KR20040033745A

KR20040033745A - 주파수도약수열 발생장치

Info

Publication number: KR20040033745A
Application number: KR1020020062976A
Authority: KR
Inventors: 박성복; 이광억; 최영균
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-04-28
Also published as: US7356068B2; KR100525799B1; US20040081226A1

Abstract

본 발명은 주파수도약수열 발생장치에 관한 것으로서, 특히 다중그룹 주파수도약 주파수분할 다중접속(Multi-group Frequency Hopping Frequency Division Multiple Access: 다중그룹 FH-FDMA) 통신시스템에 적용되는 단일의 이진수열발생기를 이용한 주파수도약수열 발생장치에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 다중그룹 FH-FDMA에 적용되는 주파수도약수열 발생장치에 있어서, 연속적인 이진수열을 발생시키는 하나의 이진수열발생기와, 상기 이진수열을 그룹ID를 이용하여 각 그룹마다 독립적인 비이진수열로 매핑시키는 복수의 비이진수열변환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

주파수도약수열 발생장치{FREQUENCY HOPPING SEQUENCE GENERATOR}

본 발명은 주파수도약수열 발생장치에 관한 것으로서, 특히 다중그룹 주파수도약 주파수분할 다중접속(Multi-group Frequency Hopping Frequency Division Multiple Access: 다중그룹 FH-FDMA) 통신시스템에 적용되는 단일의 이진수열발생기를 이용한 주파수도약수열 발생장치에 관한 것이다.

다중그룹 FH-FDMA은 재밍(jamming), 도청, 주파수 선택 패이딩, 위치탐지 등 위협환경에서 우수한 성능을 발휘하는 주파수도약 대역확산(Frequency-Hopping Spread Spectrum: FHSS) 통신방식이다.

이러한 다중그룹 FH-FDMA 통신방식에서 요구되는 주파수도약수열 발생장치의 특성으로는 key 관리의 용이성, 그룹 각각에 할당되는 주파수도약수열의 자기 상관특성, 그룹간의 직교성(칩의 무충돌) 또는 독립성 등이 있다.

일반적으로 FHSS 시스템에 사용되는 주파수도약수열 발생장치는 하드웨어 복잡도를 고려하여 이진수열발생기의 이진출력들을 비이진 수열들로 매핑시키는 비이진수열변환기를 이용한다.

도 1은 종래의 이진수열발생기(100)와 비이진수열변환기(200)로 이루어진 주파수도약수열 발생장치를 나타내고 있다.

도 1을 참조하면, 주파수도약수열은 일반적인 이진수열발생기(100)의 연속적인 이진출력을 비이진수열로 매핑시키는 비이진수열변환기(200)에 의해 발생된다.

스팬-n(span-n) 특성을 가지는 주기적인 이진수열은 연속적인 n 터플(tuple)을 관찰하였을 때, 한 주기동안 서로 다른 터플을 발생시키므로, 이러한 특성을 만족하며 주기가 2n에 가까운 이진수열을 k(k<n) 터플씩 연속적으로 읽으면 발생되는 2k개 터플의 발생빈도가 비슷해진다. 위와 같은 방법으로, 이진수열발생기(100)의연속적인 k 터플 심볼들을 발생빈도가 고른 2k개의 심볼수를 가지는 주파수도약수열로 간단히 변환할 수 있다.

도 2는 도 1의 비이진수열변환기(200)의 내부구성도로서, 주파수도약수열의 개수가 2의 멱수일 때 상기와 같은 방법으로 이진수열을 비이진수열로 매핑하는 구성을 나타내고 있다.

도 2를 참조하면, 시프트레지스터(210)의 각각의 출력과 대응하는 옵셋데이터 저장기(220)의 출력을 Exclusive-OR 연산부(230)에서 Exclusive-OR 하여 비이진수열(Y₁, Y₂, …, Y_v)을 발생시킨다. 옵셋데이터 저장기(220)에 저장된 값에 따라 발생되는 서로 다른 수열들의 집합은 부호분할다중접속(CDMA)을 위한 수열집합으로 사용될 수 있다.

그러나, 종래의 주파수도약수열 발생장치를 다중그룹 FH-FDMA 통신방식에 적용할 경우, 도 1에 도시한 이진수열발생기(100) 및 비이진수열변환기(200)로 구성된 주파수도약수열 발생장치가 그룹수 만큼 필요하기 때문에 통신시스템의 하드웨어가 복잡하게 되고, 키(key)도 그룹수 만큼 많이 관리해야 하므로 키관리의 용이성이 떨어지며, 또한 각 주파수도약수열 발생장치간의 동기 및 직교성(칩 무충돌성) 또는 독립성의 문제를 해결해야 하는 등의 여러 문제점들이 발생하게 된다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전체 도약대역을 그룹수만큼 분할하는 대역분할 개념을 바탕으로 단일의 이진수열발생기를 사용하는 주파수도약수열 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 주파수도약수열 발생장치를 나타내는 예시도.

도 2는 종래 비이진수열 변환기의 구성도.

도 3은 다중그룹 FH-FDMA에 사용된 본 발명에 의한 주파수도약수열 발생장치를 나타내는 예시도.

도 4는 본 발명에 의한 비이진수열 변환기의 구성도.

도 5는 분할대역선택기의 내부구성도.

도 6은 상세도약용 이진수열 선택기의 내부구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 이진수열발생기 300 : 비이진수열변환기

310 : 시프트레지스터블록 320 : 그룹ID 데이터저장기

330 : 분할대역선택기 340 : 상세도약용 이진수열선택기

350 : 옵셋데이터저장기 360 : Exclusive-OR 연산부

이를 위하여 본 발명은 다중그룹 FH-FDMA에 적용되는 주파수도약수열 발생장치에 있어서, 연속적인 이진수열을 발생시키는 하나의 이진수열발생기와, 이진수열을 그룹ID를 이용하여 각 그룹마다 독립적인 비이진수열로 매핑시키는 복수의 비이진수열변환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비이진수열변환기는 이진수열을 수신하는 시프트레지스터블록과, 그룹ID를 이진데이터로 변환하는 그룹ID 데이터 저장기와, 도약대역을 그룹수만큼 분할하여 각 분할대역에 하나의 그룹이 할당되도록 하는 분할대역 선택기와, 각 분할대역 내에 상세도약수열 생성을 위한 값을 출력하는 상세도약용 이진수열 선택기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 주파수도약수열 발생장치를 이용하여 다중그룹 FH-FDMA 통신시스템에 적용한 것을 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 다중그룹 FH-FDMA 통신시스템에서 그룹수(N)만큼 도 1의 주파수도약수열 발생장치를 사용하지 않고 단일의 이진수열발생기(100)와 그룹수만큼의 비이진수열변환기(300)를 사용하고 있다.

도 4는 본 발명에 의한 비이진수열변환기(300)의 구성도를 나타낸다.

비이진수열변환기(300)는 시프트레지스터블록(310), 그룹ID 데이터저장기(320), 분할대역선택기(330), 상세도약용 이진수열선택기(340), 옵셋데이터저장기(350) 및 Exclusive-OR 연산부(360)를 포함하고 있다.

도 4에서, 원하는 주파수도약수열의 개수(q)가 2^t(t는 정수)이고, 그룹수(N)가 2^b(b는 정수, ID={0, 1, …, N-1})일 때, 이진수열발생기(100)로부터의 연속적인 이진수열을 저장하는 시프트레지스터블록(310)은 임의의 b개의 출력(X₁∼X_b)과 m(t-b+N-1)개의 출력(X_i+1∼X_i+m)을 선택한다. 한편, 그룹ID 데이터저장기(320)는 그룹ID(G)로부터 A₁∼A_b을 출력한다.

그룹ID(G)는 다음의 수학식(1)에 의해 결정된다.

시프트레지스터블록(310)의 출력(X₁∼X_b)과 그룹ID 데이터저장기(320)의 출력(A₁∼A_b)이 분할대역선택기(330)에 입력된다.

도 5는 분할대역선택기(330)의 내부구성도를 나타낸다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 분할대역선택기(330)는 시프트레지스터블록(41)의 출력(X₁∼X_b)과 그룹ID 데이터저장기(320)의 출력(A₁∼A_b)를 Exclusive-OR 연산부(331)에서 Exclusive-OR 하여 분할대역 선택값(B₁∼B_b)을 출력한다.

분할대역선택기(330)에서 출력된 B₁∼B_b는 Exclusive-OR 연산부(360)에서 옵셋데이터저장기(350)(CDMA를 위한 수열집합구성을 위해 이용됨)에 저장된값(M₁∼M_b)과 Exclusive-OR 되어 최종 분할대역을 나타내는 값(Y₁∼Y_b)이 출력된다.

상기와 같이, 각 그룹에 할당된 주파수도약수열의 발생을 위해 이진수열발생기(100)의 출력일부와 그룹ID를 분할대역선택기(330)에서 Exclusive-OR 하는데, 그 Exclusive-OR 연산의 결과가 A₁∼A_b에서 분할대역 선택을 위한 출력(B₁∼B_b)으로의 1대1 사상의 전단사(bijection)이므로 그룹간의 직교성 즉 무충돌성이 보장될 수 있다.

예를 들어, 그룹이 4개 즉 G=0, 1, 2, 3일 때 수학식(1)에 의하면 그룹ID "0"(A₂A₁)=00, 그룹ID "1"(A₂A₁)=01, 그룹ID "1"(A₂A₁)=10, 그룹ID "2"(A₂A₁)=11이고, 임의의 이진수열발생기(100)의 출력값(X₂X₁)을 01이라고 가정하면, 각 그룹에 따른 분할대역선택기(330)의 출력값(B₁B₂)은 각각 01, 00, 11, 10가 되어 각 그룹ID에 따라 같은 값이 나타나지 않는다(즉, 충돌이 일어나지 않는다).

또한, 시프트레지스터블록(310)의 출력(X_i+1∼X_i+m)과 그룹ID 데이터저장기(320)의 출력(A₁∼A_b)은 상세도약용 이진수열선택기(340)에 입력된다.

도 6은 상세도약용 이진수열선택기(340)의 내부구성도를 나타낸다.

도 6에서, 이진수열선택기(340)는 디코더(341), 복수의 AND 게이트(342) 및 OR 게이트(343)를 포함하고 있다.

디코더(341)는 그룹ID 데이터저장기(320)의 출력(A₁∼A_b)을 입력받아 D₁∼D_N를 출력한다. 디코더(341)의 출력(D₁∼D_N)과 시프트레지스터블록(310)의출력(X_i+1∼X_i+m)을 도 6에서 도시된 바와 같이 AND 게이트(342) 및 OR 게이트(343)를 통해 논리연산하여 시프트레지스터블록(310)의 m개의 출력(X_i+1∼X_i+m) 중 t-b개의 출력(B_b+1∼B_t)을 선택하게 된다.

예를 들어, 주파수도약수열의 수(q)가 16 즉 t=4, 그룹수(N)=4이고 편의상 i=4로 가정하면, m=t-b+N-1=4-2+4-1=5이므로 시프트레지스터블록(310)의 5개의 출력(X₅∼X₉)을 이용하여 분할된 대역 내에서 각 그룹ID에 따라 상세도약을 위해 B₃, B₄가 선택된다. 즉, 6개의 출력값(X₅∼X₉) 중에서 선택스위치 역할을 하는 AND 게이트(342) 및 OR 게이트(343)의 논리연산에 의해 선택되는 값은 다음과 같다.

G=0 일 때, A₂A₁=00이고 디코더(341)의 출력은 D₁D₂D₃D₄=1000이므로, 선택되는 값(B₃,B₄)=X₅,X₆이고, 마찬가지로

G=1 일 때, A₂A₁=01 D₁D₂D₃D₄=0100 (B₃,B₄)=X₆,X₇

G=2 일 때, A₂A₁=10 D₁D₂D₃D₄=0010 (B₃,B₄)=X₇,X₈

G=3 일 때, A₂A₁=11 D₁D₂D₃D₄=0001 (B₃,B₄)=X₈,X₉가 되어 각 그룹ID 마다 상세도약수열 생성을 위해 선택되는 값이 고유함을 알 수 있다.

상세도약용 이진수열 선택기(340)에서 출력된 B_b+1∼B_t는 Exclusive-OR 연산부(360)에서 옵셋데이터저장기(350)에 저장된 값(M_b+1∼M_t)과 Exclusive-OR 되어 최종 분할대역 내의 상세도약수열(Y_b+1∼Y_t)로서 출력된다.

주파수도약수열(f)에서 상위 b개(Y₁∼Y_b)는 N개로 분할된 대역을 나타내고, 하위 t-b개(Y_b+1∼Y_t)는 분할된 대역 내의 상세도약 수열을 나타내며, 주파수도약수열(f)은 다음의 수학식(2)에 의해 결정된다.

상기와 같이 본 발명은 단일의 이진수열발생기를 사용하기 때문에 하드웨어의 크기가 줄어들고, 하나의 키와 그룹ID 정보만을 관리하기 때문에 키관리가 용이해지는 효과가 있다.

또한, 그룹간 시간동기을 해결하고 도약시 그룹간 충돌을 방지하기 위해 알고리즘을 따로 구현하지 않고 그룹간의 직교성을 보장할 수 있는 효과가 있다.

더욱이 상세도약을 위해 선택되는 값이 고유하여 그룹간 상대 도약거리가 임의성을 갖기 때문에 군통신에서 중요한 대전자전의 저피탐 성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims

다중그룹 FH-FDMA에 적용되는 주파수도약수열 발생장치에 있어서,

연속적인 이진수열을 발생시키는 하나의 이진수열발생기와,

상기 이진수열을 그룹ID를 이용하여 각 그룹마다 독립적인 비이진수열로 매핑시키는 복수의 비이진수열변환기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주파수도약수열 발생장치.
제 1항에 있어서, 상기 비이진수열변환기는,

상기 이진수열을 수신하는 시프트레지스터블록과,

상기 그룹ID를 이진데이터로 변환하는 그룹ID 데이터 저장기와,

도약대역을 그룹수만큼 분할하여 각 분할대역에 하나의 그룹이 할당되도록 하는 분할대역 선택기와,

상기 각 분할대역 내에 상세도약수열 생성을 위한 값을 출력하는 상세도약용 이진수열 선택기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수도약수열 발생장치.
제 2항에 있어서, 상기 분할대역선택기는, 상기 시프트레지스터블록에서 출력되는 이진수열의 일부와 상기 그룹ID 데이터 저장기에서 출력되는 상기 그룹ID의 이진데이터를 Exclusive-OR 하여 상기 도약대역을 분할하는 Exclusive-OR 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수도약수열 발생장치.
제 2항에 있어서, 상기 상세도약용 이진수열 선택기는, 상기 그룹ID의 이진데이터를 디코딩하는 디코더와, 상기 디코더의 출력 및 상기 시프트레지스터블록에서 출력되는 이진수열의 일부에 대하여 소정의 논리연산을 수행하는 연산수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수도약수열 발생장치.