KR101902000B1 - 소부대 운용을 위한 디지털 무전기에서 전송 속도 가변 방법 및 장치 - Google Patents

소부대 운용을 위한 디지털 무전기에서 전송 속도 가변 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은 전송 속도가 상이한 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하여 프레임을 생성하고, 프레임의 제어 프리앰블 내에 전송 속도에 관한 정보를 삽입하여 전송하고, 수신된 프레임을 해독하여 매칭하는 모뎀으로 프레임을 복조함으로써, 링크 품질에 따라 데이터의 전송 속도를 변경하고 다양한 변조 방식을 적용할 수 있는 디지털 무전기를 제공한다.

Description

소부대 운용을 위한 디지털 무전기에서 전송 속도 가변 방법 및 장치 {Method and Apparatus for Changing Transmission Rate in Digital Walkie-Talkie for Small Combat Operation}
본 발명이 속하는 기술 분야는 디지털 무전기에서 데이터 전송 속도를 변경하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
군용 소부대(소대-분대, 분대-분대) 운용 환경에서 기존의 무전기는 아날로그 방식의 음성 서비스만 가능하고 데이터 통신 서비스를 제공하지 않는다. 상용 무선 통신 장비가 주로 사용자 편리성과 확장성을 요구하는 것과 달리, 군용 무선 통신 장비는 아군 부대의 전략 수행 및 전투원의 생존에 직결되는 장비이기 때문에, 보안성과 안정성을 요구한다. 군용 무선 통신 장비는 상용 무선 통신 장비보다 제한된 통신 자원(예컨대, 대역폭, 전송 속도 등)을 사용하여 운용되고 있는 실정이다.
한국등록특허공보 제10-0994161호 (2012.03.09.)
본 발명의 실시예들은 통신 프로토콜의 물리 네트워크 계층에서 정의된 프레임의 제어 프리앰블 내에 전송 속도에 관한 정보를 삽입하여 전송하고, 수신된 프레임을 해독하여 전송 속도에 매칭하는 모뎀으로 프레임을 복조함으로써, 링크 품질에 따라 디지털 무전기의 전송 속도를 변경하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 디지털 무전기에 의한 전송 속도 가변 방법에 있어서, 데이터를 입력받는 단계, 상기 데이터의 전송 속도를 설정하는 단계, 상기 전송 속도를 기준으로 상기 데이터를 단편화하는 단계, 및 상기 전송 속도에 따라 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하고, 상기 선택된 모뎀을 이용하여 프레임을 생성하고 전송하는 단계를 포함하는 전송 속도 가변 방법을 제공한다.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 마이크 또는 키패드로부터 데이터를 입력받고, 상기 데이터의 전송 속도를 설정하는 제어부, 및 상기 전송 속도를 기준으로 상기 데이터를 단편화하고, 상기 전송 속도에 따라 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하고, 상기 선택된 모뎀을 이용하여 프레임을 생성하고 전송하는 무선 송수신부를 포함하는 디지털 무전기를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 전송 속도가 상이한 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하여 프레임을 생성하고, 통신 프로토콜의 물리 네트워크 계층에서 정의된 프레임의 제어 프리앰블 내에 전송 속도에 관한 정보를 삽입하여 전송하고, 수신된 프레임을 해독하여 매칭하는 모뎀으로 프레임을 복조함으로써, 링크 품질에 따라 데이터의 전송 속도를 변경하고 다양한 변조 방식을 적용할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디지털 무전기가 상호 무선 연결된 상태를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 무전기를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 무전기가 처리하는 통신 프로토콜 및 프레임 구조를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 무전기의 무선 송수신부를 예시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 무전기의 표시창을 예시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 디지털 무전기가 전송 속도를 변경하여 데이터를 송신하는 동작을 예시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 무전기가 데이터를 수신하는 동작을 예시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전송 속도 가변 방법을 예시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 디지털 무전기들이 상호 무선 연결된 상태를 예시한 도면이다.
디지털 무전기는 음성뿐만 아니라, 문자, 영상, 위치 정보 등 다양한 데이터를 무선 주파수를 이용하여 송수신하는 장치이다. 무전기는 PTT(Push To Talk)를 사용하는 단방향(Half Duplex) 방식으로 특정 무전기가 정보를 송신하는 동안 다른 무전기는 정보를 수신하며, 무전기 간의 전송 방향은 전환될 수 있다. 디지털 무전기는 필요에 따라 양방향(Full Duplex) 방식으로 통신할 수 있다.
디지털 무전기는 IP(Internet Protocol) 기반으로 네트워크의 주소를 정의하여 패킷을 전달하고 라우팅을 수행한다. 디지털 무전기는 개별 통신(일대일), 그룹 통신(일대다), 및 방송 통신을 수행할 수 있다. 디지털 무전기는 스스로 네트워크를 구성하고 정보를 송수신할 수 있는 대역폭을 제공한다. 디지털 무전기는 이동하면서 연결(Connectivity)이 끊기지 않도록 자동 중계(Ad-hoc)로 연결될 수 있고 통신 거리를 연장할 수 있다.
도 2는 디지털 무전기를 예시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 디지털 무전기(200)는 제어부(210), 무선 송수신부(220), 저장부(230), 스피커(240), 마이크(250), 표시창(260), 및 키패드(270), 및 안테나를 포함한다. 디지털 무전기(200)는 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, GPS 센서를 추가로 포함할 수 있다.
제어부(210)는 다양한 소프트웨어 또는 명령어 세트를 실행하여 디지털 무전기(200)를 위한 다양한 기능을 수행하고 데이터를 처리한다. 예컨대, 제어부(210)는 주파수를 변경하고, 채널을 설정하고, 음량을 제어할 수 있다. 제어부(110)는 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.
무선 송수신부(220)는 전기 신호를 무선 주파수 신호로 변환하거나 무선 주파수 신호를 전기 신호로 변환하고, 다양한 통신 프로토콜을 이용하여 다른 디지털 무전기와 통신 기능을 수행한다.
저장부(230)는 디지털 무전기(200)를 동작시키기 위한 소프트웨어, 명령어 세트, 또는 데이터 등을 저장한다. 저장부(230)는 메모리 등으로 구현될 수 있다.
스피커(240)는 전기 신호를 음성 신호로 변환하여 음성 신호를 출력한다. 디지털 무전기(200)는 진동부를 추가로 포함할 수 있고, 진동부는 디지털 무전기(200)의 내부에 반추를 규칙적 또는 불규칙적으로 회전시켜 디지털 무전기(200)를 진동시킨다.
마이크(250)는 사용자의 음성 신호를 전기 신호로 변환한다. 마이크(250)는 PTT(Push To Talk) 회로를 포함할 수 있고, PTT 회로를 통하여 음성 신호의 송수신을 제어할 수 있다. 일정 크기 이하의 음성이 입력되는 경우에 음성 신호를 증폭할 수 있고, 반대의 경우도 가능하다. 디지털 무전기(200)는 사진이나 영상을 촬영하여 정보를 입력받는 카메라를 추가로 포함할 수 있다.
표시창(260)은 시각적인 정보를 제공한다. 표시창은 화면을 통해 정보를 표시하며, 다양한 디스플레이 패널로 구현될 수 있다. 디지털 무전기(200)는 라이트를 추가로 포함할 수 있다. 라이트는 색을 변화시키거나 깜박거림으로 정보를 제공할 수 있다.
키패드(270)는 하나의 키를 눌러 입력받는 버튼, 복수의 키를 눌러 입력받는 키보드, 터치센서를 이용하여 정보를 입력받는 터치센서 등으로 구현될 수 있다. 키패드(270)는 문자, 방향, 숫자 등에 매칭되고, 두 개의 키가 조합되어 다른 기능을 수행할 수도 있다. 키패드(270)는 누름 방식뿐만 아니라 회전 방식, 슬라이드 방식 등으로 구현될 수 있다.
전원부는 디지털 무전기(200)의 각각의 구성요소에 전력을 공급한다.
디지털 무전기(200)는 라우팅 정보(경로 정보)를 교환하여 라우팅을 수행한다. 디지털 무전기(200)는 미리 설정된 라우팅 프로토콜을 이용하여, 상호 라우팅 정보를 공유할 수 있다. 라우팅 정보는 저장부(230)에 마련된 라우팅 테이블에 저장되며, 라우팅 정보에 따라 패킷 또는 프레임 단위로 데이터를 송수신한다.
도 3은 디지털 무전기가 처리하는 통신 프로토콜 및 프레임 구조를 예시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 통신 프로토콜은 물리 링크 레이어, 데이터 링크 레이어, 네트워크 레이어, 전송 레이어, 애플리케이션 레이어로 구분된다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 디지털 무전기의 이중 정보 보안 방식을 설명하기로 한다.
디지털 무전기는 애플리케이션 레이어의 암호화 레이어를 이용하여 이중으로 정보 보안을 수행한다. 이중 정보 보안을 위해, 정보 생성기, 송신측 디지털 무전기, 및 수신측 디지털 무전기가 상호 동작한다. 디지털 무전기는 인증키를 이용하여 패킷 단위로 인증하고 세션키를 이용하여 패킷 단위로 암호화한다. 디지털 무전기는 시드 획득 경로와 난수 전송 경로를 분리하여 탈취 위험을 분산시킨다. 송신측 디지털 무전기는 패킷 단위로 새로운 난수를 발생시키고 수신측 디지털 무전기로 패킷마다 난수를 전송하여 보안성을 향상시킨다. 수신측 디지털 무전기가 송신측 디지털 무전기와 동일한 시드 및 난수를 보유하지 않으면 패킷을 인증할 수 없고, 데이터를 복호화할 수 없다.
정보 생성기는 시드 생성시마다 가변되는 변동 잡음원(예컨대, 프로세서 사용율, 메모리 사용율, 또는 마우스 움직임 등)을 기반으로 엔트로피를 상승시켜 난수를 생성한다. 정보 생성기는 패킷 단위로 가변되지 않는 고정 잡음원(예컨대, 식별자 정보)을 고려하여 시드를 생성한다. 즉, 정보 생성기는 송신측 식별자 정보, 수신측 식별자 정보, 및 난수를 조합하고, 송신측 식별자 정보, 수신측 식별자 정보, 및 난수의 조합에 해시 함수를 적용하여 시드를 생성한다.
정보 생성기는 시드를 배열하여 시드 테이블을 구축한다. 시드 테이블은 개별 통신, 그룹 통신, 방송 통신에 따라 다르게 구축될 수 있고, 개별 통신을 위한 시드는 송신측 식별자 정보 및 수신측 식별자 정보를 고려하여 생성되고, 그룹 및 방송 통신을 위한 시드는 그룹 식별 정보를 고려하여 생성될 수 있다. 정보 생성기는 시드 테이블을 암호화한다.
디지털 무전기는 정보 생성기가 생성한 시드를 수신하고, 정보 생성기로부터 수신한 시드를 기반으로 데이터 패킷의 유효성을 확인하기 위한 인증키를 생성한다. 디지털 무전기는 정보 생성기로부터 암호화된 시드 테이블을 수신하고 시드 테이블을 복호화한 후 시드를 획득할 수 있다. 디지털 무전기는 변동 잡음원(예컨대, 음성 데이터의 일부)과 고정 잡음원(예컨대, 사용자 패스워드)를 이용하여 난수를 생성한다. 송신측 디지털 무전기는 시드, 생성한 난수, 및 송신측 식별정보에 해시 함수를 적용하여 인증키를 생성한다.
디지털 무전기는 시드 테이블에서 송신측 식별자 및 수신측 식별자 정보를 고려하여 시드를 선택하고, 시드, 생성한 난수, 송신측 식별정보, 및 수신측 식별정보에 해시 함수를 적용하여 세션키를 생성한다. 디지털 무전기는 세션키를 이용하여 패킷마다 데이터를 암호화한다. 즉, 패킷마다 독립적인 세션키를 사용한다. 디지털 무전기는 세션키를 기반으로 데이터에 블록 암호 알고리즘을 적용하여 데이터를 암호화한다.
송신측 디지털 무전기는 수신측 디지털 무전기로 인증키(311), 난수(312), 송신측 식별자 정보(313), 및 암호화된 데이터(321)를 암호화 레이어를 통하여 전송한다. 암호화 레이어는 헤더(310)와 페이로드(320)로 구분되며, 헤더(310)는 인증키(Message Authorization Code, MAC, 311), 난수(Rand, 312), 송신측 식별정보(Id, 313)으로 정의된다.
수신측 디지털 무전기는 정보 생성기로부터 수신한 시드, 송신측 디지털 무전기로부터 수신한 난수(312), 및 송신측 식별정보에 해시 함수를 적용하여 인증키를 생성한다. 수신측 디지털 무전기는 송신측 디지털 무전기로부터 수신한 인증키(311)와 생성한 인증키를 비교하여 패킷 인증을 수행한다.
수신측 디지털 무전기는 정보 생성기로부터 수신한 시드, 송신측 디지털 무전기로부터 수신한 난수(312), 송신측 식별정보, 및 수신측 식별 정보에 해시 함수를 적용하여 세션키를 생성하고, 세션키를 이용하여 암호화된 데이터 패킷을 복호화한다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 디지털 무전기의 주파수 도약 및 동기화 방식을 설명하기로 한다.
디지털 무전기는 패킷 단위로 변동하는 주파수 도약 정보 및 동기화 정보를 이용하여 정보 보안을 수행한다. 디지털 무전기는 정보를 포함하는 페이로드 프레임 영역에 대하여 주파수를 도약시키고 채널을 변경한다. 디지털 무전기는 난수 발생기를 통하여 미리 설정된 주파수 테이블에서 도약 주파수에 관한 메타 정보(예컨대, 인덱스 정보 등)를 랜덤하게 추출하고, 미리 설정된 동기 시퀀스 테이블에서 동기 시퀀스에 관한 메타 정보(예컨대, 인덱스 정보 등)를 랜덤하게 추출한다. 주파수 테이블에는 난수와 주파수 목록이 배열되고, 동기 시퀀스 테이블에는 난수와 동기 시퀀스 목록이 배열된다.
송신측 디지털 무전기는 수신측 디지털 무전기로 공통 주파수 채널을 통하여 정보 공유를 위한 공통 프레임(350)을 전송하며, 공통 프레임(350)은 (i) 제1 자동 이득 제어 프리앰블(351), (ii) 제1 동기화 프리앰블(352), 및 (iii) 제어 프리앰블(353)을 포함한다. 송신측 디지털 무전기는 수신측 디지털 무전기로 도약 주파수 채널을 통하여 실제 음성 또는 데이터를 전송하는 도약 프레임(360)을 전송하며, 도약 프레임(360)은 (i) 뮤타임 프레임(361), (ii) 제2 자동 이득 제어 프리앰블(362), (iii) 제2 동기화 프리앰블(363), 및 (iv) 페이로드 프레임(364)을 포함한다.
자동 이득 제어 프리앰블(351, 362)은 이득 제어 시퀀스를 포함한다. 주파수 도약 통신 환경에서 도약 구간별 주파수의 변화에 따른 채널의 이득값이 변하기 때문에, 수신측 신호의 레벨을 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 이득 제어 시퀀스는 주파수 도약 통신 시스템에서 신호 레벨을 일정하게 유지시키는 AGC(Automatic Gain Control) 알고리즘을 이용하여 생성된다. 제1 자동 이득 제어 프리앰블(351)에는 공통 프레임(350)의 수신측 이득 레벨을 조절하기 위한 제1 이득 제어 시퀀스가 삽입되고, 제2 자동 이득 제어 프리앰블(362), 362)은 도약 프레임(360)의 수신측 이득 레벨을 조절하기 위한 제2 이득 제어 시퀀스가 삽입된다.
동기화 프리앰블(352, 363)은 프레임의 시작 부분을 검출하여 복조할 수 있도록 하는 프리앰블이며, 동기 시퀀스를 포함한다. 동기 시퀀스로는 자기 상관(Auto Correlation) 특성이 뛰어난 유사 잡음 코드(PN Code, Pseudo Random Noise Sequence)를 사용할 수 있다. 제1 자동 이득 제어 프리앰블(351)에는 고정된 제1 동기 시퀀스가 삽입되고, 제2 자동 이득 제어 프리앰블(362)에는 패킷 단위로 가변되는 제2 동기 시퀀스가 삽입된다.
제어 프리앰블(353)은 (i) 도약 프레임의 도약 주파수에 관한 메타 정보와 (ii) 제2 동기화 프리앰블에 관한 메타 정보를 포함한다.
수신측 디지털 무전기는 공통 주파수 채널에서 대기하다가 공통 프레임을 수신하면 공통 프레임을 복조하고, 제어 프리앰블(353) 내의 (i) 도약 프레임의 도약 주파수에 관한 메타 정보와 (ii) 제2 동기화 프리앰블에 관한 메타 정보를 이용하여 주파수 도약을 수행한다. 저장된 주파수 테이블을 참조하여 주파수를 검출하고, 저장된 동기 시퀀스 테이블을 참조하여 제2 동기화 프리앰블을 검출한다.
뮤타임 프레임(361)은 도약 주파수로 변경하기 위한 시간을 나타내며, 수신측 디지털 무전기는 일정 시간 내에 주파수를 변경하여야 한다.
페이로드 프레임(364)은 음성 및/또는 데이터를 포함하며, 음성 및/또는 데이터를 구분하기 위한 파일롯 프레임을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 디지털 무전기의 전송 속도 가변 방식을 설명하기로 한다.
디지털 무전기는 제어 프리앰블에 전송 속도에 관한 정보를 삽입하여 전송하고, 설정된 전송 속도에 대응하는 모뎀을 통해 데이터를 전송한다. 데이터는 페이로드 프레임을 통하여 전송되며, 음성, 문자, 이미지, 비디오, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제어부는 마이크 또는 키패드로부터 데이터를 입력받고, 데이터의 전송 속도를 설정한다. 전송 속도는 사용자에 의한 수동 방식과 무전기가 분석하여 도출하는 자동 방식으로 설정될 수 있다. 제어부는 사용자가 키패드를 이용하여 표시창에 표시된 복수의 전송 속도 중에서 하나를 선택하면, 선택된 전송 속도를 데이터의 전송 속도로 설정할 수 있다. 제어부는 라우팅 수렴시간 동안 라우팅 테이블을 참조하여 라우팅 경로 상에 1홉에 해당하는 무전기들(1홉 노드)의 신호를 수신하고, 1홉에 해당하는 무전기들의 수신 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 통계화하고 기준 신호대잡음비와 비교하여 복수의 전송 속도 중에서 하나를 선택하여 데이터의 전송 속도로 설정할 수 있다.
무선 송수신부는 무선 송신부와 무선 수신부로 분리되어 구현될 수 있으며, 무선 송신부는 설정된 전송 속도를 기준으로 데이터를 단편화하고, 전송 속도에 따라 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택한다. 무선 송신부는 선택된 모뎀을 이용하여 프레임을 생성하고 전송한다. 프레임 내의 제어 프리앰블은 전송 속도에 관한 플래그를 포함한다.
도 3을 참조하면, 무전기가 고정 주파수를 이용할 경우에 프리앰블 프레임과 페이로드 프레임이 결합된 프레임을 전송한다. 프리앰블 프레임은 (i) 자동 이득 제어 프리앰블(331), (ii) 동기화 프리앰블(332), (iii) 제어 프리앰블(333)을 포함하며, 제어 프리앰블(333)은 전송 속도에 관한 플래그를 포함한다. 예컨대, 전송 속도에 관한 플래그는 설정된 모뎀의 모드에 매칭하는 이진 코드로 표현될 수 있다. 한편, 무전기가 도약 주파수를 이용할 경우에 공통 프레임(350)의 제어 프리앰블(353)에 전송 속도에 관한 플래그를 포함시켜 전송한다.
도 4를 참조하면, 무선 송수신부(400)는 모뎀 선택부(410)와 복수의 모뎀을 포함한다. 복수의 모뎀은 제1 전송 속도로 구현된 제1 모뎀(420), 제2 전송 속도로 구현된 제2 모뎀(430), 제3 전송 속도로 구현된 제3 모뎀(440)으로 구현될 수 있다. 모뎀의 개수는 예시일 뿐이며 이에 한정되는 것은 아니고 구현되는 설계에 따라 적합한 개수와 연결 방식으로 구현될 수 있다. 복수의 모뎀은 전송 속도에 따라 변조 방식, 부호율 등을 다르게 구현할 수 있다. 무선 송수신부(400)는 안테나에 연결되며, 스위치, 전력 증폭기(PA)와 저잡음 증폭기(LNA), 업 컨버터, 다운 커버터 등을 포함할 수 있다. 무선 송수신부(400)는 무선 송신부와 무선 수신부로 구분되어 구현될 수 있다. 무선 송신부는 변조방식 선택부, 제1 변조부, 제2 변조부, 및 제3 변조부를 포함할 수 있고, 무선 수신부는 복조방식 선택부, 제1 복조부, 제2 복조부, 제3 복조부를 포함할 수 있다. 변복조가 통합된 모뎀을 예시적으로 설명한다.
모뎀 선택부(410)는 선택된 모뎀의 동작을 활성화시킨다. 송신시 모뎀 선택부(410)는 전송 속도를 기준으로 제1 모뎀(420), 제2 모뎀(430), 제3 모뎀(440) 중에서 하나의 모뎀을 선택한다. 수신시 모뎀 선택부는 제어 프리앰블에 존재하는 전송 속도에 관한 플래그를 기초로 제1 모뎀(420), 제2 모뎀(430), 제3 모뎀(440) 중에서 하나의 모뎀을 선택하여 프레임을 복조한다. 송신 무전기는 최대 전송 속도에 따라 최대 전송 단위를 다르게 설정할 수 있고, 수신 무전기는 전송 속도에 맞는 페이로드 프레임을 수신한 제어 프리앰블 내의 전송 속도에 관한 플래그를 해독하고 페이로드 프레임을 복조한다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 디지털 무전기가 수동으로 전송 속도를 가변하는 동작을 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 디지털 무전기는 표시창을 통해 사용자 인터페이스를 제공한다. 표시창의 화면에는 메뉴(510)가 표시되고, 사용자가 키패드를 통해 메뉴를 선택할 수 있다. 다양한 메뉴에서 전송 속도를 설정하는 메뉴를 선택하면 전송 속도 설정 화면(520)이 팝업한다. 사용자는 전송 속도 설정 화면(520)에서 전송 속도를 선택할 수 있다.
도 6을 참조하면, 단계 S610에서 디지털 무전기는 데이터가 입력되었는지 판단한다. 단계 S620에서 사용자에 의해 선택된 전송 속도를 입력받는다.
단계 S631 ~ S633에서 디지털 무전기는 전송 속도가 기 정의된 전송 속도인지 판단한다. 예컨대, 디지털 무전기는 16 kbps, 32 kbps, 64 kbps 중에서 어떤 것인지 판단한다.
단계 S641 ~ S643에서 디지털 무전기는 선택된 전송 속도에 매칭된 플래그를 설정한다. 예컨대, 16 kbps는 0, 32 kbps는 1, 64 kbps는 2로 설정할 수 있다.
단계 S651 ~ S653에서 디지털 무전기는 선택된 전송 속도를 기준으로 데이터를 단편화(Fragment)한다. 단편화는 데이터그램의 크기가 물리적인 네트워크 계층이 전송할 수 있는 프레임의 최대 크기보다 클 때 수행되며, 상위 계층에서 전달받은 데이터그램을 최대 전송 단위와 비교하여 결정한다. 데이터는 통신 프로토콜 계층의 암호화 레이어를 통하여 암호화된 데이터일 수 있다. 암호화 레이어는 (i) 정보 생성기로부터 수신한 시드, 패킷 단위로 생성한 난수, 송신측 식별정보를 기반으로 생성된 인증키, (ii) 난수, (iii) 송신측 식별정보, 및 (iv) 세션키를 기반으로 암호화된 데이터를 포함한다.
단계 S661 ~ S663에서 디지털 무전기는 선택된 전송 속도로 동작하는 모뎀을 이용하여 프레임을 송신한다. 송신 동작이 종료될 때까지 단계 S610 내지 S663을 반복 수행한다(S670).
이하에서는 도 7을 참조하여, 디지털 무전기가 자동으로 전송 속도를 가변하는 동작을 설명하기로 한다. 도 6을 참조하여 설명한 전송 속도 가변 동작과 달리, 단계 S720에서 디지털 무전기는 1홉 노드의 수신 SNR을 이동 평균(Moving Average) 등을 적용하여 통계화한다. 수신 SNR은 수신 신호 세기 - 미수신시 잡음 레벨로 정의된다. 초기 라우팅 수렴시간 동안 라우팅 테이블에서 1홉 노드를 기준으로 SNR을 산출한다.
단계 S731 ~ S732에서 디지털 무전기는 실제 통신 환경에서 요구되는 SNR을 기준으로 전송 속도를 구분한다. 예컨대, 초기값과 기본운용모드로 전송 속도를 16 kbps로 설정한다. 평균 SNR이 18 dB 이상이면, 전송 속도를 64 kbps로 설정한다. 즉, 제1 기준 SNR 이상이면, 제3 전송 속도로 설정한다. 평균 SNR이 12 dB 이상이면, 전송 속도를 32 kbps로 설정한다. 즉, 제2 기준 SNR 이상이고 제1 기준 SNR 미만이면, 제2 전송 속도로 설정한다. 그 외의 경우는 16 kbps로 설정한다. 즉, 제2 기준 SNR 미만이면, 제1 전송 속도로 설정한다. 낮은 전송속도에서 높은 전송속도로 변경하는 경우에는 평균 SNR 값이 혼재 운용 가능한 레벨에서 변경할 수 있도록 할 수 있다. 수동으로 전송 속도를 가변하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 8에서는 디지털 무전기가 데이터를 수신하는 동작이 도시되어 있다. 단계 S810에서 디지털 무전기는 프레임이 수신되었는지 판단한다. 단계 S820에서 고정 주파수를 통한 프리앰블 프레임의 제어 프리앰블 또는 공통 주파수를 통한 공통 프레임의 제어 프리앰블을 해독한다.
단계 S831 ~ S833에서 디지털 무전기는 제어 프리앰블 내의 전송 속도에 관한 플래그를 확인한다. 단계 S841 ~ S843에서 디지털 무전기는 전송 속도에 관한 플래그를 기준으로 모뎀을 선택하고, 프레임을 복조한다.
단계 S851 ~ S853에서 디지털 무전기는 선택된 전송 속도를 기준으로 데이터를 재조합(Defragment)하여 원본 데이터로 복원한다. 원본 데이터는 통신 프로토콜 계층의 암호화 레이어를 통하여 암호화된 데이터일 수 있다.
단계 S860에서 디지털 무전기는 데이터를 복원한 후 수신 여부를 알린다. 수신 동작이 종료될 때까지 단계 S810 내지 S860을 반복 수행한다(S870).
디지털 무전기에 포함된 구성요소들이 도 2 및 도 4에서는 분리되어 도시되어 있으나, 복수의 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
디지털 무전기는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.
디지털 무전기는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전송 속도 가변 방법을 예시한 흐름도이다. 전송 속도 가변 방법은 디지털 무전기에 의하여 수행될 수 있다.
단계 S910에서 디지털 무전기는 데이터를 입력받는다. 단계 S920에서 디지털 무전기는 데이터의 전송 속도를 설정한다. 단계 S930에서 디지털 무전기는 전송 속도를 기준으로 데이터를 단편화한다. 단계 S940에서 디지털 무전기는 전송 속도에 따라 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하고, 선택된 모뎀을 이용하여 프레임을 생성하고 전송한다. 디지털 무전기가 수행하는 동작에 관한 상세한 설명과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 9에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
200: 디지털 무전기 400: 무선 송수신부
410: 모뎀 선택부 420: 제1 모뎀
430: 제2 모뎀 440: 제3 모뎀

Claims (17)

  1. 상이한 값을 갖는 복수의 전송 속도에서 동작하도록 구현된 복수의 모뎀, 표시창, 및 모뎀 선택부를 포함하는 디지털 무전기에 의한 전송 속도 가변 방법에 있어서,
    데이터를 입력받는 단계;
    상기 복수의 전송 속도 중에서 상기 데이터의 전송 속도를 설정하는 단계;
    상기 설정된 전송 속도를 기준으로 상기 데이터를 단편화하는 단계;
    상기 설정된 전송 속도에 따라 상기 복수의 모뎀 중에서 대응하는 하나의 모뎀을 선택하고, 상기 선택된 모뎀을 이용하여 프레임을 생성하고 전송하는 단계; 및
    상기 프레임을 수신하는 단계를 포함하며,
    상기 데이터는 음성, 문자, 이미지, 비디오, 또는 이들의 조합을 포함하며,
    상기 디지털 무전기의 상기 표시창은 (i) 상기 데이터의 전송 속도를 수동으로 설정하는 수동 모드 및 (ii) 상기 데이터의 전송 속도를 자동으로 설정하는 자동 모드를 표시하고,
    상기 수동 모드에서 사용자가 상기 디지털 무전기의 키패드를 이용하여 상기 디지털 무전기의 상기 표시창에 표시된 복수의 전송 속도 중에서 하나를 선택하면, 선택된 전송 속도를 상기 데이터의 전송 속도로 설정하며,
    상기 자동 모드에서 라우팅 수렴시간 동안 라우팅 테이블을 참조하여 라우팅 경로 상에 1홉에 해당하는 무전기들의 신호를 수신하고, 상기 1홉에 해당하는 무전기들의 수신 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 통계화하고 기준 신호대잡음비와 비교하여 복수의 전송 속도 중에서 하나를 선택하여 상기 데이터의 전송 속도로 설정하며,
    상기 자동 모드에서 (i) 상기 통계화한 SNR이 제1 기준 SNR 이상이면 상기 데이터의 전송 속도를 제3 전송 속도로 설정하고, (ii) 상기 통계화한 SNR이 상기 제1 기준 SNR 미만이고 제2 기준 SNR(상기 제2 기준 SNR은 상기 제1 기준 SNR보다 작게 설정됨) 이상이면, 상기 데이터의 전송 속도를 제2 전송 속도로 설정하고, (iii) 상기 통계화한 SNR이 상기 제2 기준 SNR 미만이면, 상기 데이터의 전송 속도를 제1 전송 속도로 설정하며,
    상기 프레임을 수신하는 단계에서, 상기 디지털 무전기의 상기 모뎀 선택부는 제어 프리앰블에 존재하는 상기 전송 속도에 관한 플래그를 기초로 상기 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하여 상기 프레임을 복조하며,
    상기 프레임은 공통 프레임과 도약 프레임이 결합되며, 상기 공통 프레임은 (i) 제1 자동 이득 제어 프리앰블, (ii) 제1 동기화 프리앰블, 및 (iii) 상기 제어 프리앰블을 포함하고, 상기 도약 프레임은 (i) 뮤타임 프레임, (ii) 제2 자동 이득 제어 프리앰블, (iii) 제2 동기화 프리앰블, 및 (iv) 페이로드 프레임을 포함하며,
    상기 제어 프리앰블은 (i) 주파수 테이블 상에서 매칭하는 상기 도약 프레임의 도약 주파수에 관한 메타 정보, (ii) 동기 시퀀스 테이블 상에서 매칭하는 상기 제2 동기화 프리앰블의 동기 시퀀스에 관한 메타 정보, 및 (iii) 상기 설정된 전송 속도에 관한 플래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 속도 가변 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 데이터를 단편화하는 단계는 애플리케이션 레이어의 암호화 레이어를 통하여 암호화된 데이터를 단편화하고,
    상기 프레임을 생성하고 전송하는 단계는 상기 페이로드 프레임에 상기 단편화한 암호화된 데이터를 삽입시키며,
    상기 암호화 레이어는 (i) 정보 생성기로부터 수신한 시드, 패킷 단위로 생성한 난수, 송신측 식별정보를 기반으로 생성된 인증키, (ii) 상기 난수, (iii) 상기 송신측 식별정보, 및 (iv) 수신측 식별정보를 기반으로 생성된 세션키를 기반으로 암호화된 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 속도 가변 방법.
  9. 상이한 값을 갖는 복수의 전송 속도에서 동작하도록 구현된 복수의 모뎀;
    마이크 또는 키패드로부터 데이터를 입력받고, 상기 복수의 전송 속도 중에서 상기 데이터의 전송 속도를 설정하는 제어부;
    상기 설정된 전송 속도를 기준으로 상기 데이터를 단편화하고, 상기 설정된 전송 속도에 따라 복수의 모뎀 중에서 대응하는 하나의 모뎀을 선택하고, 상기 선택된 모뎀을 이용하여 프레임을 생성하고 전송하는 무선 송수신부; 및
    (i) 상기 데이터의 전송 속도를 수동으로 설정하는 수동 모드 및 (ii) 상기 데이터의 전송 속도를 자동으로 설정하는 자동 모드를 표시하는 표시창을 포함하며,
    상기 데이터는 음성, 문자, 이미지, 비디오, 또는 이들의 조합을 포함하며,
    상기 수동 모드에서 사용자가 디지털 무전기의 키패드를 이용하여 상기 디지털 무전기의 상기 표시창에 표시된 복수의 전송 속도 중에서 하나를 선택하면, 선택된 전송 속도를 상기 데이터의 전송 속도로 설정하며,
    상기 자동 모드에서 라우팅 수렴시간 동안 라우팅 테이블을 참조하여 라우팅 경로 상에 1홉에 해당하는 무전기들의 신호를 수신하고, 상기 1홉에 해당하는 무전기들의 수신 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 통계화하고 기준 신호대잡음비와 비교하여 복수의 전송 속도 중에서 하나를 선택하여 상기 데이터의 전송 속도로 설정하며,
    상기 자동 모드에서 (i) 상기 통계화한 SNR이 제1 기준 SNR 이상이면 상기 데이터의 전송 속도를 제3 전송 속도로 설정하고, (ii) 상기 통계화한 SNR이 상기 제1 기준 SNR 미만이고 제2 기준 SNR(상기 제2 기준 SNR은 상기 제1 기준 SNR보다 작음) 이상이면, 상기 데이터의 전송 속도를 제2 전송 속도로 설정하고, (iii) 상기 통계화한 SNR이 상기 제2 기준 SNR 미만이면, 상기 데이터의 전송 속도를 제1 전송 속도로 설정하며,
    상기 무선 송수신부는 모뎀 선택부를 포함하며, 상기 모뎀 선택부는 제어 프리앰블에 존재하는 상기 전송 속도에 관한 플래그를 기초로 상기 복수의 모뎀 중에서 하나의 모뎀을 선택하여 상기 프레임을 복조하며,
    상기 프레임은 공통 프레임과 도약 프레임이 결합되며, 상기 공통 프레임은 (i) 제1 자동 이득 제어 프리앰블, (ii) 제1 동기화 프리앰블, 및 (iii) 상기 제어 프리앰블을 포함하고, 상기 도약 프레임은 (i) 뮤타임 프레임, (ii) 제2 자동 이득 제어 프리앰블, (iii) 제2 동기화 프리앰블, 및 (iv) 페이로드 프레임을 포함하며,
    상기 제어 프리앰블은 (i) 주파수 테이블 상에서 매칭하는 상기 도약 프레임의 도약 주파수에 관한 메타 정보, (ii) 동기 시퀀스 테이블 상에서 매칭하는 상기 제2 동기화 프리앰블의 동기 시퀀스에 관한 메타 정보, 및 (iii) 상기 설정된 전송 속도에 관한 플래그를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 무전기.
  10. 삭제
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  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제9항에 있어서,
    상기 무선 송수신부는,
    애플리케이션 레이어의 암호화 레이어를 통하여 암호화된 데이터를 단편화하고, 상기 페이로드 프레임에 상기 단편화한 암호화된 데이터를 삽입시키며,
    상기 암호화 레이어는 (i) 정보 생성기로부터 수신한 시드, 패킷 단위로 생성한 난수, 송신측 식별정보를 기반으로 생성된 인증키, (ii) 상기 난수, (iii) 상기 송신측 식별정보, 및 (iv) 수신측 식별정보를 기반으로 생성된 세션키를 기반으로 암호화된 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 무전기.
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