 정보 반송파를 형성하기 위한 부가적인 주파수 선택 구조를 갖는 능동 발진 시스템을 포함한다.
능동 발진 시스템은 주어진 간격을 갖는 RF 또는 광 펄스를 생성하기 위한 광대역 정보 반송파를 선택하기 소자가 부가된다. RF 또는 광 펄스 및 그들간의 간 격은 송신측의 부가된 피드백 회로에 의해 형성된다.
미리 설정된 구간과 간격을 갖는 혼돈 RF 및 혼돈 광 펄스를 형성은 혼돈 능동 시스템 동작을 제어하는 수단에 의해 수행된다.
혼돈 능동 시스템 동작은 혼돈 능동 시스템이 위상 공간 내에서 설정된 포인트의 궤도를 제어하거나, 여러 가지 파라미터르 제어함으로서 수행된다.
궤도의 제어는 미리 설정된 시간구간동안 위상 공간(phase space)의 설정된 영역 내에서 혼돈 능동 시스템의 초기 상태를 변경하거나, 혼동 능동 시스템의 위상 공간에서 설정된 포인트의 궤도를 홀딩하는 수단에 의해 수행된다.
본 발명의 다른 특징은 혼돈 무선, 혼돈 광 펄스의 구간 및/또는 그들간의 간격은 추가 혼돈 능동 시스템에 의해 생성된 혼돈 샘플과 전송할 입력 정보에 의해 형성된다.
본 발명의 또 다른 특징은 수신측에서 수신 및 복조는 송신측의 혼돈 능동 시스템에서 수행되는 동작과 동일한 동작을 수행하는 혼돈 능동 시스템에 의해 수행된다.
본 발명의 또 다른 특징은 수신측에서 수신 및 복조는 상기 송신측 상에서 혼돈 능동 시스템의 신호의 포락선과 일치하는 신호를 출력하는 혼돈 능동 시스템에 의해 수행된다.
이하 도면들을 이용하여 이용하여 본 발명의 기술적 사상에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 우선 본 발명은 기초를 이루는 동적(결정) 혼돈의 특성에 대해 알아본다. 결정 혼돈의 개념은 비선형 동적 시스템에 의해 생성된 복잡한 비 주기 적 움직임을 의미한다. 이 움직임은 외부잡음의 완전한 부재에서 생성되거나, 결정 동적 시스템 자체의 특성에 의해 결정된다. 동적 혼돈은 연속 파워 스펙트럼, 지수 감소 자동상관도 함수, 시간의 긴 구간을 위한 불예측가능성 등과 같은 랜덤한 많은 특징를 갖는다.
동적 시스템의 기능은 포인트로서 시스템의 상태를 묘사하며, 대표 포인트의 이동에 따른 위상 궤도로서 상태의 시간 발생인 위상 공간의 용어를 사용하여 설명한다. 위상 공간을 갖는 결정 혼돈 시스템은 위상 궤도들을 하나의 채널로 모으는데 많은 장점이 있다.
본원 발명은 혼돈 신호를 생성하는 것이 가능한 많은 수의 동적 시스템을 제안한다. 혼돈 신호를 생성하는 가장 간단한 동적 시스템은 소위 논리 맵이라 불리우는 이산 타임 동적 시스템이다.
x(k+1)=μx(k)(1-x(k))
μ는 어떤 범위의 값을 의미하며, 수학식 1은 샘플 x(k)에 대한 비주기 무한 시퀀스를 발생한다.
가장 간단한 연속 시간 혼동 시스템은 단지 3개의 미분식으로 표현된다. 생성수단의 한부분은 정해진 발진을 생성하기 위한 적어도 하나의 구성이 제공된다. 혼돈신호를 생성하기 위한 혼돈 소스는 전통적인 전자적인 발생수단과 간단히 연계될 수 없다. 다만, 혼돈신호를 생성하기 위한 혼돈 소소는 현재 사용하고 있는 부품을 이용할 수 획득할 수 있다. 자유도 1.5 등급을 갖는 혼돈 소스의 전형적인 예 는 도 1에 도시되어 있는 시스템을 이용할 수 있다.
도 1은 터널 다이오드를 이용한 혼돈 소스 발생수단(A.S.PIKOVSKI, M.I.RABINOVICH. A simple oscillator with stochastic behavior // DAN SSSR, 1978, v. 239, # 1-2, p. 301)을 도시하고 있다. 혼돈 소스 발생수단의 수학식은 다음과 같다.
Figure 112004054813829-pat00001
Figure 112004054813829-pat00002
Figure 112004054813829-pat00003
f(z)는 터널 다이오드의 비선형 응답을 의미하며, α, β,
Figure 112004054813829-pat00004
, δ는 파라이터이다.
도 2는 혼돈 신호 발생을 위한 Chua 회로(T. Matzumoto. A chaotic attractor from Chua circuit // IEEE Trans. Circuits and Syst. 1984, v. CAS-31, # 12, p. 1055)를 도시하고 있다. 혼돈 신호 발생을 위한 Chua 회로의 수식은 아래와 같다.
Figure 112004054813829-pat00005
Figure 112004054813829-pat00006
Figure 112004054813829-pat00007
α,β,
Figure 112004054813829-pat00008
는 파라이터이다. 수학식 3의 비선형 구성 응답은 구분 선형으로 가정한다.
Figure 112004054813829-pat00009
수학식 4에서
Figure 112004054813829-pat00010
은 정규 구분 선형함수의 경사도이다.
링 구조 발진부(A.S.DMITRIEV, V.Ya.KISLOV. Stochastic oscillations in oscillator with inertial first-order time delay// Radiotekhnika i Elektronika, 1984, v. 29, # 12, p. 2389)의 수학식 5은 다음과 같다.
Figure 112004054813829-pat00011
Figure 112004054813829-pat00012
Figure 112004054813829-pat00013
T, M, α는 파라미터이며, f(z)는 비선형 구성 응답이다.
도 3은 발진부의 블록 다이어그램을 도시하고 있다. NE는 비선형 구성을 의미하며,
Figure 112004054813829-pat00014
는 1차, 2차 저대역 통과 필터를 의미한다.
혼돈 시스템의 궤도는 초기 상태에 매우 민감하다. 동시에 혼돈 소스의 발진 모드들은 시스템 파라미터의 변화에 따라 다양한 특성을 갖는다. 필수 시스템 파라 미터의 수가 증가한다면 동적 모드의 다양성을 촉진하는 결과를 초래한다. Chua 시스템이 전형적인 예이다. 혼돈 모드의 다양성은 동적 시스템의 디멘스 증가와 함께 증가한다.
동일한 시스템 내에서 다양한 스펙트럼 특성을 갖는 여러가지 발진 모드의 수가 많다는 것은 모드들이 시스템 파라미터가 작은 변화에 의해 변경된다는 것을 의미한다. 이 특성은 파워레벨에서 혼돈 시스템을 제어하기 위한 파워는 혼돈 신호 자체의 파워보다 작음을 의미한다. 다른 상태에서 동일한 특성은 전통적인 시스템의 변조율에 비해 혼돈 발진에서 높은 변조율을 제공한다. 일반적으로 시스템 파라미터의 작은 변화에 의한 혼돈 모드 제어가 가능하기 때문에 전통적인 시스템에 비해 혼돈 통신 시스템은 파워 효율성은 개선된다.
본래 혼돈 신호는 광 주파수 밴드로 확산되는 연속적인 스펙트럼을 갖는다. 전통적인 변조 방법은 반송파 주파수에 비해 상대적으로 10 내지 20%의 밴드를 이용하여 신호를 전송한다. 그러나, 본원 발명은 복잡한 기계적인 해결수단 대신 간단한 수단을 이용하여 신호를 전송하는 방안을 제안한다. 혼돈 신호는 본래 광 주파수 밴드를 갖는 신호이다. 이는 광대역 정보 신호를 가진 혼돈 반송파를 전혀 손상시키지 않고 변조하는 것이 가능하게 한다. 더욱이, 이는 광대역뿐만 아니라 광 대역 통신 시스템을 간단히 구현할 수 있게 한다.
본원 발명에서 제안하고 있는 혼돈 신호를 사용하여 통신 시스템을 구현할 수 있다. 도 4a는 본 발명에 따른 통신 시스템을 도시하고 있다. 통신 시스템의 전송측에서 정보 신호(1)는 혼돈 능동 시스템(3)에 의해 발생된 광대역 반송파에 의 해 혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스 발생부(2)에서 변조된다. 변조된 신호는 통신 채널(4)을 통해 수신측으로 전송된다. 수신측은 변조된 신호를 능동 시스템(5)에서 처리함으로서 정보 신호(6)를 획득한다. 도 4b는 도 4a의 회로의 다양한 지점에서의 신호 파형을 보이고 있다.
본원 발명에 의하면, 정보는 혼돈 RF 펄스, 또는 혼돈 광 펄스 형태의 신호로 전달된다. 혼돈 무선(RF) 펄스는 무선 영역 내, 마이크로 웨이브 주파수인 스펙트럼을 갖는 혼돈 필링(chaotic filling)을 가진 펄스이다. 반면 혼돈 광 펄스는 자외선, 가시광선, 적외선의 적어도 하나의 주파수 영역인 스펙트럼을 갖는 혼동 필링을 가진 펄스이다. 이 경우 혼돈은 혼돈 신호 발진의 주기적인 특징을 갖는 RF 또는 광 펄스를 의미한다. 펄스 시퀀스 수단에 의해 전송되는 정보는 시간 도메인에서 펄스 위치 또는 펄스간의 거리인 펄스 간격에 의해 부호화된다.
본 발명에 따른 혼돈 통신 방법은 3개의 메인 아이디어에 기초한다. 1)혼돈 소스는 미리 설정된 RF, 마이크로웨이브, 적외선, 가시광선, 적외선 내에서 혼돈 발진수단으로부터 생성된다. 2) 정보 신호는 혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스의 시퀀스에 대응되는 형성 수단에 의해 혼돈 신호를 부가된다. 3) 정보는 전송측의 혼동 시스템과 동일한 기능을 수행하는 수신측 혼동 시스템을 이용하여 추출한다.
상술한 바에 의하면, 혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스는 혼돈 신호의 조각이다. 혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스의 주파수 밴드는 혼돈 소스로부터 발생된 원래 혼돈 신호의 주파수 밴드에 의해 결정된다. 대역의 범위는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 펄스 구간에 대해 독립적이다. 혼동 무선 또는 혼돈 광 펄스는 주파수 밴드(Δ f)가 그의 길이(T)에 의해 결정되는 주기적 반송파의 조각으로 채워진 종래 무선 펄스와 본질적인 차이가 있다.
Δf=1/T
구간의 변경을 갖는 펄스 밴드폭의 유지는 전송측 출력 회로와 수신측 입력 회로의 고정된 주파수 파라미터를 갖는 변조 펄스 시퀀스를 이용하여 유동적으로 구현하는 것이 가능하다. 예를 들면 펄스 구간의 변경은 입력 필터와 저잡음 증폭기의 변경을 요구하지 않는다.
혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스의 구간 증가는 인터페이스에 대해 더 강한 송신 회로를 만든다. 이 경우 펄스 에너지는 피크 전송 파워의 변경없이 통신 범위를 제어하기 위해 증가된다.
본 발명에 따라 하나의 데이터 비트를 가진 혼돈 신호를 가진 정보를 전송하기 위해 혼돈 통신 회로는 하나의 펄스 뿐만 아니라 펄스 시퀀스를 사용한다. 이들 두 케이스에서 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스의 시퀀스는 타임 도메인상에 형성된다.
혼돈 RF 또는 혼돈 광 펄스의 구간과 반복율은 가변된다. 반복율과 평균 신호 파워의 변경 수단에 의해 데이터 전송율을 유동적으로 제어하는 것이 가능하다.
상술한 혼동 RF 또는 혼돈 광 펄스의 특성 때문에 이들 조정은 혼돈 소스의 신호에 비해 전송 신호의 스펙트럼 특성에 대해 본질적인 변경을 초래하지 않는다. 전송 신호는 더 이상 부가적인 스펙트럼 구성이 나타나지 않는다.
본 발명에 따른 혼돈 신호를 사용한 정보 전송 방법에 의하면, 정보 스트림은 펄스간의 거리, 펄스 구간, 펄스의 제곱근 크기, 이들 파라미터의 조합 등의 변경 수단에 의해 형성된다. 예를 들면, 발생된 무선 또는 광 펄스의 구간이 T=1/Δf로부터 T=∞로 가변되면, Δf는 혼돈 소스에 의해 발생된 신호의 주파수 밴드이다.
RF 또는 광 펄스 시퀀스는 고정된 펄스 반복율과 고정된 펄스 구간에 의해 형성된다. 도 6에 의하면 이 경우 전송 심벌이 1인 경우 대응되는 시퀀스의 주어진 위치상의 펄스가 존재함을 의미하며, 0인 경우는 존재하지 않음을 의미한다. 수신측에서 펄스가 식별되면, 시퀀스 안에서 그들의 파라미터와 위치가 결정된다. 그리고 유용한 정보는 신호로부터 추출된다.
도 7a에 의하면 RF 또는 광 펄스의 시퀀스는 고정된 펄스 구간을 형성하며, 펄스 ΔTi간의 혼돈 구간은 추가 능동 혼돈 시스템(10)에 의해 능동적으로 결정된다. 추가 능동 혼돈 시스템에서 결정되는 혼돈 구간은 아래 수학식 7과 같다.
Figure 112004054813829-pat00015
도 7(b)를 살펴보면, 전송 심벌이 1인 경우에 대응되는 시퀀스에 위치하고 있는 혼돈 무선 또는 광 펄스가 존재한다. 하지만, 심벌이 0인 경우 혼돈 무선 또는 광 펄스가 부재되어 있다. 수신측에서 추가 능동 시스템(10)의 복사 기능을 사용하여 혼돈 무선 또는 광 펄스의 수신을 주어진 시간 위치에서 대기하고, 주어진 위치에서 펄스의 존재 또는 부재를 판단하고, 판단 결과에 따라 유용한 정보를 추출한다.
상술한 바에 의하면, 광 대역 반송파는 능동 혼동 시스템(3)으로 대표되는 혼돈 소스에서 형성된다(도 4). 능동 혼돈 시스템(3)의 구조는 광대역 정보 반송파의 현재 특성에 의해 미리 형성된다. 이와 같이 능동 혼돈 시스템(3)의 형성 과정에서 능동 혼돈 시스템의 유일한 특성에 관계되며, 최소한으로 요구되는 스펙트럼 특성을 갖는 혼돈 신호의 생성에 필요한 파라미터들이 식별된다. 이 환경은 도 4의 블록7을 의미한다. 혼돈 능동 시스템의 식별 영역에 기초하여 확산 스펙트럼을 이용한 정보 전송을 보증하기 위해 최소한으로 요구되는 스펙트럼 특성을 갖는 혼돈 정보 반송파 형성을 위한 광대역 정보 반송파 생성에 필요한 유용한 파라미터 값들이 선택된다. 이 사실은 도 4의 블록8에 의해 수행된다.
도 4는 제어부(9)가 혼돈 능동 시스템(3)을 제어하는 것을 도시하고 있다. 이 경우, 혼돈 능동 시스템은 적어도 하나의 능동 소자로 유지하기 위한 능동 자기 발진 시스템과 부가적으로 주파수 선택 구조로 구현된다. 상술한 바와 같이 혼돈 능동 시스템의 파라미터들은 제어부에 의해 제어된다.
능동 자기 발진 시스템의 특별한 구조는 "A.S.DMITRIEV, B.E.KYARGINSKI, N.A.MAKSIMOV, A.I.PANAS, S.O.STARKOV. Prospects of creating direct chaotic communication systems in radio and super high frequency bands // Radiotekhnika, 2000, # 3, p. 9"에 기재되어 있다. 도 8a에서 능동 자기 발진 시스템을 도시하고 있다. 도 8b에 의하면, 초 고파수 대역에서 혼돈 발진을 생성하는 능동 자기 발진 시스템은 하나의 트랜지스터 상의 3포인트, 공진성분(RC)을 포함한 컬렉터-에미터 공간, 바운트 스트림 라인 공진기(bound strip line resonator)에 의해 방전되는 함수에 의해 설계된다. 마지막 특성은 캐패시터(C3)로 대표되는 소자에 의해 충전된다. 반면 회로의 모드는 가변 소자(C1, C2)와 가변 전압(Ve, Vc)에 의해 변경된다. 혼돈 능동 시스템의 등가 회로는 도 8c에서 도시되어 있다.
일반적으로 말하면, 종래 싱글 트랜지스터 포인트 회로는 주기 신호의 발생에 사용된다. 하지만, 혼돈 발진기는 낮은 주파수 밴드와 높은 주파수 밴드를 생성한다. 발진의 광대역 성질을 구성하고 있는 생성부의 혼돈 모드의 특성은 다음과 같다. 발진의 파워 스펙트럼은 기본 생성 주파수의 범위를 초과하는 매우 낮은 주파수 영역과 높은 주파수 영역로 확대된다. 주파수 밴드(△f) 내에서 혼돈 신호를 획득하기 위해 이와 같은 생성 회로는 전술한 RC를 포함한다
생성된 혼돈 신호의 파워 스펙트럼은 도 9에 도시되어 있다. 미리 설정된 파워 스펙트럼을 갖는 혼돈 발진의 생성 원리는 "Yu.L.BELSKI, A.S.DMITRIEV, A.I. PANAS, S.O.STARKOV. Synthesis of band-pass signals in self-oscillating systems // Radiotekhnika i Elektronika, 1992, v. 37, # 4 p. 660; A.S.DMITRIEV, A.I.PANAS and S.O.STARKOV. Ring oscillating systems and their application to the synthesis of chaos generating // International J.Bif and Chaos, 1996, v. 6, # 5, p. 851"에 기재되어 있다.
제어부(9)의 혼돈 능동 시스템(3)의 파라미터 변경에 의해 혼돈 능동 시스템(3)의 동작이 제어된다. 혼돈 능동 시스템을 제어하기 위한 다른 방법은 혼돈 능동 시스템의 위상 공간에서 대표되는 포인트를 제어한다. 이에 대해서는 "A.L.FRADKOV, A.Yu.POGROMSKI. Introduction to control of oscillations and chaos // World Scientific Publishing, World Scientific Non-linear Science, Series A, v. 35, 1998"에 기재되어 있다.
혼돈 능동 시스템(3)의 출력은 광대역 정보 반송파로 대표되는 미리 정해진 파워 스펙트럼을 갖는 혼돈 발진을 생성한다. 정보를 전송하기 위해 어떤 방법으로 변조를 수행한다. 전송할 정보를 갖는 광대역 정보 반송파의 변조는 광대역 반송파의 생성에 연속하여 수행하거나, 생성과정에서 수행될 수 있다. 첫 번째 경우, 혼돈 펄스 발생부(2)는 펄스간의 요구되는 구간과 간격을 갖는 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스를 이용하여 혼돈 발진 시스템(3)으로부터 전달받은 신호를 변환한다. 두 번째 경우, 발생부(2)는 혼돈 발진 시스템(3)에 내재되어 있다. 도 4a에 의하면, 전송측에서 생성된 혼돈 신호는 통신 채널(4)을 통해 전송된다.
수신측에서 유용한 정보는 제한된 구간 내에서 수신한 펄스의 적분 파워에 의해 혼돈 신호를 추출한다. 이 경우, 현 발명에 의해 구현된 통신은 혼돈 무선 또는 광 신호 시퀀스의 비간섭 수신을 수행한다. 비간섭 수신은 생성된 출력 신호가 수신측에서 혼돈 능동 시스템에 의해 발생된 신호의 포락선이 일치할 때 수신한 신호를 복조한다.
비간섭 수신이 가능한 회로는 도 10a에 도시되어 있다. 도 10a는 혼돈 무선 펄스를 수신하는 안테나(11), 수신한 혼돈 신호의 주파수 밴드를 변경하는 필터(12), 증폭부(13), 검출부(14), 혼돈 무선 펄스를 적분하는 적분기(15), 임계부(16), 혼돈 무선 펄스에 채워진 위치가 1인지 0인지 복호화부(17) 도 10b는 회로의 여러 포인트에서의 신호를 도시하고 있다.
제안한 통신 시스템은 간섭 수신을 수행하는 것 역시 가능하다. 수신측에서 수신과 복조는 송신측의 혼돈 신호를 처리하는 혼돈 능동 시스템과 동일한 기능을 갖는 혼동 능동 시스템에 의해 수행된다. 이와 같은 기능을 수행하는 수신측은 도 11에 도시되어 있다. 도 11에 의하면, 혼돈 무선 펄스를 수신하는 안테나(11), 수신한 혼돈 신호의 주파수 밴드를 변경하는 필터(12), 증폭부(13), 송신단의 혼돈 능동 시스템과 동일한 기능을 수행하는 혼돈 능동 시스템(18), 혼돈 무선 펄스를 적분하는 적분기(15), 임계부(16), 혼돈 무선 펄스에 채워진 위치가 1인지 0인지 복호화부(17)
도 12a는 도 8에 도시되어 있는 혼돈 능동 시스템에서 발생하여 무선채널로 전송하기 혼돈 무선 펄스의 파형을 도시하고 있다. 도 12b는 비간섭 수신 수단에 의해 추출한 혼돈 무선 펄스의 포락선을 도시하고 있다.
상기한 바와 같이 본원 발명에 따른 정보의 전송을 위한 혼돈 신호는 빠른 정보 전송과 인터피어런스에 영향을 받지 않는 통신 기술에 적용된다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하다는 것을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 정보를 전송하기 위한 혼돈 신호에 있어서,
    전송측에서 정보 전송을 위해 미리 설정된 주파수 밴드 내에서 광대역 정보 반송파를 생성하는 단계;
    상기 정보 반송파가 정보 신호에 의해 변조되는 단계;
    상기 변조된 정보 반송파를 전송측에서 수신측으로 통신 채널을 통해 전송하는 단계; 및
    상기 수신측에서 상기 정보 신호를 추출하기 위해 수신한 변조된 정보 반송파를 복조하는 단계;
    상기 광대역 정보 반송파의 생성은 상기 광대역 정보 반송파의 특성에 의해 미리 설정된 합성된 구조를 갖는 혼돈 능동 시스템을 이용하며,
    상기 혼돈 능동 시스템은 혼동 능동 시스템의 유일한 동작을 보증하기 위한 파라미터들을 식별하며,
    상기 식별된 파라미터에 기초하여 최소한으로 요구되는 스펙트럼 특성을 가진 혼돈 정보 반송파의 형태내에서 광대역 정보 반송파의 생성을 보증하기 위한 상기 혼돈 능동 시스템의 파라미터 값을 선택하고,
    상기 변조는 미리 설정된 구간과 펄스들간의 시간 간격을 갖는 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스의 정보 신호에 따라서 생성됨으로서 수행되며, 상기 변조된 정보 반송파는 통신채널을 통해 전송되며,
    상기 수신측에서 수신 및 복조는 상기 송신측의 혼돈 능동 시스템의 동작과 동일한 동작을 수행하는 능동 시스템에 의해 수행됨을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼돈 능동 시스템의 함수는 광대역 정보 반송파의 생성을 위한 적어도 하나의 능동 소자와 추가 주파수 선택 구조를 갖는 능동 자기 발진 시스템에 의해 방전됨을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 능동 자기 발진 시스템은 광대역 정보 반송파 생성 및/또는 상기 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스 그리고 펄스간의 간격 생성 모드를 선택하기 위한 제어부를 추가함을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스 그리고 펄스간의 간격 생성은 상기 능동 자기 발진 시스템의 추가된 피드백 회로에 의해 수행됨을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스 그리고 펄스간의 간격 생성은 상기 혼돈 능동 시스템 파라미터가 변경되도록 제어함으로 수행됨을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 혼돈 능동 시스템 동작의 제어는 상기 혼돈 능동 시스템 파라미터가 변경에 의해 제어함을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 혼돈 능동 시스템 동작의 제어는 상기 혼돈 능동 시스템의 상태의 위상 공간에서 대표적인 포인트 경로를 제어함으로서 수행함을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 경로 제어는 상기 혼돈 능동 시스템의 동작을 초기 상태로 제어함으로 수행함을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 경로 제어는 미리 설정된 시간기간동안 위상 공간 상태의 미리 설정된 영역에서 상기 혼돈 능동 시스템이 위상 공간 상태에서 대표되는 포인트 경로를 홀딩함으로서 수행함을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스의 구간 및/그리고 펄스간의 간격은 추가 혼동 능동 시스템에 의해 생성된 혼돈 카운터에 의해 형성되며, 상기 형성된 혼돈 무선 또는 혼돈 광 펄스를 이용하여 입력 정보가 전송됨을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 수신측에서 수신 및 복조는 상기 송신측 상에서 혼돈 능동 시스템의 혼돈 신호를 합성하는 동작을 수행하는 혼돈 능동 시스템에 의해 수행됨을 특징으로 하는 정보 신호 전송 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 수신측에서 수신 및 복조는 상기 송신측 상에서 혼돈 능동 시스템의 신호의 포락선과 일치하는 신호를 출력하는 혼돈 능동 시스템에 의해 수행됨을 특징으로 정보 신호 전송 방법.
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