KR100394998B1 - 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속주파수 도약 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

병렬 접속된 저속의 주파수 합성기들의 출력을 스위칭 제어하여 고속의 주파수 도약할 수 있도록 하는 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 방법 및 장치를 제공한다. 상기 주파수 도약 장치는, 병렬 접속되며, 주파수 제어 신호의 입력에 대응하는 주파수를 합성하여 출력하는 다수의 저속 주파수 합성기들과, 상기 다수의 주파수 합성기들의 출력노드와 도약 주파수 출력단자의 사이에 접속되어 제어신호의 입력에 의해 스위칭되는 다수의 스위치들을 가지는 스위칭 모듈과, 상기 다수의 저속 주파수 합성기들과 상기 스위칭 모듈 사이에 접속되어 상기 저속 주파수 합성기들 각각에 주파수 제어 신호를 제공함과 동시에 상기 저속 주파수 합성기들이 주파수 도약 시간이 안정되도록 하는 주기로 상기 스위치들을 제어하는 제어기를 포함하여 가진다.

Description

병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 방법 및 장치{APPARATUS FAST FREQUENCY HOOPING USING PARALLEL FREQUENCY SYNTHESIZER WITH SWITCHING CONROL AND METHOD THEREOF}

본 발명은 고속 주파수 도약(fast frequency hooping) 방식의 데이타 전송장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 병렬 접속된 저속의 주파수 합성기들의 출력을 스위칭 제어하여 고속의 주파수 도약할 수 있도록 하는 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 고속 주파수 도약(이하 "FFH"라 칭함)은 전송 데이타에 의해서 변조된 반송파의 스펙트럼을 광범위한 일정 주파수 대역내의 한 주파수에서 다른 주파수로 랜덤하게 도약시킴으로써 의도적인 재머에 대용할 수 있는 스펙트럼 확산 방식의 일종이다. 현재의 기술은 확산 대역폭을 수 GHz에 이르게 하고 있다. 즉, 전송된 신호는 데이타로 변조된 반송파를 한 주파수에서 다른 주파수로 도약시키고 있기 때문에 주파수 도약 스펙트럼 확산(frequency hope spread spectrum)이라 부른다.

상기와 같은 주파수 도약 통신에서 필수적으로 사용되는 것이 주파수 도약을 생성하는 주파수 합성기(frequency synthesizer)이다. 도약 주파수의 개수와 사용하는 중심 주파수가 결정되면, 이에 맞게 주파수 합성기를 설계하여야 한다. 일반적으로 도약 주파수 사이의 간격은 동일하고, 도약 주파수 발생기의 주파수는 의사 잡음 부호(PN code)에 따라 결정된다. 또한, 주파수 도약 방식의 성능은 도약 주파수 제어와 도약 속도에 좌우된다. 따라서, 고속의 안정화 시간을 갖는 주파수 합성기의 개발이 요구된다. 주파수 합성기의 안정화 시간은 하기 수학식 1과 같이 분주비 N과 도약간 주파수 옵셋 Δω에 비례하고, 루프 대역(loop bandwith) K에 반비례 한다.

분주비 N은 주파수 합성기 기준 입력 주파수와 출력 주파수간의 비를 나타내며, 기준 입력 주파수는 기준 도약 간격에 관련되어 있기 때문에 낮추는데 제약이 있다. 또한, 도약간 주파수 옵셋 Δω는 도약 주파수 대역의 결정에 따라 확정되어지며, 제어신호와 디지탈 아날로그 변환기를 이용하여 강제로 도약간 주파수 옵셋 Δω를 줄이는 경우 잡음에 의한 영향이 있을 수 있다. 그리고, 루프 대역 K를 넓히게 되면, 기준 입력 신호에 인가되는 잡음에 취약하게 된다. 이와 같은 이유로 고속의 도약 능력을 갖는 주파수 합성기 제작에는 어려운 점이 있다.

또한, 주파수 도약 방식의 통신 시스템에서, 하나의 주파수 합성기를 사용할 경우 안정화 시간을 줄이는데 한계가 있기 때문에 고속 주파수 도약(FFH)이 어렵고, 이에 따라 하나의 심볼(one symbol)을 여려 반송파로 전송하는 FFH 시스템을 구축하는데 한계가 있게 된다. 이와 같은 이유로 고속의 도약 능력을 갖는 주파수 합성기에 대해서 연구 및 개발이 되고 있으며, 그 대표적인 예가 다수의 주파수 합성기를 병렬로 접속하여 출력을 스위칭하는 방법이다. 이를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 의한 병렬 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 합성기의 구조를 도시한 도면이다. 도 1의 참조부호 10은 제어기로서, 주파수 합성을 위한 주파수 제어 데이타를 출력하고, 주파수 도약을 위한 스위칭 제어 신호 SCTLi(여기서 i는 1,2,3,4 등의 정수)를 미리 설정된 시퀀스에 따라 순차적으로 출력한다. 그리고, 참조번호 20, 22 및 22n+1들은 상기 주파수 제어 데이타를 공통으로 입력하며, 상기 주파수 제어 데이타에 따라 주파수를 합성하여 출력하는 주파수 합성기들이다. 이때, 이들로부터 출력되는 주파수들은 서로 상이한 값들을 갖는다. 그리고, 상기 주파수 합성기들의 출력단자들과 도약 주파수 출력단자(OT)의 사이에 접속된 참조부호 30은 스위칭모듈로서, 상기 제어기(10)의 제어에 의해 상기 다수의 주파수 합성기 20~22n+1들로부터 출력되는 합성 주파수를 순차적으로 스위칭 출력한다. 상기 도 1에서 제어기(10)는 원칩형의 마이크로포로세서를 이용할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 고속 주파수 합성기의 주파수 도약을 설명하기 위한 타이밍도로서, 제어기(10)로부터 출력되는 스위칭 제어 신호 SCTLi에 따라 주파수 합성기들(2X)(여기서, X는 20, 22, 22n+1을 의미함)의 출력을 스위칭하여 주파수 도약된 신호의 출력 상태를 설명하기 위한 도면이다. 여기서는 설명의 편의를 위하여 주파수 합성기(2X)가 4개인 경우의 예를 들어 도시한 하였으며, 이후부터는 4개의 주파수 합성기(2X)의 예를 들어 설명한다.

도 1에 도시된 제어기(10)가 주파수 제어 데이타와 순차적으로 스위칭되도록 하는 스위칭 제어신호(SCTLi)를 출력하면, 상기 주파수 제어 데이타를 입력하는 다수의 주파수 합성기들(2X)은 차례로 주파수 합성을 하여 스위칭모듈(30)내의 스위치(SWi)(여기서, i는 1,2,3,...n의 정수)로 출력한다. 이때, 상기 스위칭 제어신호(SCTLi)는 스위칭모듈(30)내의 스위치들(SWi)들을 순차적으로 스위칭하기위한 제어신호이다. 예를 들면, 위로부터 아래의 방향에 위치된 스위치들(SW1, SW2,.,SWn)의 순서로 스위칭 되도록 하는 것이다. 상기 스위칭모듈(30)은 상기 스위칭 제어신호(SCTLi)에 응답하여 상기 다수의 주파수 합성기들(2X)로부터 출력되는 주파수 합성신호을 순차적으로 스위칭하므로서 고속의 주파수 도약을 하게 된다.

스위칭모듈(30)내의 스위치(SW1)만이 "온"되면, 스위칭모듈(30)로부터 출력되는 주파수는 제1주파수 합성기(20)의 출력주파수 f1으로 도약된다. 다음 도약시간에는 스위칭모듈(30)내의 스위치(SW2)가 제2주파수 합성기(22)의 출력에 연결되면, 출력주파수는 제2주파수 합성기(22)의 출력주파수 f2로 도약한다. 그 동안 제1주파수 합성기(20)의 주파수는 제어기(10)의 주파수 제어 데이타에 의해 주파수 f5로 도약을 시작한다. 상기 제1주파수 합성기(20)에서 출력되는 주파수 f1이 주파수 f5로 도약하는데 허용된 주파수 안정화 허용 시간(frequency setting time)은 나머지 제2, 제3 및 제4주파수 합성기(22, 22n+1)들로부터 합성 주파수 f2, f3, f4가 발생되는 시간 동안이다. 즉, m개의 주파수 합성기를 사용하는 경우, 하기 수학식 1의 주파수 도약간 안정화 시간 HQT내에 주파수 도약을 완료하면 된다.

(m-1) ×th

상기 수학식 1에서 th는 도약 시간(hopping interval)이다.

상기와 같이 종래의 회로는 주파수 합성기의 안정화 시간 HQT가 "주파수 합성기 개수-1)"에 비례하므로 빠른 도약 성능을 위해서는 많은 수의 주파수 합성기가 필요하거나 각 주파수 합성기의 안정화 시간을 줄여야하는 문제가 있었다.

상기한 바와 같이 도 1에 도시된 종래의 병렬 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 합성기의 구조는 스위칭 제어를 고정된 순차선택방식에 의해 하게되어 고속으로 동작되는 주파수 합성기가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 저속의 주파수 합성기를 병렬로 연결하여 선택적으로 스위칭 제어하여 고속으로 동작되는 주파수 도약 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동일한 구조를 갖는 몇 개의 주파수 합성기를 병렬로 연결하고, 상기 다수의 주파수 합성기의 출력을 선택적으로 제어 스위칭 하여 각각의 주파수 합성기 제어와 스위칭 순서 제어를 통해 기존 방식 보다 주파수 합성기의 안정화 시간을 확보해 줌으로써 저속의 주파수 합성기로 고속의 주파수 도약을 할 수 있도록 하므로써 달성된다.

본 발명의 원리에 의한 주파수 도약 장치는, 주파수 합성 제어 신호에 입력데 대응하는 주파수 fi(여기서, i는 1,2,3 등의 정수)를 각각 발생하는 다수의 주파수 합성기들과, 상기 다수의 주파수 합성기들의 출력에 일측이 각각 접속되고, 출력단자가 공통 접속되며 스위칭 제어 신호에 응답하여 상기 다수의 주파수 합성기들의 출력을 선택적으로 스위칭 출력하는 스위칭 모듈과, 상기 다수의 주파수 합성기들에 주파수 합성 제어신호를 제공함과 동시에 미리 설정된 순서로 상기 다수의 주파수 합성기들의 출력을 선택 스위칭하는 스위칭 제어신호를 상기 스위칭모듈로 제공하는 제어기로 구성함을 특징으로 한다.

상기 제어기는 원칩형의 마이크로 프로세서로 구성될 수 있으며, 주파수 도약을 위한 주파수 제어신호와 스위치를 제어하기 위한 스위칭 프로그램이 내부의 메모리에 프로그래밍되어 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 병렬 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 합성기의 구조를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 고속 주파수 합성기의 주파수 도약을 설명하기 위한 타이밍도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 합성기의 구조를 도시한 도면.

도 4는 도 3에 도시된 고속 주파수 합성기의 주파수 도약을 설명하기 위한 타이밍도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 병렬 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 합성기 및 그 제어 방법이 설명될 것이다. 또한, 다음의 설명에서, 그러한 구성에 대한 상세한 항목들이 본 발명의 보다 철저한 이해를 제공하기 위해 자세하게 설명된다. 그러나, 당해 기술분야에 숙련된 자들에게 있어서는 본 발명이 이러한 상세한 항목들이 없이도 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 합성기의 구조를 도시한 도면이다. 도 3을 참고하면, 제어기(10)로부터 출력되는 주파수 제어신호는 제1 내지 제 m 주파수 합성기(20, 22~22n)에 접속되어 있고 스위칭 제어신호(SCTLi)는 스위칭 모듈(30)에 접속되어 있다. 상기 제어기(10)로부터 출력되는 주파수 제어신호와 스위칭 제어신호(SCTLi)는 제1 내지 제 m 주파수 합성기(20, 22~22n)들의 주파수도약 안정화 시간과 주파수 홀딩시간이 충분하게 보장되도록 스위칭 모듈(30)내 다수의 스위치(SW1~SWm)들을 선택적으로 제어하도록 되어 있다. 예를 들면, 단위 비트 인터발(unit bit interval)(Tb) 기간에 상기 스위칭 모듈(30)의 스위치(SWi; 여기서 i는 1, 2, 3,,,m을 나타내는 정수)들의 스위칭을 선택적으로 제어하여 각 주파수 합성기(20, 22~22n)들의 주파수 도약 안정화 시간를 보장하도록 한다. 이러한 내용은 하기의 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 4는 도 3에 도시된 고속 주파수 합성기의 주파수 도약을 설명하기 위한 타이밍도이다. 도 4에서 Tb는 비트 인터발, Th는 홉핑 인터발(hopping interval)이며, 이는 주파수 합성기가 4개로 설정하는 경우의 예를 설명하기 위하여 작성된 타이밍도이다. 이대 1비트에는 4홉(hop)가 할당된다고 가정한 것이다. 그리고, 제4도에서 상부로 향하게 도시된 화살표는 해당 스위치(SWi)를 선택을 나타낸다.

도 4를 참조하여 도 3의 동작을 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

도 3에 도시된 제어기(10)가 주파수 제어신호를 출력하면, 이에 접속된 제1 내지 제n주파수 합성기(20, 22~22n)들은 각각의 주파수를 발생하여 출력한다(이하에서는 제1 내지 제n주파수 합성기(20, 22~22n)를 제1 내지 제4주파수 합성기로 표기하여 설명한다). 이때, 상기 제어기(10)가 1번째 비트를 전송하기 위하여 제4도에 도시한 바와 같이 제1주파수 합성기(22)의 출력에 접속된 스위치(SW1)를 선택한 이후에 차례로 제2, 제3 및 제4주파수 합성기(22)에 접속된 스위치(SW2, SW3 및 SW4)를 순차적으로 선택한다.

이후, 2번째 비트를 전송시에는 제1주파수 합성기(20)의 출력 주파수 f1은제어기(10)의 제어에 의해 f5로 도약중이며, 스위치 모듈(30)내의 스위치들(SW2,SW3 및 SW4)은 제4도와 같이 제2, 제3 및 제4주파수 합성기(22, 22n-1, 22n)를 각각 순차적으로 선택하며, 이러한 제어는 제어기(30)에 의해 실행된다. 다음으로 3번째 비트를 전송시에는 제어기(10)의 제어에 의해 제일먼저 제3, 제4 및 제1주파수 합성기(22n-1)(22n)(20)들이 선택 스위칭된 후, 그동안 주파수 f6으로 주파수 도약된 제2주파수 합성기(22)의 출력이 선택된다.

상기와 같은 방식으로 스위치 모듈(10)내의 스위치들이 선택되면, 도 3과 같이 구성된 고속 주파수 합성기의 출력은 제4도에 나타난 바와 같이 주파수 f1, f2, f3, f4, f2, f3, f4, f5, f3, f4, f5, f6, f4, f5, f6, f7, f5, f6의 순서로 된다. 이때, 각 주파수 합성기의 안정화 요구 시간은 6Th가 된다. 이를 일반화하면, 하기 수학식 2와 같이 되어 기존의 방식보다 1/2정도의 속도를 갖는 주파수 합성기를 사용하여 같은 도약 성능을 유지할 수 있다.

2×(m-1)×Th

따라서, 상기 도 3과 같이 구성되어 주파수 합성을 도 4와 같이 스위칭 출력하는 병렬 구조 주파수 합성기는 각각의 주파수 합성기의 제어와 이들의 출력단자에 접속된 스위치의 스위칭 순서 제어를 통해서 주파수 합성기의 안정화 시간을 길게 확보하므로써 저속의 주파수 합성기로 고속의 주파수 도약을 할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 저속의 주파수 합성기를 병렬로 연결하고 이들의 출력을 제어하는 스위치의 스위칭 순서 제어를 행하여 고속의 주파수 도약을 얻을 수 있어 주파수 도약 장치를 비교적 간단하게 구현할 수 있다.

Claims (3)

1. 병렬 접속되며, 주파수 제어 신호의 입력에 대응하는 주파수를 합성하여 출력하는 다수의 저속 주파수 합성기들과,

   상기 다수의 주파수 합성기들의 출력노드와 도약 주파수 출력단자의 사이에 접속되어 제어신호의 입력에 의해 스위칭되는 다수의 스위치들을 가지는 스위칭 모듈과,

   상기 다수의 저속 주파수 합성기들과 상기 스위칭 모듈 사이에 접속되어 상기 저속 주파수 합성기들 각각에 주파수 제어 신호를 제공함과 동시에 한 주기에 상기 다수의 스위치를 한번씩 선택하며, 현재 주기 처음 시작시 이전 주기의 처음 시작시 선택했던 스위치 다음 순서의 스위치를 선택하고 이후 순차적으로 상기 다수의 스위치를 선택함으로써, 상기 저속 주파수 합성기들이 주파수 도약 시간이 안정되도록 하는 주기로 상기 스위치들을 제어하는 제어기로 구성함을 특징으로 하는 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 정보 1비트가 출력되는 호핑 인터발 기간내에 상기 다수의 저속 주파수 합성기로부터 각각 출력되는 주파수들 호핑 인터발 보다 짧은 비트 인터발 주기로 다수의 저속 주파수 합성기의 출력에 접속된 스위치를 선택 스위칭의 제어를 행함을 특징으로 하는 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 장치.
3. 주파수 제어 신호의 입력에 대응하는 주파수를 출력하는 다수의 저속 주파수 합성기들을 가지는 주파수 도약 방법에 있어서,

   상기 다수의 저속 주파수 합성기들을 병렬로 제어하여 도약 주파수를 발생하는 과정과,

   상기 다수의 저속 주파수 합성기들로부터 출력되는 다수의 도약 주파수를 한 주기에 한번씩 선택하며, 현재 주기 처음 시작시 이전 주기의 처음 시작시 선택했던 저속 주파수 합성기 다음 순서의 저속 주파수 합성기를 선택하고 이후 순차적으로 상기 다수의 저속 주파수 합성기를 선택하여 출력 순서를 선택적으로 제어하여 도약 속도를 유지하면서 상기 각각의 저속 주파수 합성기의 긴 안정화 시간을 설정하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 병렬 구조 주파수 합성기와 스위칭 제어를 결합한 고속 주파수 도약 방법.