KR101181754B1

KR101181754B1 - Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 ＳＦＨ 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101181754B1
Application number: KR1020110036635A
Authority: KR
Inventors: 조병각; 백광훈
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-09-11
Anticipated expiration: 2031-04-20

Abstract

본 발명은 항재밍 통신 시스템에 널리 사용되는 주파수 도약 통신시스템에서 데이터 전송률을 높이기 위해 사용되는 SFH시스템의 항재밍 성능과 생존성을 개선하기 위해 재밍강도에 따른 적응형 전송을 구현하기 위한 diversity 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치 및 방법을 제공한다. SFH 시스템은 하나의 주파수에 여러 개의 데이터 심볼을 실어 전송하는 방법으로 그 반대인 FFH 시스템에 비해 고속의 전송율을 구현할 수 있으나, 해당 주파수가 재밍에 오염될 경우 여러 개의 데이터에서 오류가 발생하여 항재밍 성능이 열화되는 단점이 있다. 본 발명은 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선과 재밍강도에 따른 적응형 전송을 구현하기 위한 diversity 결합 방법을 제시한다. 여러 개의 데이터 심볼로 구성된 홉 프레임을 반복 전송하고 수신단에서 반복된 프레임을 결합하여 항재밍 성능을 개선하고, 프레임별 재밍오염 여부를 식별하여 오염되지 않은 프레임들만 선택적으로 결합함으로써 항재밍 성능을 극대화한다. 또한, 수신단에서 재밍강도를 측정하고 송신기에 전달하여 재밍수준에 따라 반복 전송 횟수를 조절하여 재밍강도에 따른 적응형 전송을 구현하여 통신링크의 생존성을 극대화한다. 본 발명의 기법을 통해 항재밍이 요구되는 군 통신의 통신용량과 생존성을 개선하고, 주파수 도약 통신 시스템의 성능개선과 적응형 전송기법 구현에도 용이하다.

Description

Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 ＳＦＨ 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치{Anti-jamming performance improvement method and apparatus for SFH systems using diversity combining and adaptive transmission}

본 발명은 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항재밍 통신 시스템에 널리 사용되는 주파수 도약 통신 시스템에서 도약속도보다 심볼전송율이 빠른 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 재밍강도에 따른 적응형 전송을 구현하기 위한 다이버시티(diversity) 결합 기법과 적응형 전송기법을 사용하여 항재밍(Anti-jamming) 성능의 향상과 생존성을 높이기 위한, Diversity 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치에 관한 것이다.

주파수 도약 방식의 통신 방법은 하나의 심볼을 여러 주파수로 나누어 전송하는 FFH(Fast Frequency Hopping) 방식과 하나의 주파수에 여러 심볼을 전송하는 SFH(Slow Frequency Hopping) 방식으로 나누어진다. 이를 도 5에 나타내었다.

도 5는 FFH 시스템과 SFH 시스템의 특징을 설명하기 위한 시간/주파수축 상의 신호 구성도이다. 도 5에서 번호는 데이터 심볼의 순번을 나타내며, FFH 방식은 1개의 심볼을 3개의 다른 주파수에 나누어 전송하는 예이고, SFH 방식은 하나의 주파수에 6개의 데이터 심볼을 포함한 예이다. SFH 시스템은 실제 구현에 있어서 동기 등의 문제로 더 많은 데이터 심볼을 포함하여 구현한다. 현재까지 주로 개발된 시스템은 항재밍 측변에서 한번 재밍 당했을 때 손실되는 심볼의 수가 SFH에 비해 상대적으로 적은 FFH 시스템을 선호해 왔으며, 재밍의 위협으로부터 생존성을 극대화하기 위해 높은 오율에서도 통신이 가능한 음성위주의 저속 데이터 전송 네트워크 설계가 이루어졌다. 이런 통신 시스템들은 주로 non-coherent detection이 가능한 M-ary FSK(Frequency Shift Keying) 방식의 변복조를 채택하고 FFH 전송을 통해 여러 주파수로 분할되어 송신된 하나의 심볼에 대한 diversity 결합을 수행하여 항재밍 성능이 최대화 될 수 있도록 배려하고 있다.

그러나, FFH(Fast Frequency Hopping)의 특징은 변복조 방식이 M-ary FSK로 제한되어 대역 효율이 낮고, 또한 주파수 도약속도 구현의 한계 등으로 고속 데이터 전송이 어려워 지속적으로 요구되고 있는 대용량 멀티미디어 데이터통신에 심각한 제한을 가지고 있다.

FFH에 비해 SFH 시스템의 경우, 도 5에 도시되 바와 같이 SFH 시스템은 하나의 주파수에 다수의 심볼 전송을 수행하기 때문에 변복조 방식에 제한이 없어 대역효율이 좋은 PSK(Phase Shift Keying, 위상편이 변조) 계열의 적용이 가능하다. 이 때문에 SFH 시스템은 고속 대용량 데이터전송이 가능한 장점이 있지만 재밍 주파수에 충돌하는 경우 한번에 다수의 심볼이 오염되는 문제가 존재하여 항재밍 성능이 떨어지게 된다.

현재 요구되고 있는 항재밍 통신 시스템은 항재밍 성능(anti-jamming performance)을 일부 발휘하는 범위에서 고속 데이터 전송이 요구되고 있고, 이를 수용하기 위해 SFH 시스템을 도입하고 있다. 하지만, 항재밍 통신 시스템은 SFH 시스템의 단점과 몇 가지 하드웨어적인 부담(다수 심볼 저장을 위한 큰 메모리, 고속의 연산을 위한 신호처리요구 등)을 감수하고 diversity 결합기법을 SFH 시스템에 적용하게 되는 경우 항재밍 성능을 FFH 시스템과 유사하게 구현 가능하다. 또한, 다이버시티(diversity) 결합 기법을 채널의 재밍수준에 따른 적응형 전송 구현에 활용할 경우, SFH 시스템은 재밍(jamming)의 위협으로부터 통신링크의 생존성을 크게 향상시킬 수 있다.

미국의 경우 Milstar II 프로그램을 통해 과도한 항재밍 능력을 축소하고 통신용량을 증가시켜 사용자 전송율을 1.544Mbps로 확장하였으며, 최근에 AEHF (Advanced EHF) 프로그램을 통해 8.192Mbps까지 확장하였다. 프랑스 군 위성통신 시스템에서도 항재밍 성능을 보유하면서 더 높은 전송율을 요구하는 군의 수요를 충족하기 위해 4Mbps까지의 항재밍 통신기술을 개발하였다. 그러나, 위의 SFH 시스템 모두 다이버시티(diversity) 결합기법을 통한 항재밍 성능 개선 및 적응형 전송기법은 적용되지 않았다.

그러나, SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템은 하나의 주파수에 여러 개의 데이터 심볼을 실어 전송하는 방법으로 그 반대인 FFH(Fast Frequency Hopping) 시스템에 비해 고속의 전송율을 구현할 수 있으나, 해당 주파수가 재밍(jamming)에 오염될 경우 여러 개의 데이터에서 오류가 발생함으로 인해 항재밍 성능이 열화되는 단점이 있었다.

즉, SFH 항재밍 통신 시스템은 고속의 통신을 지원할 수 있으나, 항재밍 성능이 열악해지는 문제가 있었다.

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 항재밍 통신 시스템에 널리 사용되는 주파수 도약 통신 시스템에서 데이타 전송률을 높이기 위해 사용되는 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 항재밍 성능(anti-jamming performance)을 향상시키고 재밍 위협으로부터 생존성을 획기적으로 개선하며, 재밍강도에 따른 적응형 전송을 가능하게 하는, Diversity 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 Diversity 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 다이버시티(Diversity) 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 항재밍 성능 개선 장치는 정보데이터가 입력되는 데이터 입력부; 상기 데이터 입력부의 출력에 접속되어 홉 프레임의 구조(1홉당 데이터 심볼 수)에 맞게 정보 데이터 심볼들을 정렬하는 프레임 생성 처리부; 상기 프레임 생성 처리부에서 정렬/생성된 홉 프레임(다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임)을 재밍강도에 따라 필요한 diversity 횟수만큼 반복시켜 주는 홉 프레임 반복부; 상기 홉 프레임 반복부에서 생성된 홉 프레임들을 주파수 도약을 위해 프레임별 해당 도약 주파수에 실을 수 있도록 도약주파수를 곱하여 송신하는 주파수 도약부; 상기 주파수 도약부에서 송신된 신호가 재밍채널을 거쳐 수신된 신호를 복조를 위해 프레임별 해당 도약 주파수를 곱하여 주파수 역도약을 수행하는 주파수 역도약부; 상기 주파수 역도약부에서 출력되는 프레임들을 프레임별로 SNR이나 프리엠블을 측정하여 홉 프레임별로 재밍 오염 여부를 식별하는 재밍 프레임 식별부; 재밍강도에 따른 적응형 전송을 위해 재밍강도를 BER(비트 에러율) 측정과 SNR(신호대잡음비) 측정을 이용하여 재밍 레벨을 측정하여 송신부에 측정값을 전송하는 재밍레벨 측정부; 상기 주파수 역도약부에서 출력되는 SFH 시스템의 홉 프레임들을 프레임 반복 전송된 횟수(diversity 횟수)만큼 결합하며, diversity 결합시 상기 재밍 프레임 식별부에서 판별된 재밍 오염 여부를 참조하여 재밍 오염된 것으로 식별된 프레임을 제외하고 결합하는 diversity 결합부; 상기 diversity 결합부에서 출력된 신호(결합된 프레임 데이터)들을 비트 판정하고 정보 비트열로 생성하는 비트판정 및 프레임 처리부; 및 복조 데이터를 출력하는 데이터 출력부를 포함한다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 다이버시티(Diversity) 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법은 i) 프레임 생성 처리부에 의해 송신기의 데이터 입력부에 입력된 데이터를 1 홉당 포함되는 데이터 심볼수 만큼 나누어 데이터 열을 정렬하는 단계; ⅱ) 상기 i) 단계에서 정렬된 홉 프레임을 홈 프레임 반복부에 의해 Diversity 전송을 위해 원하는 diversity 수만큼 홉 프레임(다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임)을 반복시키는 단계; ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 생성된 홉 프레임들을 주파수 도약부에 의해 주파수 도약을 위해 홉 프레임을 해당하는 도약 주파수에 실어 주파수 도약하고 송신하는 단계; ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 송신된 신호가 재밍채널을 통과한 신호를 수신하고, 주파수 역도약부에 의해 해당 도약 주파수를 곱하여 주파수 역도약을 수행하여 데이터를 복조하는 단계; ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 주파수 역도약부(150)로부터 출력되는 신호를 재밍 프레임 식별부에 의해 재밍 레벨을 측정하여 홉 프레임별로 재밍에 오염되었는지 판별하는 단계; ⅵ) 상기 ⅳ)단계에서 출력되는 신호로 재밍레벨 측정부에 의해 재밍레벨을 측정하여 측정값을 송신기에 전송하며, 이를 통해 송신기가 현재 채널의 재밍강도를 인지하고 홉 프레임 반복전송 횟수(diversity 횟수)를 조절하여 재밍레벨의 변화에 대응하는 단계; ⅶ) 상기 ⅴ)단계에서 재밍 프레임 식별부에 의해 식별된 프레임별 재밍 오염 여부를 참조하여 재밍 프레임 제거부에 의해 반복 전송된 홉 프레임 중 재밍에 오염된 프레임을 제거하고, diversity 결합부에 의해 반복 전송된 홉 프레임의 결합을 수행하며, 깨끗하게 수신된 프레임만 결합을 수행하여 항재밍 성능을 극대화하는 단계; 및 ⅷ) 상기 ⅶ)단계의 상기 diversity 결합부에서 결합된 프레임의 데이터들을 비트판정 및 프레임 처리부에 의해 결합된 데이터의 비트를 판정하고 정보비트열을 생성하여 데이터 출력부로 복조된 신호를 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 Diversity 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치는 항재밍 통신 시스템에 널리 사용되는 주파수 도약 통신 시스템에서 데이타 전송률을 높이기 위해 사용되는 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 항재밍 성능(Anti-jamming performance)을 획기적으로 향상시킬 수 있으며 재밍강도에 따른 적응형 전송도 가능케 한다.

본 발명에 따른 Diversity 결합 기법와 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치는 여러 개의 데이터 심볼로 구성된 홉 프레임을 반복 전송하고 수신단에서 반복된 프레임을 결합함으로써 항재밍 성능을 개선하고, 프레임별 재밍오염 여부를 식별하여 오염되지 않은 프레임들만 선택적으로 결합함으로써 항재밍 성능을 극대화한다. 또한, SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법 및 장치는 수신단에서 재밍강도를 측정하고 송신기에 전달하여 재밍수준에 따라 반복 전송 횟수(diversity 횟수)를 조절함으로써 재밍강도에 따른 적응형 전송을 구현하여 통신링크의 재밍의 위협으로부터 생존성을 극대화한다. 본 발명의 기법을 통해 항재밍이 요구되는 군 통신의 통신용량과 생존성을 획기적으로 개선할 수 있으며, 주파수 도약 통신 시스템의 성능개선과 적응형 전송기법 구현에도 적용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 장치를 보여주기 위한 블록도이다.
도 2는 재밍환경 적응형 전송을 구동하기 위한 구성부들의 블록도이다.
도 3은 다이버시티(diveristy) 결합 방법의 성능을 극대화하기 위한 선택적 diversity 결합부의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 SFH 시스템의 다이버시티(diversity) 결합방법을 설명한 순서도이다.
도 5는 FFH(Fast Frequency Hopping) 시스템과 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 특징을 설명하기 위한 시간/주파수축 상의 신호 구성도이다.
도 6은 (재밍대역)/(전체 도약대역폭) 비율이 0.1인 환경에서의 항재밍 성능을 측정결과를 나타내었으며, 본 발명에 따른 diversity 결합기법의 항재밍 성능 개선효과를 보여주기 위한 비트 에러율 성능 그래프이다.
도 7은 (재밍대역)/(전체 도약대역폭) 비율이 0.2인 환경에서 상기와 같은 방법으로 항재밍 성능을 측정한 결과를 나타내었으며, 본 발명에 따른 diversity 결합기법의 항재밍 성능 개선효과를 보여주기 위한 비트 에러율 성능 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 그 구성과 동작을 상세하게 설명한다.

본 발명은 기존의 SFH(Slow Frequency Hopping) 주파수 도약 시스템에 비해 항재밍 성능 개선과 재밍강도에 따른 적응형 전송을 가능하게 하여 통신링크의 생존성을 획기적으로 향상시킨다. FFH(Fast Frequency Hopping)에서만 적용되었던 diversity 결합기법을 SFH 시스템에 적용 가능하도록 홉 프레임(다수의 데이터 심볼열) 단위의 다이버시티(diversity) 결합기법을 개발하여 적용하고, 홉 프레임 단위의 재밍 오염 여부를 판별하여 선택적으로 결합함으로써 항재밍 성능을 극대화한다. 또한, SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치는 재밍레벨을 측정하고 측정값을 송신기에 전송하여 홉 프레임 반복 횟수, 즉 diversity 횟수를 조정하여 송수신하도록 하여 재밍강도에 따른 적응형 전송을 가능토록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 장치를 보여주기 위한 블록도이다.

본 발명의 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치는 정보데이터를 입력받는 데이터 입력부(110); 상기 데이터 입력부(110)에 접속되어 홉 프레임 구조(1홉당 데이터 심볼 수)에 맞게 데이터 심볼들을 정렬하는 프레임 생성 처리부(120); 상기 프레임 생성 처리부(120)에서 정렬/생성된 홉 프레임(다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임)을 재밍 강도에 따라 원하는 반복전송 횟수(diversity 횟수)만큼 반복해주는 홉 프레임 반복부(130); 상기 홉 프레임 반복부(130)에서 출력되는 홉 프레임들을 주파수 도약을 위해 프레임별 해당 도약 주파수에 실을 수 있도록 도약 주파수를 곱하여 송신하는 주파수 도약부(140); 상기 주파수 도약부(140)에서 송신된 신호가 재머(jammer)에 의해 재밍 채널을 거쳐 수신된 신호를 복조를 위해 프레임별 해당 도약주파수를 곱하여 주파수 역도약을 수행하는 주파수 역도약부(150); 상기 주파수 역도약부(150)에서 출력되는 프레임들을 프레임별로 SNR(Signal-to-noise-ratio, 신호대잡음비), 프리엠블을 측정하여 해당 프레임의 재밍 오염 여부를 식별하는 재밍 프레임 식별부(160a); BER(Bit Error Rate, 비트에러율) 측정과 SNR 측정을 이용하여 재밍레벨을 측정하여 송신기에 측정값을 전송하는 재밍레벨 측정부(160b); 상기 주파수 역도약부(150)에서 출력된 데이터 프레임(SFH 시스템의 홉 프레임)을 반복전송 횟수(diversity 횟수)만큼 결합하며, diversity 결합시 상기 재밍 프레임 식별부(160a)에서 판별된 재밍오염 여부를 참조하여 재밍 오염된 것으로 식별된 프레임을 제외하고 선택적으로 결합하는 diversity 결합부(170); 상기 diversity 결합부(170)에서 결합된 프레임 데이터들을 비트 판정하고 정보 비트열을 생성하는 비트 판정 및 프레임 처리부(180); 및 복조 데이터를 출력하는 데이터 출력부(190)를 포함한다.

상기 홉 프레임 반복부(130)는 SFH 시스템에서 다수의 데이터 심볼로 구성된 홉 프레임을 반복 전송하여 항재밍 성능을 개선시키는 것과 상기 재밍레벨 측정부(160b)에서 측정한 재밍강도에 따라 반복 전송 횟수(diversity 횟수)를 자동으로 조정한다.

상기 재밍 프레임 식별부(160a)는 수신된 홉 프레임들을 프레임별로 SNR이나 프리엠블을 측정하여 프레임별 재밍오염 여부를 식별하여, diversity 결합시 선택적으로 결합할 수 있도록 한다.

상기 재밍 레벨 측정부(160b)는 수신 데이터들의 BER(비트 에러율)과 SNR(신호대 잡음비)을 측정하여 재밍강도를 판단하고 이를 송신부에 전달하여 재밍강도에 따른 적응형 전송(diversity 반복횟수 조절)을 가능하게 한다.

상기 diversity 결합부(170)는 SFH 시스템의 홉 프레임을 프레임 반복 전송 횟수(diversity 횟수)만큼 결합하며, diversity 결합시 상기 재밍 프레임 식별부(160a)에 의해 식별된 재밍 오염 프레임을 제외하고 선택적으로 결합한다.

본 발명의 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치의 구성도 중 적응형 전송 기능(diversity 반복횟수 조절)을 수행하는 구성부만을 발췌하여 도 2에 나타냈다.

도 2는 재밍환경 적응형 전송을 구동하기 위한 구성부들의 블록도이다.

수신기의 재밍레벨 측정부(160b)에서 BER과 SNR을 측정하여 채널상태를 inband 제어채널을 통해 송신기로 전달한다. 이때 사용되는 inband 제어채널은 diversity를 수십회 적용하는 등의 방법으로 채널환경에 아주 강인하게 구현한다. 송신기의 채널상태 수신 및 반복횟수 결정부(200)는 재밍레벨 측정부(160b)에서 송신한 채널상태를 참조하여 diversity 반복횟수를 결정하고, 결정된 반복횟수 대로 홉프레임 반복부(130)에서 반복전송을 수행한다.

본 발명의 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치의 구성도 중 재밍프레임을 식별하여 선택적으로 diversity 결합을 수행하는 구성부들의 블록도를 도 3에 나타냈다. 도 3은 diveristy 결합방법의 성능을 극대화하기 위한 선택적 diversity 결합부의 블록도이다.

상기 주파수 역도약부(150)로부터 입력된 주파수 역도약된 수신신호는 재밍프레임 식별부(160a)에서 프레임별로 SNR과 프리엠블의 정상수신 여부를 측정하여 해당 프레임이 재밍(jamming)에 오염되었는지 식별하여 그 식별 정보를 재밍 프레임 제거부(300)에 전달한다. 재밍 프레임 제거부(300)는 재밍 프레임 식별부(160a)로부터 수신된 식별 정보에 기초하여 재밍 오염된 프레임을 제거하여 diversity 결합부(170)로 전달하여 재밍에 오염되지 않은 프레임들만 결합하도록 하여 항재밍 성능(anti-jamming performance)을 극대화한다.

도 4는 SFH 시스템의 다이버시티(diversity) 결합방법에 대한 순서도이다.

SFH 시스템의 다이버시티(diversity) 결합방법은 i) 프레임 생성 처리부(120)에 의해 송신기의 데이터 입력부(110)에 입력된 데이터를 1 홉당 포함되는 데이터 심볼수 만큼 나누어 데이터 열을 정렬하는 단계(S110); ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 정렬된 홉 프레임을 홈 프레임 반복부(130)에 의해 Diversity 전송을 위해 원하는 diversity 수만큼 홉 프레임(다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임)을 반복시키는 단계(Diversity 반복 횟수는 사용자가 결정할 수 도 있고 수신부에서 측정된 재밍강도 값을 참조하여 자동으로 변경되도록 구현할 수도 있다)(S120); ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 생성된 홉 프레임들을 주파수 도약부(140)에 의해 주파수 도약을 위해 홉 프레임을 해당하는 도약 주파수에 실어 주파수 도약하고 송신하는 단계(S130); ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 송신된 신호가 재밍채널을 통과한 신호를 수신하고, 주파수 역도약부(150)에 의해 해당 도약 주파수를 곱하여 주파수 역도약을 수행하여 데이터를 복조하는 단계(S140); ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 주파수 역도약부(150)로부터 출력되는 신호를 재밍 프레임 식별부(160a)에 의해 재밍 레벨을 측정하여 홉 프레임별로 재밍에 오염되었는지 판별하는 단계(재밍에 오염 여부를 판별하기 위한 방법은 SNR 측정이나 프레임 앞부분에 할당한 프리엠블 신호의 정상수신 여부 등을 사용한다)(S150a); ⅵ) 상기 ⅳ)단계에서 출력되는 신호로 재밍레벨 측정부(160b)에 의해 재밍레벨을 측정하여 측정값을 송신기에 전송하며(재밍레벨 측정은 단계(S150a)에서 수행한 SNR 측정과 더불어 BER 측정을 수행하여 구현할 수 있다), 이를 통해 송신기가 현재 채널의 재밍강도를 인지하고 홉 프레임 반복전송 횟수(diversity 횟수)를 조절하여 재밍레벨의 변화에 대응하는 단계(S150b); ⅶ) 상기 ⅴ)단계에서 재밍 프레임 식별부(160a)에 의해 식별된 프레임별 재밍 오염 여부를 참조하여 재밍 프레임 제거부(300)에 의해 반복 전송된 홉 프레임 중 재밍에 오염된 프레임을 제거하고 diversity 결합부(170)에 의해 반복 전송된 홉 프레임의 결합을 수행하며, 깨끗하게 수신된 프레임만 결합을 수행하여 항재밍 성능을 극대화하는 단계(S160); 및 ⅷ) 비트판정 및 프레임 처리부(180)에 의해 상기 ⅶ)단계의 diversity 결합부(170)에서 결합된 프레임의 데이터들을 비트판정 및 프레임 처리부(180)에 의해 결합된 데이터의 비트를 판정하고 정보비트열을 생성하여 데이터 출력부(190)로 복조된 신호를 출력하는 단계(S170)를 포함한다.

상기 Diversity를 위해 홉 프레임을 반복하는 ⅱ)단계는 상기 다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임을 반복 전송하며, 측정된 재밍강도를 참조하여 반복전송 횟수(diversity 횟수)를 자동으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 프레임별 재밍오염 여부를 판별하는 ⅴ)단계는 상기 재밍 프레임 식별부(160a)에 의해 수신된 홉 프레임들을 프레임별로 SNR이나 프리엠블을 측정하여 프레임별 재밍 오염여부를 식별하는 것을 특징으로 한다.

상기 재밍강도를 측정하여 측정값을 송신기로 전달하는 ⅵ)단계는 수신된 데이터들의 BER(비트 에러율)과 SNR(신호대잡음비)을 측정하여 채널의 재밍수준을 측정하고, 측정값을 송신기로 전달하여 송신기가 재밍강도에 따라 반복전송 횟수를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 반복된 홉 프레임을 결합하는 ⅶ)단계는 송신기에 반복 전송 횟수(diversity 횟수)만큼 diversity를 결합하되, 상기 ⅴ)단계에서 상기 재밍 프레임 식별부에 의해 식별된 프레임별 재밍오염 여부를 참조하여 오염되지 않은 프레임들만 결합하여 항재밍 성능을 극대화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 diversity 결합방법으로 구성한 SFH 시스템의 항재밍 성능 측정 결과를 도 6 및 도 7에 나타내었다. 한 홉에 약 100심볼의 데이터를 포함하는 SFH 시스템을 설계/제작하여 실제 무선환경에서 성능을 측정하였다. 전체 도약대역폭 내에서 일부 부분대역에 전력을 집중해서 재밍(jamming)을 가하는 부분대역 재밍환경에서 성능을 측정하였다. 측정 결과는 신호의 비트에너지 대 재밍 전력밀도 값에 따른 비트 에러율(BER)로 나타내었다.

도 6은 (재밍대역)/(전체 도약대역폭) 비율이 0.1인 환경에서의 항재밍 성능을 측정결과를 나타내었고, 본 발명에 따른 diversity 결합기법의 항재밍 성능 개선효과를 보여주기 위한 비트 에러율 성능 그래프이며, diversity 결합횟수를 2회, 4회, 8회로 변경하며 측정하였다. Diversity 결합횟수가 2회일 때는 약간의 성능개선을 보였으며, 4회일때는 10^-5 비트오율 기준으로 diversity가 없는 경우에 비해 12dB의 항재밍 성능이 개선되었다. 또한, diversity 횟수가 8회일 경우는 비트에러가 발생하지 않았다.

도 7은 (재밍대역)/(전체 도약대역폭) 비율이 0.2인 환경에서 상기와 같은 방법으로 항재밍 성능을 측정한 결과를 나타내었으며, 본 발명에 따른 diversity 결합기법의 항재밍 성능 개선효과를 보여주기 위한 비트 에러율 성능 그래프이며, Diversity 횟수가 2회와 4회일 때는 약간의 성능개선 효과가 있지만, 8회일 때는 10^-5 비트 에러율 기준으로 10dB의 항재밍 성능이 개선되었다.

본 발명의 diversity 결합기법으로 상기와 같이 SFH 시스템에서 큰 항재밍 이득을 얻을 수 있다. 또한, 재밍강도를 측정하고 그에 따른 diversity 횟수를 적응적으로 조절하는 적응형 전송 기법을 구현 가능하며, 실제 적응형 전송 기법을 구현/시험하여 성공적으로 동작함을 확인하였다. 본 발명의 기법으로 항재밍이 요구되는 군 통신에서 생존성과 고속 데이터 전송을 동시에 만족시킬 수 있으며, 블루투스와 같은 주파수 도약 통신시스템에서 링크 성능 개선과 적응형 전송 기술 구현에 적용 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

110: 데이터 입력부 120: 프레임 생성 처리부
130: 홉프레임 반복부 140: 주파수 도약부
150: 주파수 역도약부 160a: 재밍 프레임 식별부
160b: 재밍레벨 측정부 170: Diversity 결합부
180: 비트판정 및 프레임처리부 190: 데이터 출력부
200: 채널 상태 수신 및 반복 횟수 결정부
300: 재밍 프레임 제거부

Claims

다이버시티(Diversity) 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH(Slow Frequency Hopping) 시스템의 항재밍 성능 개선 장치에 있어서,
정보데이터가 입력되는 데이터 입력부;
상기 데이터 입력부의 출력에 접속되어 홉 프레임의 구조(1홉당 데이터 심볼 수)에 맞게 정보 데이터 심볼들을 정렬하는 프레임 생성 처리부;
상기 프레임 생성 처리부에서 정렬/생성된 홉 프레임(다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임)을 재밍강도에 따라 필요한 diversity 횟수만큼 반복시켜 주는 홉 프레임 반복부;
상기 홉 프레임 반복부에서 생성된 홉 프레임들을 주파수 도약을 위해 프레임별 해당 도약 주파수에 실을 수 있도록 도약주파수를 곱하여 송신하는 주파수 도약부;
상기 주파수 도약부에서 송신된 신호가 재밍채널을 거쳐 수신된 신호를 복조를 위해 프레임별 해당 도약 주파수를 곱하여 주파수 역도약을 수행하는 주파수 역도약부;
상기 주파수 역도약부에서 출력되는 프레임들을 프레임별로 SNR이나 프리엠블을 측정하여 홉 프레임별로 재밍 오염 여부를 식별하는 재밍 프레임 식별부;
재밍강도에 따른 적응형 전송을 위해 재밍강도를 BER(비트 에러율) 측정과 SNR(신호대잡음비) 측정을 이용하여 재밍 레벨을 측정하여 송신부에 측정값을 전송하는 재밍레벨 측정부;
상기 주파수 역도약부에서 출력되는 SFH 시스템의 홉 프레임들을 프레임 반복 전송된 횟수(diversity 횟수)만큼 결합하며, diversity 결합시 상기 재밍 프레임 식별부에서 판별된 재밍 오염 여부를 참조하여 재밍 오염된 것으로 식별된 프레임을 제외하고 결합하는 diversity 결합부;
상기 diversity 결합부에서 출력된 신호(결합된 프레임 데이터)들을 비트 판정하고 정보 비트열로 생성하는 비트판정 및 프레임 처리부; 및
복조 데이터를 출력하는 데이터 출력부;
를 포함하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치.
제1항에 있어서,
상기 홉 프레임 반복부는
SFH 시스템에서 다수의 데이터 심볼로 구성된 홉 프레임을 반복 전송하여 항재밍 성능을 개선시키는 것과 상기 재밍레벨 측정부에 의해 측정된 재밍강도에 따라 반복 전송 횟수(diversity 횟수)를 자동으로 조정하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치.
제1항에 있어서,
상기 재밍 프레임 식별부는
수신된 홉 프레임들을 프레임별로 SNR이나 프리엠블을 측정하여 프레임별 재밍오염 여부를 식별하여, diversity 결합시 선택적으로 결합하도록 하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치.
제1항에 있어서,
상기 재밍레벨 측정부는
수신 데이터들의 BER(비트 에러율)과 SNR(신호대 잡음비)을 측정하여 재밍강도를 판단하고 이를 송신기에 전달하여 재밍강도에 따른 적응형 전송(diversity 반복횟수 조절)을 가능케 하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치.
제1항에 있어서,
상기 재밍레벨 측정부에서 BER과 SNR을 측정하여 채널상태를 inband 제어채널을 통해 송신기로 전달하고, 이때 사용되는 inband 제어채널은 diversity를 수십회 적용하는 방법으로 채널환경에 아주 강인하게 구현하며, 상기 재밍레벨 측정부에서 송신한 채널상태를 참조하여 diversity 반복횟수를 결정하고, 결정된 반복횟수 대로 상기 홉프레임 반복부에서 반복 전송하는 송신기의 채널상태 수신 및 반복횟수 결정부를 더 포함하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치.
제1항에 있어서,
상기 주파수 역도약부로부터 주파수 역도약된 수신신호를 입력받아 상기 재밍프레임 식별부에서 프레임별로 SNR과 프리엠블의 정상수신 여부를 측정하여 해당 프레임이 재밍(jamming)에 오염되었는지 식별하여 그 식별 정보를 수신 한 후, 상기 재밍 프레임 식별부로부터 수신된 식별 정보에 기초하여 재밍 오염된 프레임을 제거하여 상기 diversity 결합부로 전달하여 재밍에 오염되지 않은 프레임들만 결합하여 항재밍 성능(anti-jamming performance)을 극대화시키는 재밍 프레임 제거부를 더 포함하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 장치.
다이버시티(Diversity) 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법에 있어서,
ⅰ) 프레임 생성 처리부에 의해 송신기의 데이터 입력부에 입력된 데이터를 1 홉당 포함되는 데이터 심볼수 만큼 나누어 데이터 열을 정렬하는 단계;
ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 정렬된 홉 프레임을 홈 프레임 반복부에 의해 Diversity 전송을 위해 원하는 diversity 수만큼 홉 프레임(다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임)을 반복시키는 단계;
ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 생성된 홉 프레임들을 주파수 도약부에 의해 주파수 도약을 위해 홉 프레임을 해당하는 도약 주파수에 실어 주파수 도약하고 송신하는 단계;
ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 송신된 신호가 재밍채널을 통과한 신호를 수신하고, 주파수 역도약부에 의해 해당 도약 주파수를 곱하여 주파수 역도약을 수행하여 데이터를 복조하는 단계;
ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 주파수 역도약부(150)로부터 출력되는 신호를 재밍 프레임 식별부에 의해 재밍 레벨을 측정하여 홉 프레임별로 재밍에 오염되었는지 판별하는 단계;
ⅵ) 상기 ⅳ)단계에서 출력되는 신호로 재밍레벨 측정부에 의해 재밍레벨을 측정하여 측정값을 송신기에 전송하며, 이를 통해 송신기가 현재 채널의 재밍강도를 인지하고 홉 프레임 반복전송 횟수(diversity 횟수)를 조절하여 재밍레벨의 변화에 대응하는 단계;
ⅶ) 상기 ⅴ)단계에서 재밍 프레임 식별부에 의해 식별된 프레임별 재밍 오염 여부를 참조하여 재밍 프레임 제거부에 의해 반복 전송된 홉 프레임 중 재밍에 오염된 프레임을 제거하고, diversity 결합부에 의해 반복 전송된 홉 프레임의 결합을 수행하며, 깨끗하게 수신된 프레임만 결합을 수행하여 항재밍 성능을 극대화하는 단계; 및
ⅷ) 상기 ⅶ)단계의 상기 diversity 결합부에서 결합된 프레임의 데이터들을 비트판정 및 프레임 처리부에 의해 결합된 데이터의 비트를 판정하고 정보비트열을 생성하여 데이터 출력부로 복조된 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법.
제7항에 있어서,
상기 Diversity를 위해 홉 프레임을 반복하는 ⅱ)단계는,
상기 다수의 심볼로 구성된 하나의 SFH 프레임을 반복 전송하며, 측정된 재밍강도를 참조하여 반복전송 횟수(diversity 횟수)를 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법.
제7항에 있어서,
상기 프레임별 재밍오염 여부를 판별하는 ⅴ)단계는,
상기 재밍 프레임 식별부(160a)에 의해 수신된 홉 프레임들을 프레임별로 SNR이나 프리엠블을 측정하여 프레임별 재밍 오염여부를 식별하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법.
제7항에 있어서,
상기 재밍강도를 측정하여 측정값을 송신기로 전달하는 ⅵ)단계는,
수신된 데이터들의 BER(비트 에러율)과 SNR(신호대잡음비)을 측정하여 채널의 재밍수준을 측정하고, 측정값을 송신기로 전달하여 송신기가 재밍강도에 따라 반복전송 횟수를 조절하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법.
제7항에 있어서,
상기 반복된 홉 프레임을 결합하는 ⅶ)단계는,
송신기에 반복 전송 횟수(diversity 횟수)만큼 diversity를 결합하되, 상기 ⅴ)단계에서 상기 재밍 프레임 식별부에 의해 식별된 프레임별 재밍오염 여부를 참조하여 오염되지 않은 프레임들만 결합하여 항재밍 성능을 극대화하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 결합 기법과 적응형 전송기법을 이용한 SFH 시스템의 항재밍 성능 개선 방법.