KR20180124501A - Apparatus and method for estimating hopping frequency - Google Patents

Apparatus and method for estimating hopping frequency Download PDF

Info

Publication number
KR20180124501A
KR20180124501A KR1020170059138A KR20170059138A KR20180124501A KR 20180124501 A KR20180124501 A KR 20180124501A KR 1020170059138 A KR1020170059138 A KR 1020170059138A KR 20170059138 A KR20170059138 A KR 20170059138A KR 20180124501 A KR20180124501 A KR 20180124501A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
input signal
signal
spectral density
power spectral
carrier frequency
Prior art date
Application number
KR1020170059138A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101943734B1 (en
Inventor
김석찬
박동찬
진희태
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020170059138A priority Critical patent/KR101943734B1/en
Publication of KR20180124501A publication Critical patent/KR20180124501A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101943734B1 publication Critical patent/KR101943734B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/713Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H04B1/7156Arrangements for sequence synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69Spread spectrum techniques
    • H04B1/713Spread spectrum techniques using frequency hopping
    • H04B1/7156Arrangements for sequence synchronisation
    • H04B2001/71566Tracking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

The present invention relates to an apparatus for estimating hopping frequency of a signal communicating in an expansion spectrum manner and a method thereof. The apparatus with good performance comprises: a signal analyzing unit applying short-time Fourier transform (STFT) to an input signal and calculating spectrogram on the input signal based on the input signal applied with STFT; and a carrier frequency estimating unit estimating carrier frequency on the input signal using the spectrogram.

Description

도약 주파수 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING HOPPING FREQUENCY}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING HOPPING FREQUENCY [0002]

본 발명은 도약 주파수 추정 장치 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게 확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 추정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for estimating a hopping frequency, and more particularly, to an apparatus and method for estimating a hopping frequency of a signal communicated in a spread spectrum manner.

확산 스펙트럼 방식은 잡음, 간섭신호, 교란신호에 강한 장점 때문에 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그 중 주파수 도약 확산 신호 방식은 의사 랜덤성 부호 계열에 따라 도약 주파수로 반송파 주파수를 편이시켜 여러 주파수 대역을 무작위로 도약하며 전송한다. 상용 주파수 도약 확산 신호 방식 역시 여러 신호와의 간섭을 피하기 위해 많은 주파수 대역을 반송파 주파수로 활용하고 빠르게 천이한다. The spread spectrum method is used in various fields due to its strong advantages in noise, interference, and disturbance signals. Among them, the frequency hopping spread signal scheme shifts the carrier frequency to the hopping frequency according to the pseudorandom code sequence, and randomly hopes and transmits various frequency bands. In order to avoid interference with various signals, the commercial frequency-hop spread signal system utilizes a large number of frequency bands as a carrier frequency and quickly transitions.

특히, 주파수 도약 확산 신호 방식은 군용통신에 적합한 신호인데 이는 무작위로 도약하는 패턴을 알지 못할 때 적군의 의도적인 교란신호에 아주 큰 저항성을 갖게 되고 또한 도청 또한 불가능하기 때문이다. 따라서 적군의 송신 신호를 가로채야 하는 군용 통신 시스템의 특성상 도약 주파수 추정 문제는 반드시 해결되어야 한다.Especially, the frequency hopping spreading signal is a signal suitable for military communication because it has a great resistance to the intentional disturbance signal of the enemy when it does not know the random leaping pattern, and it is also impossible to tap. Therefore, the problem of hop frequency estimation must be solved due to the characteristics of the military communication system which must intercept the enemy transmission signal.

이에 관련하여, 종래에는 Aydin, Levent 및 Andreas Polydoros에 의해 공개된 "Hop-timing estimation for FH signals using a coarsely channelized receiver(IEEE)"가 존재한다. 여기서, 이 문헌에 기재된 기술은 전체 주파수를 동일한 크기의 밴드로 나눔으로써 도약 주파수의 도약 타이밍을 추정하는 방식이다. 이러한 방식의 경우, 도약 주파수의 도약 타이밍을 추정하기 위해서는 그 계산량이 아주 크기에 실제 시스템에 구현하는 것이 어려운 문제가 있다.In this regard, there is a " Hop-timing estimation for FH signals using a coarsely channelized receiver (IEEE) ", which was previously disclosed by Aydin, Levent and Andreas Polydoros. Here, the technique described in this document is a method of estimating the jump timing of the hopping frequency by dividing the entire frequency into bands of the same size. In such a case, there is a problem that it is difficult to realize the hopping frequency hopping timing in a real system because the amount of calculation is very large.

따라서, 계산량 측면에서 종래기술 대비 개선되어, 실제 시스템에도 구현 가능한 새로운 추정 기법이 요구된다.Therefore, a new estimation technique that is improved in terms of the amount of calculation compared with the prior art and that can be implemented in an actual system is also required.

한국등록특허 제1290902호(명칭: 주파수 도약 확산 시스템의 간섭 신호 회피 장치 및 그 방법)Korean Patent No. 1290902 (Name: Interference signal avoiding apparatus and method for frequency hopping spreading system)

1. Aydin, Levent, and Andreas Polydoros. "Hop-timing estimation for FH signals using a coarsely channelized receiver.", IEEE transactions on communications 44.4 (1996): 516-526.1. Aydin, Levent, and Andreas Polydoros. "Hop-timing estimation for FH signals using a coarsely channelized receiver.", IEEE transactions on communications 44.4 (1996): 516-526. 2. Simon, Marvin K., et al. "Hop timing estimation for noncoherent frequency-hopped M-FSK intercept receivers." IEEE transactions on communications 43.2/3/4 (1995): 1144-1154.2. Simon, Marvin K., et al. "Hop timing estimation for noncoherent frequency-hopped M-FSK intercept receivers." IEEE transactions on communications 43.2 / 3/4 (1995): 1144-1154.

본 발명은 계산량 측면에서 종래기술 대비 크게 개선함으로써 실제 구현이 가능한 도약 주파수 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for estimating a hopping frequency that can be implemented realistically by greatly improving the calculation amount from the prior art.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 추정하는 장치는 입력 신호에 STFT(Short-time Fourier transform)를 적용하고, STFT를 적용한 입력 신호를 근거로 상기 입력 신호에 대한 스펙트로그램을 산출하는 신호 분석부; 및 스펙트로그램을 이용하여 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 반송파 주파수 추정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for estimating a hopping frequency of a signal communicated by a spread spectrum method, the apparatus comprising: a receiver for applying a short-time Fourier transform (STFT) to an input signal, A signal analyzer for calculating a spectrogram of an input signal; And a carrier frequency estimator for estimating a carrier frequency of the input signal using the spectrogram.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치는 입력 신호에 대한 스펙트로그램의 전력 스펙트럼 밀도를 산출하는 전력 스펙트럼 밀도 산출부; 전력 스펙트럼 밀도에 대해 문턱 판정을 수행함으로써, 입력 신호에서 비직교 성분 및 잡음 신호에 의해 발생하는 영향을 제거하는 잡음 제거부; 및 전력 스펙트럼 밀도에 대한 문턱 판정 결과를 국부 최댓값 필터의 입력으로 이용함으로써 전력 스펙트럼 밀도에서 비직교 성분에 의해 발생하는 영향을 더 제거하는 필터부를 더 포함할 수 있다.Also, the hopping frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a power spectral density calculation unit for calculating a spectral density of a spectrogram with respect to an input signal; A noise eliminator for eliminating the influence caused by the non-orthogonal component and the noise signal in the input signal by performing threshold judgment on the power spectral density; And a filter unit for further removing the influence caused by the non-orthogonal component in the power spectral density by using the threshold determination result for the power spectral density as the input of the local maximum value filter.

또한, 반송파 주파수 추정부는 비직교 성분 및 잡음 신호에 의한 영향이 제거된 전력 스펙트럼 밀도를 근거로 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정할 수 있다.The carrier frequency estimator may estimate the carrier frequency of the input signal based on the power spectral density at which the influence of the non-orthogonal component and the noise signal is removed.

또한, 반송파 주파수 추정부는 입력 신호가 주파수 변조 천이 방식을 채택한 신호인 경우, 전력 스펙트럼 밀도에 국부 평균을 적용함으로써 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정할 수 있다.The carrier frequency estimator may estimate the carrier frequency of the input signal by applying a local average to the power spectral density when the input signal is a signal employing the frequency modulation and modulation scheme.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 추정하는 방법은 신호 분석부에 의해, 입력 신호에 STFT를 적용하는 단계; 신호 분석부에 의해, STFT를 적용한 입력 신호를 근거로 상기 입력 신호에 대한 스펙트로그램을 산출하는 단계; 및 반송파 주파수 추정부에 의해, 스펙트로그램을 이용하여 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of estimating a hopping frequency of a signal communicated by a spread spectrum method, comprising: applying a STFT to an input signal by a signal analyzing unit; Calculating a spectrogram of the input signal based on the input signal to which the STFT is applied by the signal analysis unit; And estimating a carrier frequency for the input signal using the spectrogram by a carrier frequency estimating unit.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 방법은 전력 스펙트럼 밀도 산출부에 의해, 입력 신호에 대한 스펙트로그램의 전력 스펙트럼 밀도를 산출하는 단계; 잡음 제거부에 의해, 전력 스펙트럼 밀도에 대해 문턱 판정을 수행함으로써, 입력 신호에서 비직교 성분 및 잡음 신호에 의해 발생하는 영향을 제거하는 단계; 및 필터부에 의해, 전력 스펙트럼 밀도에 대한 문턱 판정 결과를 국부 최댓값 필터의 입력으로 이용함으로써 전력 스펙트럼 밀도에서 비직교 성분에 의해 발생하는 영향을 더 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.Also, a hopping frequency estimation method according to an embodiment of the present invention includes: calculating a power spectral density of a spectrogram with respect to an input signal by a power spectral density calculation unit; Removing the effects caused by the non-orthogonal component and the noise signal in the input signal by performing a threshold decision on the power spectral density by noise elimination; And further removing, by the filter unit, the influence caused by the non-orthogonal component in the power spectral density by using the threshold determination result for the power spectral density as an input of the local maximum value filter.

또한, 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계는 비직교 성분 및 잡음 신호에 의한 영향이 제거된 전력 스펙트럼 밀도를 근거로 이루어질 수 있다.In addition, the step of estimating the carrier frequency for the input signal may be based on the power spectral density at which the effects of the non-orthogonal component and the noise signal are removed.

또한, 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계는 입력 신호가 주파수 변조 천이 방식을 채택한 신호인 경우, 전력 스펙트럼 밀도에 국부 평균을 적용함으로써 이루어질 수 있다.In addition, estimating the carrier frequency for the input signal may be accomplished by applying a local average to the power spectral density, where the input signal is a signal employing a frequency modulation transition scheme.

본 발명의 도약 주파수 추정 장치 및 방법에 따르면 STFT와 여러 필터에 근거하고, 도약 주파수의 추정에 이용되는 알고리즘들의 복잡도가 높지 않아 계산량이 적은 장점이 있다. According to the apparatus and method for estimating the hopping frequency of the present invention, the complexity of the algorithms used for estimating the hopping frequency is not high based on the STFT and various filters and the calculation amount is small.

또한, 본 발명의 도약 주파수 추정 장치 및 방법에 따르면 주파수의 전력밀도를 기반으로 추정이 이루어지기 때문에 홉 주기, 그리고 시간 동기 등을 맞추지 않더라도 좋은 성능을 보이는 장점이 있다.Further, according to the apparatus and method for estimating the hopping frequency of the present invention, since the estimation is performed based on the power density of the frequency, there is an advantage that the hopping period and the time synchronization are not met.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 종래기술에 따른 도약 주파수 추정 방법을 나타내는 개념도이다.
도 3은 종래기술 대비 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치에 따른 장점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 방법에 대한 흐름도이다.
1 is a block diagram of a hopping frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a hopping frequency estimation method according to the prior art.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining an advantage of the hopping frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present invention compared to the prior art.
4 is a flowchart illustrating a hopping frequency estimation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a repeated description, a known function that may obscure the gist of the present invention, and a detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)에 대한 블록도이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)는 확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 적은 계산량으로 추정하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)는 컨버터(110), 신호 분석부(120), 전력 스펙트럼 밀도 산출부(130), 잡음 제거부(140), 필터부(150) 및 반송파 주파수 추정부(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 이제, 도 1을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)에 포함된 각 구성에 대한 설명이 이루어진다.1 is a block diagram of a hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. As described above, the hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is characterized by estimating a hopping frequency of a signal communicated by a spread spectrum method with a small calculation amount. The hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a converter 110, a signal analysis unit 120, a power spectrum density calculation unit 130, a noise removing unit 140, a filter unit 150 and a carrier frequency estimating unit 160. [ Referring now to FIG. 1, a description will be given of each configuration included in the hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

컨버터(110)는 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 한다. 일반적으로, 확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호는 아날로그 신호로 이루어지므로, 컨버터(110)는 아래에서 설명되는 추정 과정을 위해 아날로그 신호로 이루어진 입력 신호(y(t))를 디지털 신호(y[n])로 변환하는 기능을 한다. 이를 위해, 컨버터(110)는 ADC(아날로그 디지털 컨버터)로 이루어지는 것이 바람직하다.The converter 110 functions to convert an input signal into a digital signal. Generally, since the signal communicated in a spread spectrum manner is an analog signal, the converter 110 converts the input signal y (t), which is an analog signal, to a digital signal y [n] ). For this purpose, the converter 110 preferably comprises an ADC (analog-to-digital converter).

신호 분석부(120)는 입력 신호(y[n])에 STFT(Short-time Fourier transform)를 적용하고, STFT(Short-time Fourier transform)를 적용한 입력 신호(Y(t, f))를 근거로 상기 입력 신호(Y(t, f))에 대한 스펙트로그램(P(t, f))을 산출하는 기능을 한다. 여기서, t는 시간을 의미하고, f는 샘플링된 주파수를 의미한다. 또한, STFT(Short-time Fourier transform)는 입력 신호를 시간과 주파수 별로 분석하기 위한 장치이다. 예시로, STFT는 윈도잉한 입력신호를 N 탭 FFT(Fast Fourier transform)한 신호를 한 주기의 한 칩만큼 배열하는 방식이다. The signal analyzing unit 120 applies a short-time Fourier transform (STFT) to the input signal y [n] and outputs the input signal Y (t, f) (T, f) for the input signal Y (t, f). Here, t denotes time and f denotes a sampled frequency. In addition, the STFT (short-time Fourier transform) is a device for analyzing an input signal by time and frequency. For example, STFT is a method of arranging a windowed input signal by N tap Fast Fourier transform (FFT) on a single chip of one period.

여기서, 전체 신호를 받아 FFT를 하지 않고 STFT를 이용한 이유는 STFT가 다른 파라미터 추정과 주파수 해상도에서 더 적합하기 때문이다. STFT를 하게 되면 시간과 주파수로 신호를 추정할 수 있으므로 홉 주기를 알 수 있고, 한 비트의 주기 등 시간에 관련한 파라미터들에 대한 추정이 용이해진다. Here, the reason why STFT is used without receiving FFT and receiving the entire signal is that STFT is better suited for different parameter estimation and frequency resolution. In STFT, the signal can be estimated with time and frequency, so it is possible to know the hop period, and it is easy to estimate the time related parameters such as the cycle of one bit.

그리고, FFT에 비해 STFT는 주파수 해상도가 좋지 못하다. 하지만 이 점은 오히려 장점이 되는데 빠른 주파수 도약 시스템은 신호가 넓은 대역에 주파수가 뿌려져 있는 형태가 아니라 한 홉 속에서 도약 주파수에 에너지가 몰려있기 때문이다. 또한 잡음이 더해지는 경우에는 잡음에 의한 세부적인 변화를 표현하기 보단 한 칩 속에서 대세적인 주파수 성분만 뽑아내면 되기 때문에 오히려 좋은 성능을 낸다고 할 수 있다.Also, STFT has poor frequency resolution compared to FFT. However, this point is rather advantageous because a fast frequency hopping system is not a form in which a signal is spread over a wide band, but is energized at a hopping frequency in one hop. In addition, when noise is added, rather than expressing detailed changes due to noise, it is necessary to extract only a frequency component in a chip rather than a chip.

다시 말해, 신호 분석부(120)는 디지털 신호로 변환된 입력 신호를 FFT가 아닌 STFT를 통해 분석할 수 있다. 그 후, 신호 분석부(120)는 STFT의 적용 결과를 나타내는 입력 신호(y(t, f))의 크기를 제곱함으로써, 입력 신호에 대한 스펙트로그램(P(t, f))을 산출한다. In other words, the signal analyzer 120 can analyze the input signal converted into the digital signal through the STFT instead of the FFT. Thereafter, the signal analyzer 120 calculates the spectrogram P (t, f) for the input signal by squaring the magnitude of the input signal y (t, f) indicating the result of applying the STFT.

전력 스펙트럼 밀도 산출부(130)는 입력 신호에 대한 스펙트로그램의 전력 스펙트럼 밀도를 산출하는 기능을 한다. 즉, 전력 스펙트럼 밀도 산출부(130)는 스펙트로그램(P(t, f))에 대한 전력 스펙트럼 밀도(S(f))를 구한다. 예시로 앞서 구한 스펙트로그램(P(t, f))을 시간에 대해 평균을 취하는 방식이 있다. 이 과정에서 어떤 주파수 성분에 신호가 존재하는지 파악할 수 있다.The power spectral density calculation unit 130 calculates the power spectral density of the spectrogram with respect to the input signal. That is, the power spectral density calculation unit 130 obtains the power spectral density S (f) for the spectrogram P (t, f). As an example, there is a method in which the spectrogram (P (t, f)) obtained previously is averaged over time. In this process, it is possible to know which frequency component has a signal.

잡음 제거부(140)는 전력 스펙트럼 밀도(S(f))에 대해 문턱 판정을 수행함으로써, 입력 신호에서 비직교 성분 및 잡음 신호에 의해 발생하는 영향을 제거하는 기능을 한다. 여기서, 문턱 판정에 이용되는 문턱판정 함수를 T라고 했을 때 T는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The noise eliminator 140 performs a threshold determination on the power spectral density S (f) to eliminate the influence caused by the non-orthogonal component and the noise signal in the input signal. Here, when the threshold determination function used in the threshold determination is T, T can be expressed by the following equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

수학식 1에서 M은 S(f)의 최댓값, p는 0과 1사이의 실수를 나타낸다. 예시로 p가 0.1 이라면 S(f)의 최댓값의 0.1 이하인 값들은 0으로 설정되고 큰 값들은 값을 유지하는 식이다.In Equation (1), M represents the maximum value of S (f), and p represents a real number between 0 and 1. For example, if p is 0.1, values less than or equal to 0.1 of the maximum value of S (f) are set to 0, and larger values are retained.

필터부(150)는 전력 스펙트럼 밀도(S(f))에 대한 문턱 판정 결과(

Figure pat00002
)를 국부 최댓값 필터(Local maximum filter)의 입력으로 이용함으로써 전력 스펙트럼 밀도(S(f))에서 비직교 성분에 의해 발생하는 영향을 제거하는 기능을 한다. 국부최댓값필터는 중간값을 기준으로 좌우 M(M은 자연수)개의 값과 비교해 중간값이 가장 클 경우 값을 유지하고, 아닐 경우 0으로 만들어 주는 필터이다. 예시로 3탭 국부최댓값 필터는 피크 검출기이다. 이는 문턱판정에서 지워지지 않는 큰 비직교 성분을 제거하는 역할과 정확한 도약 주파수를 검출하기 위함이다.The filter unit 150 outputs a threshold determination result (S (f)) for the power spectral density S
Figure pat00002
) As an input to the local maximum filter to eliminate the influence caused by the non-orthogonal component in the power spectral density S (f). The local maximum filter is a filter that compares the value with the left and right M (M is a natural number) value based on the median value and keeps the value when the median value is largest, and makes the value zero. For example, the 3-tap local maximum filter is a peak detector. This is to detect a large non-orthogonal component that is not erased in the threshold judgment and an accurate hopping frequency.

반송파 주파수 추정부(160)는 스펙트로그램을 이용하여 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 기능을 한다. 즉, 반송파 주파수 추정부(160)는 비직교 성분 및 잡음 신호에 의한 영향이 제거된 전력 스펙트럼 밀도를 근거로 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정할 수 있다.The carrier frequency estimator 160 estimates the carrier frequency of the input signal using the spectrogram. That is, the carrier frequency estimator 160 may estimate the carrier frequency of the input signal based on the power spectral density at which the influence of the non-orthogonal component and the noise signal is removed.

입력 신호가 주파수 변조 천이 방식을 채택한 신호인 경우, 도약 주파수를 세부적으로 추정해야 할 필요성이 있다. 이 경우, 도약 주파수 중심에서 대칭적으로 변조를 하는 경우가 많으므로, 반송파 주파수 추정부(160)는 상술한 전력 스펙트럼 밀도에 국부 평균을 적용함으로써 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정할 수 있다.When the input signal is a signal employing a frequency modulation transition method, there is a need to estimate the hopping frequency in detail. In this case, the carrier frequency estimator 160 may estimate the carrier frequency for the input signal by applying a local average to the power spectral density described above, because the carrier frequency estimator 160 often symmetrically modulates the center frequency of the hopping frequency.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)는 STFT와 여러 필터에 근거하고 있다. 이용되는 알고리즘들의 복잡도가 높지 않아 계산량이 적다. 그리고 주파수의 전력밀도를 기반으로 추정하기 때문에 홉 주기 추정하지 않아도, 시간 동기를 맞추지 않아도 좋은 성능을 보인다. 위에서 언급한 바와 같이, 종래 기술의 경우 hop-timing을 추정하는 최적 알고리즘의 계산량이 아주 크기 때문에 실제 시스템에 구현하는 것이 어렵다. As described above, the hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is based on STFT and various filters. The complexity of the algorithms used is not high and the amount of computation is small. And it estimates based on the power density of the frequency, so it does not need time synchronization and does good performance without hop cycle estimation. As described above, in the conventional art, it is difficult to implement in an actual system because the calculation amount of the optimal algorithm for estimating the hop-timing is very large.

따라서 종래기술은 전체 주파수를 같은 사이즈의 밴드로 나눠서 hop-timing을 추정하는 방법을 제안하였다. 하지만, 이러한 방법에 따른 추정 알고리즘에서 전체 주파수를 같은 크기의 밴드로(도 2 참조) 나누는 방법 대신, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 장치(100)를 통한 추정 알고리즘을 이용한다면 도 3에 도시된 것처럼 전체 주파수를 나누지 않고 도약 주파수에서만 계산하면 되기 때문에 계산량 측면에서 성능을 크게 개선시킬 수 있다. 그리고 나눈 밴드를 조금 더 정확하고 좁게 나눌 수 있기 때문에 잡음도 줄일 수 있다.Therefore, the prior art has proposed a method of estimating hop-timing by dividing the entire frequency into bands of the same size. However, if an estimation algorithm using the hopping frequency estimation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is used instead of dividing all the frequencies into bands having the same size (see FIG. 2) in the estimation algorithm according to this method, The performance can be greatly improved in terms of the calculation amount since it is necessary to calculate only the hopping frequency without dividing the whole frequency as shown in Fig. And because the divided bands can be divided more precisely and narrowly, the noise can be reduced.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 방법에 대한 흐름도이다. 위에서 설명한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 방법은 확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 추정하는 것을 특징으로 한다. 이제, 도 4를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 도약 주파수 추정 방법에 대한 설명이 이루어진다. 또한, 아래에서는 위에서 언급된 부분과 중복되는 사항은 생략하여 그 설명이 이루어진다.4 is a flowchart illustrating a hopping frequency estimation method according to an embodiment of the present invention. As described above, the hopping frequency estimation method according to an embodiment of the present invention is characterized by estimating a hopping frequency of a signal communicated by a spread spectrum method. A description will now be made of a hopping frequency estimation method according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. Further, in the following description, the redundant description is omitted.

S110 단계는 컨버터에 의해, 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계이다. 앞서 설명한 것처럼, 일반적으로 입력 신호는 아날로그 신호로 이루어지므로, S110 단계는 아래에서 언급되는 추정 과정을 위해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함으로써 이루어질 수 있다.Step S110 is a step of converting the input signal into a digital signal by the converter. As described above, since the input signal is generally composed of an analog signal, step S110 may be performed by converting an analog signal into a digital signal for the estimation process described below.

S120 단계는 신호 분석부에 의해, 입력 신호에 STFT를 적용하는 단계이다. 위에서 설명한 것처럼, STFT는 입력 신호를 시간과 주파수 별로 분석하기 위한 장치를 나타내고, 시간 및 주파수로 신호를 추정할 수 있다. 이에 따라, STFT를 이용하면, 시간과 주파수로 신호를 추정할 수 있으므로 홉 주기를 알 수 있고, 한 비트의 주기 등 시간에 관련한 파라미터들에 대한 추정이 용이해진다. Step S120 is a step of applying STFT to the input signal by the signal analysis unit. As described above, STFT represents a device for analyzing an input signal by time and frequency, and can estimate a signal by time and frequency. Thus, using the STFT, the signal can be estimated with time and frequency, so that the hop period can be known and it is easy to estimate the parameters related to the time, such as the cycle of one bit.

S130 단계는 신호 분석부에 의해, STFT를 적용한 입력 신호를 근거로 입력 신호에 대한 스펙트로그램을 산출하는 단계이다. 위에서 설명한 것처럼, S130 단계는 스펙트로그램은 STFT를 적용한 신호의 크기를 제곱함으로써 도출될 수 있다.In step S130, the spectrogram of the input signal is calculated based on the input signal to which the STFT is applied by the signal analysis unit. As described above, in step S130, the spectrogram can be derived by squaring the magnitude of the signal to which the STFT is applied.

S140 단계는 전력 스펙트럼 밀도 산출부에 의해, 입력 신호에 대한 스펙트로그램의 전력 스펙트럼 밀도를 산출하는 단계이다. S140 단계는 예를 들어, 스펙토로그램을 시간에 대해 평균을 취함으로써 이루어질 수 있고, S140 단계를 통해 어떤 주파수 성분에 신호가 존재하는지 파악할 수 있다.Step S140 is a step of calculating the power spectral density of the spectrogram with respect to the input signal by the power spectral density calculating unit. Step S140 may be performed, for example, by taking an average of the spectrogram over time, and it may be determined through step S140 which frequency component the signal is present.

S150 단계는 잡음 제거부에 의해, 전력 스펙트럼 밀도에 대해 문턱 판정을 수행함으로써, 입력 신호에서 비직교 성분 및 잡음 신호에 의해 발생하는 영향을 제거하는 단계이다. 여기서, S150 단계는 수학식 1을 근거로 이루어질 수 있고, 이에 대한 설명은 위에서 상세히 언급하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.Step S150 is a step of removing the influence caused by the non-orthogonal component and the noise signal in the input signal by performing the threshold determination on the power spectral density by the noise elimination. Here, the step S150 may be performed based on Equation (1), and a description thereof will be described in detail above, and redundant description will be omitted.

S160 단계는 필터부에 의해, 전력 스펙트럼 밀도에 대한 문턱 판정 결과를 국부 최댓값 필터의 입력으로 이용함으로써 전력 스펙트럼 밀도에서 비직교 성분에 의해 발생하는 영향을 제거하는 단계이다.Step S160 is a step of removing, by the filter unit, the influence caused by the non-orthogonal component in the power spectral density by using the threshold determination result on the power spectral density as the input of the local maximum value filter.

S170 단계는 반송파 주파수 추정부에 의해, 스펙트로그램을 이용하여 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계이다. 여기서, S170 단계는 비직교 성분 및 잡음 신호에 의한 영향이 제거된 전력 스펙트럼 밀도를 근거로 이루어질 수 있다. 또한, S170 단계는 입력 신호가 주파수 변조 천이 방식을 채택한 신호인 경우, 전력 스펙트럼 밀도에 국부 평균을 적용함으로써 이루어질 수 있다.In step S170, the carrier frequency estimating unit estimates the carrier frequency of the input signal using the spectrogram. Here, step S170 may be performed based on the power spectral density at which the influence of the non-orthogonal component and the noise signal is removed. Also, the step S170 may be performed by applying a local average to the power spectral density when the input signal is a signal employing a frequency modulation transition scheme.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100 : 도약 주파수 추정 장치
110 : 컨버터 120 : 신호 분석부
130 : 전력 스펙트럼 밀도 산출부 140 : 잡음 제거부
150 : 필터부 160 : 반송파 주파수 추정부
100: Hopping frequency estimation device
110: converter 120: signal analysis unit
130: Power spectral density calculation unit 140: Noise removing unit
150: filter unit 160: carrier frequency estimator

Claims (8)

확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 추정하는 장치로서,
입력 신호에 STFT(Short-time Fourier transform)를 적용하고, STFT를 적용한 입력 신호를 근거로 상기 입력 신호에 대한 스펙트로그램을 산출하는 신호 분석부; 및
상기 스펙트로그램을 이용하여 상기 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 반송파 주파수 추정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 추정 장치.
An apparatus for estimating a hopping frequency of a signal communicated in a spread spectrum manner,
A signal analyzer for applying a short-time Fourier transform (STFT) to an input signal and calculating a spectrogram of the input signal based on the input signal to which the STFT is applied; And
And a carrier frequency estimator for estimating a carrier frequency of the input signal using the spectrogram.
제1항에 있어서,
상기 입력 신호에 대한 스펙트로그램의 전력 스펙트럼 밀도를 산출하는 전력 스펙트럼 밀도 산출부;
상기 전력 스펙트럼 밀도에 대해 문턱 판정을 수행함으로써, 상기 입력 신호에서 비직교 성분 및 잡음 신호에 의해 발생하는 영향을 제거하는 잡음 제거부; 및
상기 전력 스펙트럼 밀도에 대한 문턱 판정 결과를 국부 최댓값 필터의 입력으로 이용함으로써 상기 전력 스펙트럼 밀도에서 비직교 성분에 의해 발생하는 영향을 더 제거하는 필터부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 추정 장치.
The method according to claim 1,
A power spectral density calculation unit for calculating a power spectral density of the spectrogram with respect to the input signal;
A noise eliminator for eliminating the influence caused by the non-orthogonal component and the noise signal in the input signal by performing a threshold decision on the power spectral density; And
Further comprising a filter unit that further removes an influence caused by non-orthogonal components in the power spectral density by using a threshold determination result for the power spectral density as an input of a local maximum value filter.
제2항에 있어서,
상기 반송파 주파수 추정부는 비직교 성분 및 잡음 신호에 의한 영향이 제거된 전력 스펙트럼 밀도를 근거로 상기 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 추정 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the carrier frequency estimator estimates a carrier frequency for the input signal based on the power spectrum density in which the influence of the non-orthogonal component and the noise signal is removed.
제3항에 있어서,
상기 반송파 주파수 추정부는 상기 입력 신호가 주파수 변조 천이 방식을 채택한 신호인 경우, 상기 전력 스펙트럼 밀도에 국부 평균을 적용함으로써 상기 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 도약 주파수 추정 장치.
The method of claim 3,
Wherein the carrier frequency estimator estimates a carrier frequency for the input signal by applying a local average to the power spectral density when the input signal is a signal employing a frequency modulation shift scheme.
확산 스펙트럼 방식으로 통신되는 신호의 도약 주파수를 추정하는 방법으로서,
신호 분석부에 의해, 입력 신호에 STFT를 적용하는 단계;
상기 신호 분석부에 의해, STFT를 적용한 입력 신호를 근거로 상기 입력 신호에 대한 스펙트로그램을 산출하는 단계; 및
반송파 주파수 추정부에 의해, 상기 스펙트로그램을 이용하여 상기 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 추정 방법.
A method for estimating a hopping frequency of a signal communicated in a spread spectrum manner,
Applying a STFT to an input signal by a signal analysis unit;
Calculating a spectrogram for the input signal based on the input signal to which the STFT is applied by the signal analyzing unit; And
And estimating a carrier frequency for the input signal using the spectrogram by a carrier frequency estimator.
제5항에 있어서,
전력 스펙트럼 밀도 산출부에 의해, 상기 입력 신호에 대한 스펙트로그램의 전력 스펙트럼 밀도를 산출하는 단계;
잡음 제거부에 의해, 상기 전력 스펙트럼 밀도에 대해 문턱 판정을 수행함으로써, 상기 입력 신호에서 비직교 성분 및 잡음 신호에 의해 발생하는 영향을 제거하는 단계; 및
필터부에 의해, 상기 전력 스펙트럼 밀도에 대한 문턱 판정 결과를 국부 최댓값 필터의 입력으로 이용함으로써 상기 전력 스펙트럼 밀도에서 비직교 성분에 의해 발생하는 영향을 더 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 추정 방법.
6. The method of claim 5,
Calculating a power spectral density of the spectrogram for the input signal by a power spectral density calculation unit;
Performing a threshold determination on the power spectral density by noise cancellation to remove effects caused by non-quadrature components and noise signals in the input signal; And
Further comprising removing, by the filter unit, the influence caused by the non-orthogonal component in the power spectral density by using a threshold determination result for the power spectral density as an input to the local maximum value filter. Frequency estimation method.
제6항에 있어서,
상기 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계는 비직교 성분 및 잡음 신호에 의한 영향이 제거된 전력 스펙트럼 밀도를 근거로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도약 주파수 추정 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of estimating the carrier frequency for the input signal is based on the power spectral density at which the effects of the non-orthogonal component and the noise signal are removed.
제7항에 있어서,
상기 입력 신호에 대한 반송파 주파수를 추정하는 단계는 상기 입력 신호가 주파수 변조 천이 방식을 채택한 신호인 경우, 상기 전력 스펙트럼 밀도에 국부 평균을 적용함으로써 이루어지는 도약 주파수 추정 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein estimating the carrier frequency for the input signal is performed by applying a local average to the power spectral density when the input signal is a signal employing a frequency modulation shift scheme.
KR1020170059138A 2017-05-12 2017-05-12 Apparatus and method for estimating hopping frequency KR101943734B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170059138A KR101943734B1 (en) 2017-05-12 2017-05-12 Apparatus and method for estimating hopping frequency

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170059138A KR101943734B1 (en) 2017-05-12 2017-05-12 Apparatus and method for estimating hopping frequency

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180124501A true KR20180124501A (en) 2018-11-21
KR101943734B1 KR101943734B1 (en) 2019-01-29

Family

ID=64602758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170059138A KR101943734B1 (en) 2017-05-12 2017-05-12 Apparatus and method for estimating hopping frequency

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101943734B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200086935A (en) * 2019-01-10 2020-07-20 세종대학교산학협력단 Apparatus of recognition hand gesture using mirror padding and method thereof
CN111600630A (en) * 2020-05-12 2020-08-28 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Frequency hopping signal detection method combining FFT (fast Fourier transform) with large and small points

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101290902B1 (en) 2010-12-01 2013-07-29 서울대학교산학협력단 apparatus and method for avoidance of co-channel interference in frequency hopping spread spectrum systems

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101290902B1 (en) 2010-12-01 2013-07-29 서울대학교산학협력단 apparatus and method for avoidance of co-channel interference in frequency hopping spread spectrum systems

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Aydin, Levent, and Andreas Polydoros. "Hop-timing estimation for FH signals using a coarsely channelized receiver.", IEEE transactions on communications 44.4 (1996): 516-526.
2. Simon, Marvin K., et al. "Hop timing estimation for noncoherent frequency-hopped M-FSK intercept receivers." IEEE transactions on communications 43.2/3/4 (1995): 1144-1154.
Yongkui Ma, etal., "Blind Detection and Parameter Estimation of Single Frequency-Hopping Signal in Complex Electromagnetic Environment", 2016 6th International Conference on IMCCC, 2016.7.23. 1부.* *
박효배 외 3명,"FHSS/BFSK 시스템에서의 블라인드 도약 주파수 추정 기법", 한국통신학회 학술대회논문집, 2010.6. 1부.* *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200086935A (en) * 2019-01-10 2020-07-20 세종대학교산학협력단 Apparatus of recognition hand gesture using mirror padding and method thereof
CN111600630A (en) * 2020-05-12 2020-08-28 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Frequency hopping signal detection method combining FFT (fast Fourier transform) with large and small points
CN111600630B (en) * 2020-05-12 2021-07-06 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Frequency hopping signal detection method combining FFT (fast Fourier transform) with large and small points

Also Published As

Publication number Publication date
KR101943734B1 (en) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Barbarossa et al. Parameter estimation of spread spectrum frequency-hopping signals using time-frequency distributions
EP2274864B1 (en) Autocorrelation-based multi-band signal detection
CN112187316A (en) Signal processing method, signal processing device, receiver and storage medium
Wu et al. Blind cyclostationary carrier frequency and symbol rate estimation for underwater acoustic communication
KR101943734B1 (en) Apparatus and method for estimating hopping frequency
Metcalf et al. Impact of adjacent/overlapping communication waveform design within a radar spectrum sharing context
Li et al. Novel modulation detection scheme for underwater acoustic communication signal through short-time detailed cyclostationary features
Syrjälä et al. Coexistence of LTE and WLAN in unlicensed bands: Full-duplex spectrum sensing
Mohapatra et al. Performance evaluation of cyclostationary based spectrum sensing in cognitive radio network
KR20150116067A (en) Signal receiving device for measuring characteristics of wireless communication channel and measurement method of characteristics of wireless communication channel
KR101501483B1 (en) Method of blind demodulation using hopping phase estimator in hopped FM/BFSK Systems
Shen et al. Multiple-access interference and multipath influence mitigation for multicarrier code-division multiple-access signals
Angrisani et al. True-power measurement in digital communication systems affected by in-channel interference
Chaparro et al. Channel modeling for spread spectrum via evolutionary transform
Hosseini et al. Enhanced FCME thresholding for wavelet‐based cognitive UWB over fading channels
US8514985B2 (en) Synchronising a receiver to a signal having known structure
Niranjayan et al. General performance analysis of TR UWB systems
Arjun et al. Performance Analysis of Wavelet based Spectrum Sensing and Conventional Spectrum Sensing in Fading Environment for Cognitive Radios
Narendar et al. A tree-structured DFT filter bank based spectrum detector for estimation of radio channel edge frequencies in cognitive radios
Aung et al. Detection and countermeasure of interference in slow FH/MFSK systems over fading channels
Roy et al. Overlay communications using empirical mode decomposition
Aziz et al. Parameter estimation of frequency-hopping (fh-ss) signals using modified autocorrelation techniques
CN113472392B (en) Frequency band detection method for broadband power line carrier communication
KR101340153B1 (en) Apparatus and method for frequency offset estimation of spread spectrum
KR100515771B1 (en) A method of multipath channel simulating for wideband code division multiple access system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant