KR101007385B1 - 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법 - Google Patents

주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 주파수 도약 패턴에 따라 주파수 도약 신호를 자동으로 변조하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법에 있어서, 주파수 도약 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 패턴이 고속 도약인지 저속 도약인지 판별하는 과정과, 저속 도약이면, 상기 주파수 도약 신호를 주파수, 위상, 및 진폭에 따라 각각 분산 및 표준 편차를 이용하여 통계적으로 분석하는 과정과, 분석된 결과에 따라 변조 방식을 다르게 추정하여 변조하는 과정과, 상기 추정된 변조 방식에 따라 변조 방식을 판정하는 과정을 포함한다.

Description

주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTO MODULATION OF FREQUENCY HOPPING SIGNAL}
본 발명은 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 주파수 도약 패턴에 따라 주파수 도약 신호를 자동으로 변조하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무선 통신은 넓은 범위의 주파수 영역에서 다양한 변조 형식을 이용하여 데이터 송수신을 제공한다. 민간이나 군용에서는 이러한 다양한 변조 형식에 의해서 변조된 통신 신호를 모니터링 하거나 식별하는 분야가 발전되어 왔는데 반해, 민간에서는 통신 활동의 제어나 허가되지 않은 전송기기 등을 감시할 필요성에 의해 진행되었고, 군용에서는 전자전과 같은 감지 및 탐지 공격, 즉 전파 방해의 목적을 위해 진행되어 왔다.
변조 인식이 이러한 많은 응용 분야에서 중요한 이유는 변조 신호에 맞지 않은 부적절한 복조기로 신호를 복조 하게 되면, 복조된 메세지를 암호화된 형태로부터 해독하는 암호화 해독 과정에 상당한 손상을 줄 수 있기 때문이다. 또한, 정확한 변조 형식을 인지하는 것은 적으로부터 위협을 감지하고, 적절한 방해 전파를 결정할 수 있게 한다.
다른 한편, 군 통신신호의 경우에는 전파방해 및 감청을 최소화하기 위해서 주파수 도약기술을 적용하여 통신을 한다. 주파수 도약 신호의 경우 고정된 하나의 주파수를 사용하는 것이 아니라 시간에 따라 주파수를 변경해서 사용하는 방식이다.
이와 같이, 주파수 도약은 전송 신호를 한 중심 주파수에서 다른 중심 주파수로 도약시켜 주파수 스펙트럼을 확산하는 것을 말한다. 즉, 송신측과 수신측에서 주파수 위치를 변화시켜 통신하는 방식으로서, 송신되는 데이터는 주파수를 편이 변조시켜 도약 패턴으로 주파수를 도약, 외관상 주파수 대역폭을 넓혀 송신되고, 반대로, 수신되는 신호는 복조 과정을 거쳐 데이터를 검출한다. 만일, 전송 과정에 어떤 간섭파가 존재하면, 간섭파에 반사된 송신파는 폐기되어 재송신되고 반사되지 않으면 영향을 받지 않는다.
그리고, 주파수 도약에서 사용되는 변조 인식에는 두 가지 기술이 존재한다. 첫 번째는 의사 결정 이론에 기반을 둔 기법으로서, 변조 형식을 결정할 때 수량적 결과를 반영하는 기법이다. 그리고, 두 번째는 통계적 패턴 인식을 적용하는 것으로서, 변조 인식 시스템이 두 개의 하위 시스템으로 구성되어 있다. 이는 수집된 신호로부터 미리 정의된 특성 값을 추출하고, 이로부터 패턴 형태의 차원을 줄이는 시스템과 패턴을 인식하는 시스템으로 나뉘어 있다. 이러한 두 가지 기술을 혼합된 형태의 변조 인식 기술이라 한다.
그런데, 종래의 이러한 변조 인식 기술은 고정 주파수를 이용하는 통신 신호에 대해 변조 인식 기술이 적용되어 왔다. 하지만 군 통신시스템의 경우에는 대전자전 기능인 주파수 도약 기술을 적용하여 신호의 주파수를 시간에 따라 변화를 하기 때문에, 기존의 변조 인식 기술의 경우들을 적용할 경우 정확한 분석 및 효과적인 분석을 할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 문제점을 해결하기 위하여 주파수 도약 패턴에 따라 주파수 도약 신호를 자동으로 변조하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법을 제공한다.
상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치에 있어서, 주파수 도약 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 패턴이 고속 도약인지 저속 도약인지 판별하는 판별부와, 저속 도약이면, 상기 주파수 도약 신호를 주파수, 위상, 및 진폭에 따라 각각 분산 및 표준 편차를 이용하여 통계적으로 분석하는 분석부와, 분석된 결과에 따라 변조 방식을 다르게 추정하여 변조하는 추정부와, 상기 추정된 변조 방식에 따라 변조 방식을 판정하는 제어부를 포함한다.
또한, 상술한 바를 달성하기 위한 본 발명은 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법에 있어서, 주파수 도약 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 패턴이 고속 도약인지 저속 도약인지 판별하는 과정과, 저속 도약이면, 상기 주파수 도약 신호를 주파수, 위상, 및 진폭에 따라 각각 분산 및 표준 편차를 이용하여 통계적으로 분석하는 과정과, 분석된 결과에 따라 변조 방식을 다르게 추정하여 변조하는 과정과, 상기 추정된 변조 방식에 따라 변조 방식을 판정하는 과정을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 주파수 도약 패턴을 분석하고, 분석된 결과에 따라 변조 방식을 다르게 하여 변조함으로써 정확한 분석 및 효과적인 분석을 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치 및 방법은 종래 주파수 도약 시 정확한 분석과 효과적인 분석을 할 수 없는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 도약 신호의 도약 패턴을 분석하여 고속, 저속 도약 신호 여부를 판별하고, 주파수, 위상, 진폭 통계를 분석하고, 통계적 특성을 판정할 수 있는 판정 기준을 정하고, 2차 통계적 특성 중 변조 방식을 구분할 수 있는 의사결정 구조 또는 신호의 변조 유사도를 계산하는 최우선도 기반의 판정 기준에 적용하는 것에 관한 것으로서 후술한다.
또한, 이러한 본 발명은 전자전과 같은 감지 및 탐지 공격, 즉 전파 방해를 목적으로 하는 군사 분야에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치를 나타낸 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치는 데이터 송수신 시 도약 신호의 패턴을 분석하여 분석된 도약 신호의 패턴이 고속인지 저속인지 판별하는 판별부(110)와, 판별 결과, 저속 도약이면, 주파수, 위상, 및 진폭을 통계적으로 분석하는 분석부(120)와, 통계적 특성을 판정할 수 있는 판정 기준을 정하고 2차 통계적 특성 중 변조 방식을 구분할 수 있는 의사 결정 또는 신호의 변조 유사도를 계산하는 최우선도 기반의 변조 방식을 추정하는 추정부(140)와, 추정된 변조 방식에 따라 데이터를 송수신하는 송수신부(150)를 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 데이터를 송수신하기 위해 주파수 도약 신호를 자동으로 변조하는 장치에 관한 것으로서, 판별부(110)는 도약 신호의 도약 패턴을 분석한다. 도약 패턴이라 함은 도약율, 도약 주기, 및 도약 대역폭을 포함한다. 도약 패턴이 분석되면, 판별부(110)는 도약 신호의 패턴이 고속인지 저속인지 판별한다. 고속이라 함은 1000hps(hopping per second) 이상을 의미하고, 저속이라 함은 1000hps 미만을 의미한다. 고속 도약을 하는 도약 신호는 주파수 동기 및 주파수 도약을 위한 묵음시간(mute time)이 길어지고 빈번한 도약으로 이해 채널 추정이 어렵기 때문에, 1000hps 이상의 도약율을 갖는 블라인드 신호는 FSK(Frequency Shift Keying) 계열의 변조 방식을 사용한다. 그리고, 1000hps 미만일 경우에는 PSK(Phase Shift Keying), ASK(Amplitude Shift Keying), 및 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 계열의 변조 방식을 사용한다.
상기 판별부(110)를 통해 도약 패턴이 분석되고, 분석된 패턴이 고속 도약인지 저속 도약인지 판별되면, 분석부(120)는 고속 도약인 경우, 주파수 통계를 분석하고, 저속 도약인 경우, 주파수 통계, 위상 통계, 및 진폭 통계를 분석하며, 이와 같이, 각각 분석할 수 있는 모듈은 상기 판별부(110)에 구비되어 있으며, 주파수 통계 분석은 주파수 분석 모듈(122)에서 수행될 수 있고, 위상 통계 분석은 위상 분석 모듈(122)에서 수행될 수 있고, 진폭 통계 분석은 위상 분석 모듈(122)에서 수행될 수 있다. 또는 각각의 분석은 판별부(110)에서 수행될 수 있다. 상술한 통계적 분석은 이동 분산 또는 표준 편차를 구하는 이동형 통계 분석 기술을 적용하여 통계적으로 분석하기 때문에, 송수신되는 신호의 샘플이 증가하여도 일정 변조 방식을 추정하는 정확도가 우수하다.
보다 상세하게, 도약 신호의 주파수 영역에서의 통계적 특성은 주파수 분석 모듈(122)에서 수행되며, FSK 계열의 변조방식을 사용하여 분석한다. 즉, FSK계열의 변조방식을 사용하는 신호의 통계적 특성을 보면 유효 신호대역폭이 상대적으로 여러 톤으로 보이게 된다. 그리고, 주파수 영역에서의 히스토그램을 분석해 보면 유효 주파수 대역의 중심 부분이 상대적으로 낮은 신호 값을 가지게 된다. 이러한 결과를 통해 주파수 주파수 영역에서의 통계적 특징은 좌우 대칭형태의 신호분포를 나타낸다.
그리고, 도약 신호의 위상 영역에서의 통계적 특성은 위상 분석 모듈(124)에서 수행되며, PSK 계열의 변조방식을 사용하여 분석한다. 즉, PSK 계열의 변조 방식을 사용하는 신호의 통계적 특성을 보면, 도약 신호의 경우 위상 불연속 특성을 갖는 변조방식과 위상 연속 특성을 갖는 변조방식을 구분하게 된다. 그리고, 위상천이 통계분석을 수행하면 위상 불연속에 의한 주파수 영역의 고주파 성분이 보이게 되며 이러한 결과로 인해 중심 주파수 영역 근처에서 조금 천이된 부분에 신호가 존재하는 것과 같은 특징을 나타낸다.
또한, 도약 신호의 진폭 영역에서의 통계적 특성은 진폭 분석 모듈(126)에서 수행되고, 진폭영역의 통계분석과정을 수행하게 되면 ASK계열의 변조방식을 사용하는 신호를 추정하는 정보를 획득할 수 있다. 그리고, 진폭영역의 통계적 분석은 신호의 진폭 또는 수신 입력 신호의 전력값의 히스토그램을 분석하는 것으로 진폭의 영역에서 신호의 분포형태가 FSK의 주파수 영역 분석 결과와 유사한 형태를 갖게 된다.
상술한 바와 같이, 도약 신호의 주파수 영역에서의 통계 분석, 위상천이에서의 통계 분석, 진폭 영역에서의 통계적 특성을 통해서 추정부(140)는 통계적 특성을 판정할 수 있는 판정 기준을 정하여 변조 방식을 추정한다. 즉, 2차 통계적 특성 중 변조 방식을 구분할 수 있는 의사 결정 구조 또는 신호의 변조 유사도를 계산하는 최우선도(Maximum Likelihood, ML) 기반의 판정 기준에 적용하여 최종적으로 주파수 도약 신호의 변조 방식을 추정한다. 상기 추정부(140)에 의해 변조 방식이 추정되면, 상기 제어부(130)는 추정된 변조 방식을 판정하고, 판정된 변조 방식에 따라 송수신되는 데이터를 주파수 도약한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
데이터를 송신하고자 할 경우, 송신하고자 하는 데이터의 도약 신호의 패턴을 분석한다(S201). 도약 신호의 패턴을 분석하는데 이용되는 파라미터는 도약 대역폭, 도약율, 도약 주기가 있으며, 이들 중 어느 하나를 이용하여 패턴을 분석한다. 도패턴이 분석되면, 분석된 도약 신호가 고속 도약인지 저속 도약인지 판별한다(S203). 도약 신호가 고속인지 저속인지 판별하는 기준은 임계값을 기준으로 판별한다. 즉, 도약 속도가 1000hps(hopping per second) 이상이면 고속 도약이고, 도약 속도가 1000hps(hopping per second) 미만이면 저속 도약이다. 상기 과정(S203)에서 분석된 신호가 고속 도약이면, 주파수 통계를 분석한다(S205). 통계적 분석은 이동 분산 또는 표준 편차를 구하는 이동형 통계 분석 기술을 적용하여 통계적으로 분석한다. 상술한 기술로 통계적 분석을 하기 때문에, 송수신되는 신호의 샘플이 증가하여도 일정 변조 방식을 추정할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 통계적 분석은 분산 또는 표준 편자를 구함으로서 통계적으로 분석할 수 있으며, FSK 변조 방식을 사용하여 변조한다. 그런데, 만일 상기 과정(S203)에서 분석된 신호가 저속 도약이면, 주파수 통계, 위상 통계 및 진폭 통계를 분석한다(S207). 즉, 분석된 신호가 저속 도약이면, 주파수, 위상 또는 진폭의 통계적 분석에 따라서 변조 방식을 달리한다. 예를 들어, 주파수 통계 분석은 주파수 영역에서 이동 분산 또는 표준 편차를 구하는 이동형 통계 분석 기술을 적용하여 통계적으로 분석한다. 또한, 위상 통계 분석은 위상 천이 영역에서 이동 분산 또는 표준 편차를 구하는 이동형 통계 분석 기술을 적용하여 통계적으로 분석한다. 또한, 진폭 통계 분석은 진폭 또는 수신 입력 신호의 전력값의 히스토그램을 분석하는 것으로서, 이동 분산 또는 표준 편차를 구하는 이동형 통계 분석 기술을 적용하여 통계적으로 분석한다.
상기 과정(S205, S207)에서 통계가 분석되면, 분석된 결과를 통해 변조 방식을 추정한다(S209). 즉, 주파수를 통계적으로 분석하여 FSK의 변조 기법으로 추정하여 변조하고, 위상을 통계적으로 분석하여 PSK의 변조 기법으로 추정하여 변조하고, 진폭을 통계적으로 분석하여 ASK의 변조 기법으로 추정하여 변조한다. 이렇게 변조 방식이 추정되면, 이후 변조 방식을 판정한다(S211). 판정하는데 있어서, 먼저 통계적 분석을 통해 통계적 특성을 판정할 수 있는 판정 기준을 정하고, 2차 통계적 특성 중 변조 방식을 구분할 수 있는 의사 결정 구조 또는 신호의 변조 유사도를 계산하는 최우선도 기반의 판정 기준을 적용한다.

Claims (9)

  1. 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치에 있어서,
    주파수 도약 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 패턴이 고속 도약인지 저속 도약인지 판별하는 판별부와,
    저속 도약이면, 상기 주파수 도약 신호를 주파수, 위상, 및 진폭에 따라 각각 분산 및 표준 편차를 이용하여 통계적으로 분석하는 분석부와,
    분석된 결과에 따라 변조 방식을 다르게 추정하여 변조하는 추정부와,
    상기 추정된 변조 방식에 따라 변조 방식을 판정하는 제어부를 포함하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 판별부는
    상기 주파수 도약 신호의 도약율, 도약 주기 및 도약 대역폭 중 어느 하나를 이용하여 패턴을 분석함을 특징으로 하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 분석부는
    상기 주파수 도약 신호를 주파수에 따라 통계적으로 분석하는 주파수 분석 모듈과,
    상기 주파수 도약 신호를 위상 천이에 따라 통계적으로 분석하는 위상 분석 모듈과,
    상기 주파수 도약 신호를 진폭에 따라 통계적으로 분석하는 진폭 분석 모듈을 포함하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 추정부는
    상기 주파수 도약 신호가 주파수에 따라 분석되면, 분석된 결과를 FSK(Frequency Shift Keying)를 이용하여 변조하고, 상기 주파수 도약 신호가 위상 천이에 따라 분석되면, 분석된 결과를 PSK(Phase Shift Keying)를 이용하여 변조하고, 상기 주파수 도약 신호가 진폭에 따라 분석되면, 분석된 결과를 ASK(Amplitude Shift Keying)를 이용하여 변조함을 특징으로 하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 판별부는
    상기 분석된 패턴이 1000hps(hopping per second) 이상이면 고속 도약으로 판별하고, 상기 분석된 패턴이 1000hps(hopping per second) 미만이면 저속 도약으로 판별함을 특징으로 하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 장치.
  6. 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법에 있어서,
    주파수 도약 신호의 패턴을 분석하고, 상기 분석된 패턴이 고속 도약인지 저속 도약인지 판별하는 과정과,
    저속 도약이면, 상기 주파수 도약 신호를 주파수, 위상, 및 진폭에 따라 각각 분산 및 표준 편차를 이용하여 통계적으로 분석하는 과정과,
    분석된 결과에 따라 변조 방식을 다르게 추정하여 변조하는 과정과,
    상기 추정된 변조 방식에 따라 변조 방식을 판정하는 과정을 포함하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 판별 과정은
    상기 주파수 도약 신호의 도약율, 도약 주기 및 도약 대역폭 중 어느 하나를 이용하여 패턴을 분석함을 특징으로 하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 변조 과정은
    상기 주파수 도약 신호가 주파수에 따라 분석되면, 분석된 결과를 FSK(Frequency Shift Keying)를 이용하여 변조하고, 상기 주파수 도약 신호가 위상 천이에 따라 분석되면, 분석된 결과를 PSK(Phase Shift Keying)를 이용하여 변조하고, 상기 주파수 도약 신호가 진폭에 따라 분석되면, 분석된 결과를 ASK(Amplitude Shift Keying)를 이용하여 변조함을 특징으로 하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    고속 도약이면, 상기 주파수 도약 신호를 주파수에 따라 각각 분산 및 표준 편차를 이용하여 통계적으로 분석하는 과정을 포함하는 주파수 도약 신호의 자동 변조 방법.
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