KR101736162B1 - Modulation/Demodulation method for improving the survivability of Chirp Spread Spectrum wireless communication system - Google Patents

Modulation/Demodulation method for improving the survivability of Chirp Spread Spectrum wireless communication system Download PDF

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KR101736162B1
KR101736162B1 KR1020160112599A KR20160112599A KR101736162B1 KR 101736162 B1 KR101736162 B1 KR 101736162B1 KR 1020160112599 A KR1020160112599 A KR 1020160112599A KR 20160112599 A KR20160112599 A KR 20160112599A KR 101736162 B1 KR101736162 B1 KR 101736162B1
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이재생
한명훈
김용신
최형석
김광열
이승우
김진영
신요안
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a modulation and demodulation technique, and more particularly, to a modulation and demodulation method for implementing survivability of wireless communication, capable of satisfying anti-jamming and low probability of detection at the same time. According to the present invention, the survivability of a wireless communication system can be increased by implementing an access method for increasing the survivability of communication in the same time-bandwidth product. The method includes the steps of: generating a modulation signal; considering a time-bandwidth product and a cross-correlation property in the modulation signal; analyzing anti-jamming performance; generating a jamming output signal; and generating a demodulation signal.

Description

CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법{Modulation/Demodulation method for improving the survivability of Chirp Spread Spectrum wireless communication system}[0001] The present invention relates to a modulating / demodulating method for improving the survivability of a CSS wireless communication system,

본 발명은 변복조 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 항재밍/저피탐을 동시에 만족시킬 수 있는, 무선통신의 생존성 증대를 구현하는 변복조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a modulation and demodulation technique, and more particularly, to a modulation and demodulation method for realizing an increase in the survivability of a wireless communication that can simultaneously satisfy anti-jamming / low-jam detection.

일반적인 대역 확산(Spread Spectrum) 기법은 다양한 재밍 및/또는 탐지 기법에 노출되어 있으며, 통신의 생존성을 증대시키기 위해 처리 이득(Processing Gain) 만을 높이고 있다. 하지만, 처리 이득(Processing Gain)을 높이기 위해서는 동일한 데이터 전송 속도 내에서 확산 코드인 PN(Pseudo-Noise) 칩 속도를 높여야 하는 단점이 있다. A typical spread spectrum technique is exposed to various jamming and / or detection techniques and only increases the processing gain in order to increase the survivability of the communication. However, in order to increase processing gain, there is a disadvantage that the PN (pseudo-noise) chip speed, which is a spreading code, must be increased within the same data transmission rate.

또한, 실제 확산시킬 수 있는 대역폭 또한 제한되어 있기 때문에 구현적인 측면에서 문제가 발생된다. In addition, since the actual spreading bandwidth is also limited, problems arise in terms of implementation.

특히, 현재 고속 전송을 지향하고 있는 통신 시스템에서 PN 칩을 데이터 전송 속도보다 더 높은 속도로 생성하는 부분은 경제성이 떨어지는 문제점도 있다. Particularly, in a communication system which is currently aiming at high-speed transmission, a portion where a PN chip is generated at a speed higher than a data transmission speed is also problematic in that it is not economical.

또한, CSS(Chirp Spread Spectrum) 시스템에서도 시간 대역폭 곱( Time-Bandwidth Product)

Figure 112016085458810-pat00001
만을 고려하여 항재밍/저피탐 성능을 높이려고 접근하고 있다는 문제점이 있다. In a CSS (Chirp Spread Spectrum) system, a time-bandwidth product
Figure 112016085458810-pat00001
There is a problem in approaching to improve anti-jamming / low-fat performance.

1. 한국등록특허번호 제10-1034949호(2011.05.06)(발명의 명칭: 톤 재밍 신호에 따른 ＣＳＳ시스템의 성능 분석 방법)1. Korean Registered Patent No. 10-1034949 (May 05, 2011) (Title of the invention: Performance analysis method of CSS system according to tone jamming signal) 2. 한국등록특허번호 제10-1040799호(2011.06.03)(발명의 명칭: 처프 신호 스프레드 스펙트럼 기반의 직접 변조-차동 ４상 위상 변이 키잉 시스템에서의 부분 대역 방해 전파환경에 대한 비트오류율 분석 방법 및 그 장치)Method for analyzing bit error rate for partial band jamming environment in direct modulation-differential four-phase phase-shift keying system based on chirp signal spread spectrum method And its apparatus)

1. 장원석, "대역확산 무선통신 시스템에서 수신부 최적 복조기법에 관한 연구"학위논문(박사) 아주대학교 2004년1. Jang, Won-Seok, "A Study on Optimum Receiver Demodulation Technique in Spread Spectrum Wireless Communication System" Dissertation (Ph.D.) Ajou University 2004 2. 김백현외, "열차제어를 위한 무선통신 시스템의 생존성 검토"한국철도학회 2003년도 추계학술대회 논문집(III)2. Kim, Baek Hyun et al., "Surveillance of Radio Communication System for Train Control", Proceedings of the KSRS Fall III Conference,

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 주어진 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)

Figure 112016085458810-pat00002
내에서 통신의 생존성을 증대시키기 위한 접근 방식을 구현하는 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to solve the problem according to the above background art, and a time-bandwidth product (Time-Bandwidth Product)
Figure 112016085458810-pat00002
And more particularly, to a method and apparatus for increasing the survivability of a wireless communication system implementing an approach for enhancing the survivability of communication within a wireless communication system.

또한, 본 발명은 서로 다른 두 개의 처프 신호(Chirp) 사이에서 발생되는 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려하는 효율적인 항재밍/저피탐 기법을 구현하는 변복조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a modulation / demodulation method that realizes an efficient anti-jamming / low-complexity technique considering cross-correlation between two different chirp signals.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 주어진 시간 대역폭 곱( Time-Bandwidth Product)

Figure 112016085458810-pat00003
내에서 통신의 생존성을 증대시키기 위한 접근 방식을 구현하는 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-described object, the present invention provides a time-
Figure 112016085458810-pat00003
The present invention provides a modulation and demodulation method for increasing the survivability of a wireless communication system implementing an approach for enhancing the survivability of communication within a wireless communication system.

상기 변복조 방법은,The modulation / demodulation method includes:

송신기와 수신기를 갖는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법으로서, A modulation and demodulation method for increasing the survivability of a chirp spread spectrum (CSS) wireless communication system having a transmitter and a receiver,

(a) 상기 송신기가 입력 신호를 변조하여 변조 신호를 생성하는 단계;(a) modulating an input signal by the transmitter to generate a modulated signal;

(b) 상기 송신기가 상기 변조 신호의 생존성 증대를 위해 상기 변조 신호에 시간 대역폭 곱 및 교차 상관성 특성을 고려하는 단계; 및(b) considering the time-bandwidth product and cross-correlation property of the modulated signal for the transmitter to increase the survivability of the modulated signal; And

(c) 상기 송신기가 상기 시간 대역폭 곱 및 교차 상관성 특성을 이용하여 항재밍 성능을 분석하는 단계;(c) analyzing the anti-jamming performance of the transmitter using the time-of-band product and the cross-correlation property;

(d) 상기 송신기가 상기 시간 대역폭 곱 및 교차 상관성 특성을 적용하여 재밍 출력 신호를 생성하는 단계; 및(d) generating a jamming output signal by applying the time-domain product and cross-correlation property to the transmitter; And

(e) 상기 수신기가 상기 재밍 출력 신호를 복조하여 복조 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.(e) demodulating the jamming output signal by the receiver to generate a demodulation signal.

또한, 상기 (b) 단계는 다양한 처프 신호 타입의 교차 상관성을 고려하는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the step (b) may be characterized by considering cross-correlation of various chirp signal types.

또한, 상기 (c)단계에서, 상기 항재밍 성능에 대한 분석은 수학식

Figure 112016085458810-pat00004
(여기서, Pb는 BER(Bit Error Rate) 성능이고,
Figure 112016085458810-pat00005
는 펄스 재밍의 듀티 사이클(Duty Cycle)이고,
Figure 112016085458810-pat00006
는 Q-함수(function)이며,
Figure 112016085458810-pat00007
는 신호의 에너지,
Figure 112016085458810-pat00008
는 싱글 사이드(Single-Side) 재머의 재밍 전력 밀도이고,
Figure 112016085458810-pat00009
는 처프 신호(Chirp)의 교차 상관(Cross-Correlation) 값을 의미한다)에 대해 처프 신호 기반 전송 기법에서 펄스 재밍에 대한 듀티 사이클(Duty Cycle) 및 처프 신호(Chirp) 사이에서 발생되는 교차 상관성 특성을 고려하여 펄스 재밍에 대한 항재밍 성능을 예측함으로써 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, in the step (c), the analysis on the anti-
Figure 112016085458810-pat00004
(Where P b is a bit error rate (BER) performance,
Figure 112016085458810-pat00005
Is a duty cycle of pulse jamming,
Figure 112016085458810-pat00006
Is a Q-function,
Figure 112016085458810-pat00007
The energy of the signal,
Figure 112016085458810-pat00008
Is the jamming power density of a single-side jammer,
Figure 112016085458810-pat00009
Correlation between the duty cycle (Duty Cycle) for pulse jamming and the chirp signal (Chirp) in the chirp signal-based transmission scheme for the chirp signal (Chirp) Jamming performance for pulse jamming is considered in consideration of the jamming performance.

다른 한편으로, 상기 (c)단계에서, 상기 항재밍 성능에 대한 분석은 수학식

Figure 112016085458810-pat00010
(Pb는 BER(Bit Error Rate) 성능이고,
Figure 112016085458810-pat00011
는 Q-함수(function)이며,
Figure 112016085458810-pat00012
는 신호의 에너지,
Figure 112016085458810-pat00013
는 싱글 사이드(Single-Side) 재머의 재밍 전력 밀도이고, N0는 잡음 전력 스펙트럼 밀도 (Noise Power Spectral Density),
Figure 112016085458810-pat00014
는 처프 신호(Chirp)의 교차 상관(Cross-Correlation) 값을 의미한다)에 대해 처프 신호 기반 전송 기법에서 교차 상관성 특성을 고려하여 톤 재밍에 대한 항재밍 성능을 예측함으로써 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, in the step (c), the analysis on the anti-
Figure 112016085458810-pat00010
(P b is a bit error rate (BER) performance,
Figure 112016085458810-pat00011
Is a Q-function,
Figure 112016085458810-pat00012
The energy of the signal,
Figure 112016085458810-pat00013
Is the jamming power density of the single-side jammer, N 0 is the noise power spectral density,
Figure 112016085458810-pat00014
Jamming performance for tone jamming in consideration of the cross-correlation property in the chirp signal-based transmission scheme with respect to the chirp signal Chirp (which means a cross-correlation value of the chirp signal Chirp) .

또한, 상기 처프 신호 기반 전송 기법은 CSS-BOK(Chirp Spread Spectrum - Binary Orthogonal Keying) 전송 기법인 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the chirp-based transmission scheme may be a CSS-BOK (Chirp Spread Spectrum-Binary Orthogonal Keying) transmission scheme.

다른 한편으로, 상기 처프 신호 기반 전송 기법은 CSS-DM(Chirp Spread Spectrum - direct modulation) 기법인 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, the chirp-based transmission scheme may be a CSS-DM (Chirp Spread Spectrum-Direct Modulation) scheme.

또한, 상기 처프 신호는 직교 특성을 지닌 서로 다른 처프 신호이며, 상기 송신기는 상기 서로 다른 처프 신호를 직접적으로 적용하는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the chirp signal may be a different chirp signal having an orthogonal characteristic, and the transmitter may directly apply the different chirp signals.

다른 한편으로, 상기 처프 신호는 대역 확산을 위한 PN 코드의 역할을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, the chirp signal may be a PN code for spread spectrum.

또한, 상기 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)이 커질수록 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성이 낮아져서 직교 특성이 높아지는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, as the time-bandwidth product increases, the cross-correlation characteristic decreases and the orthogonal characteristic increases.

또한, 상기 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성은 다중 선형 처프 신호(Multiple Linear Chirp; MLC) 기법 또는 비선형 처프 신호(Non-Linear Chirp) 기법을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the cross-correlation characteristic may be calculated using a multiple linear chirp (MLC) technique or a non-linear chirp technique.

본 발명에 따르면, 동일한 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)

Figure 112016085458810-pat00015
내에서 통신의 생존성을 증대시키기 위한 접근 방식을 구현함으로써 무선 통신 시스템의 생존성을 증대할 수 있다.According to the present invention, the same Time-Bandwidth Product
Figure 112016085458810-pat00015
It is possible to increase the survivability of the wireless communication system by implementing an approach to increase the survivability of the communication within the wireless communication system.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 서로 다른 두 개의 처프 신호(Chirp) 사이에서 발생되는 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려하는 효율적인 항재밍/저피탐 기법을 구현할 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that an efficient anti-jamming / low-fidelity technique that takes into account cross-correlation between two different chirp signals can be implemented.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 단순히 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)만을 고려한 기법보다 교차 상관성(Cross-Correlation)까지 고려함으로써저피탐 성능이 우수하다는 점을 들 수 있다.Further, another advantage of the present invention is that the low-pass performance is excellent by considering cross-correlation rather than simply considering a time-bandwidth product.

도 1은 일반적인 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서의 일반적인 탐지확률을 보여주는 그래프이다.
도 2는 일반적인 광대역 재밍 신호의 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 일반적인 다양한 톤 재밍 신호의 스펙트럼을 보여주는 도면이다.
도 4는 일반적으로 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)에 따른 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5는 일반적인 무선 통신 시스템 모델을 보여주는 개념도이다.
도 6은 도 5에 도시된 인터셉터(531)에 구성되는 라디오미터(radiometer)의 세부 구성도를 보여주는 블록도이다.
도 7은 일반적인 광대역 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 톤 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 SLC(Single Linear Chirp) 기법과 MLC(Multiple Linear Chirp) 기법의 저피탐 성능 비교의 예를 보여주는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 시스템(1800)의 구성 블록도이다.
도 19는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 시스템(1900)의 구성 블록도이다.FIG. 1 is a graph showing a general detection probability in a general AWGN (Additive White Gaussian Noise) environment.
2 is a diagram showing an example of a general wideband jamming signal.
3 is a diagram showing a spectrum of a general variety of tone jamming signals.
FIG. 4 is a graph showing a cross-correlation characteristic according to a time-bandwidth product.
5 is a conceptual diagram showing a general wireless communication system model.
FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of a radiometer configured in the interceptor 531 shown in FIG.
7 is a graph showing anti-jamming performance in a general wideband jamming environment.
8 is a graph illustrating anti-jamming performance in a broadband jamming environment according to an embodiment of the present invention.
9 to 12 are graphs illustrating anti-jamming performance in a pulse jamming environment according to an embodiment of the present invention.
13 to 16 are graphs showing anti-jamming performance in a tone jamming environment according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a graph showing an example of comparison of low-pass performance between an SLC (Single Linear Chirp) technique and an MLC (Multiple Linear Chirp) technique according to an embodiment of the present invention.
18 is a configuration block diagram of a modulation and demodulation system 1800 for increasing the survivability of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram of a modulation and demodulation system 1900 for increasing the survivability of a wireless communication system according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a modulation and demodulation method for increasing the survivability of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 환경에서의 일반적인 탐지확률을 보여주는 그래프이다. 도 1을 참조하면, AWGN 환경에서의 일반적인 탐지확률

Figure 112016085458810-pat00016
의 성능은 다음 수학식으로 표현되며, 이론적인 값을 도시한 도면이 도 3이다.FIG. 1 is a graph showing a general detection probability in a general AWGN (Additive White Gaussian Noise) environment. Referring to FIG. 1, a general detection probability in an AWGN environment
Figure 112016085458810-pat00016
Is expressed by the following equation, and FIG. 3 is a diagram showing a theoretical value.

Figure 112016085458810-pat00017
Figure 112016085458810-pat00017

여기서,

Figure 112016085458810-pat00018
는 오경보율 (Probability of False Alarm)로 일반적으로는 10-6을 가정하며, SNR은 신호대 잡음비(signal to noise ratio)를 나타내고, Q 함수(Q-function)는 다음 수학식과 같이 정의된다.here,
Figure 112016085458810-pat00018
Is a Probability of False Alarm, which is generally assumed to be 10 -6 , SNR denotes a signal to noise ratio, and a Q-function is defined by the following equation.

Figure 112016085458810-pat00019
Figure 112016085458810-pat00019

여기서, x는 적분의 시작점, e는 지수 함수(Exponential Function)을 나타낸다.Where x is the starting point of the integration and e is the exponential function.

도 2는 일반적인 광대역 재밍 신호의 예를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 광대역 재밍은 광대역 변조를 통해 모든 주파수 대역을 동시에 커버하는 임의의 주파수에 재밍을 가하는 방식을 말한다. 도 2에 도시된 바와 같이 확산된 신호의 대역

Figure 112016085458810-pat00020
내에 전체 전력이
Figure 112016085458810-pat00021
인 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 형태로 존재한다. 다음 수학식은 광대역 재밍 환경에서 일반적인 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 시스템의 이론적인 BER(Bit Error Rate) 성능을 나타낸 것이다.2 is a diagram showing an example of a general wideband jamming signal. Referring to FIG. 2, broadband jamming refers to a method of jamming an arbitrary frequency that simultaneously covers all frequency bands through broadband modulation. As shown in FIG. 2,
Figure 112016085458810-pat00020
Full power within
Figure 112016085458810-pat00021
In the form of Additive White Gaussian Noise (AWGN). The following equation shows the theoretical bit error rate (BER) performance of a conventional Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) system in a broadband jamming environment.

Figure 112016085458810-pat00022
Figure 112016085458810-pat00022

여기서, Eb는 신호의 에너지, Nj는 싱글 사이드(Single-Side) 재머의 재밍 전력 밀도를 나타낸다.Where E b is the energy of the signal, and N j is the jamming power density of the single-side jammer.

또한, 도 2에서

Figure 112016085458810-pat00023
는 중심 주파수,
Figure 112016085458810-pat00024
는 확산 대역폭 (Hz),
Figure 112016085458810-pat00025
는 확산 대역폭 내의 재밍 전력을 나타낸다.2,
Figure 112016085458810-pat00023
The center frequency,
Figure 112016085458810-pat00024
Is the spreading bandwidth (Hz),
Figure 112016085458810-pat00025
Represents the jamming power within the spread bandwidth.

한편, 펄스 재밍은 시간 영역에서의 짧은 신호가 주파수 영역에서 넓게 나타나는 특성을 이용하여 짧은 시간 동안 강력한 펄스를 발생시켜 재밍을 가하는 기술이다. 펄스 재밍 환경에서는 단위 시간 당 펄스의 듀티 사이클(Duty Cycle)

Figure 112016085458810-pat00026
이 항재밍 성능에 영향을 미치는데
Figure 112016085458810-pat00027
가 짧을수록 한 심벌에 여러 개의 재밍 신호가 간섭을 일으키게 되어 항재밍 성능이 저하된다. On the other hand, pulse jamming is a technique of applying jamming by generating a strong pulse for a short time using a characteristic in which a short signal in the time domain appears widely in the frequency domain. In a pulse jamming environment, a duty cycle of a pulse per unit time
Figure 112016085458810-pat00026
This affects jamming performance
Figure 112016085458810-pat00027
The jamming performance of several jamming signals is interfered with one symbol.

일반적으로 펄스 재밍에 대한 항재밍 방안은 코딩과 인터리빙을 이용하는 방안이 있다. 다음 수학식은 펄스 재밍 상황에서 일반적인 DS/BPSK(Direct-Sequence/ Binary Phase Shift Keying) 시스템의 이론적인 BER(Bit Error Rate) 성능을 나타낸 것으로,

Figure 112016085458810-pat00028
일 때 광대역 재밍과 동일한 BER 성능을 보인다.In general, anti-jamming schemes for pulse jamming are based on coding and interleaving. The following equation shows the theoretical BER (Bit Error Rate) performance of a general DS / BPSK (Binary Phase Shift Keying) system in a pulse jamming situation,
Figure 112016085458810-pat00028
, It shows the same BER performance as broadband jamming.

Figure 112016085458810-pat00029
Figure 112016085458810-pat00029

여기서,

Figure 112016085458810-pat00030
는 단위 시간 당 펄스의 듀티 사이클을 나타낸다.here,
Figure 112016085458810-pat00030
Represents the duty cycle of the pulse per unit time.

도 3은 일반적인 다양한 톤 재밍 신호의 스펙트럼을 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 하나 또는 여러 개의 톤으로 재밍을 가하는 방식으로, 다음 수학식과 같이 표현된다.3 is a diagram showing a spectrum of a general variety of tone jamming signals. Referring to FIG. 3, in a manner of jamming with one or several tones, it is represented by the following equation.

Figure 112016085458810-pat00031
Figure 112016085458810-pat00031

여기서,

Figure 112016085458810-pat00032
는 톤의 개수, t는 시간,
Figure 112016085458810-pat00033
는 톤의 크기, 는 톤의 주파수,
Figure 112016085458810-pat00035
는 톤의 위상을 의미한다.here,
Figure 112016085458810-pat00032
Is the number of tones, t is the time,
Figure 112016085458810-pat00033
The size of the tone, Is the frequency of the tone,
Figure 112016085458810-pat00035
Means the phase of the tone.

톤 재밍에 대한 항재밍 방안은 대역 확산을 통해 재밍의 점유 대역의 비를 낮추는 방안으로 확산 대역폭을 증가시킬수록 항재밍 성능은 향상된다. 다음 수학식은 톤 재밍에 대한 DS/BPSK 시스템의 BER 성능을 나타낸 것이다.The anti-jamming scheme for tone jamming is a method of lowering the occupied bandwidth ratio of jamming through spread spectrum. The anti-jamming performance is improved as the spreading bandwidth is increased. The following equation shows the BER performance of the DS / BPSK system for tone jamming.

Figure 112016085458810-pat00036
Figure 112016085458810-pat00036

여기서, N0는 잡음 전력 스펙트럼 밀도 (Noise Power Spectral Density) 을 나타낸다.Where N 0 represents the noise power spectral density.

도 4는 일반적으로 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)에 따른 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성을 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 적군의 아군의 신호에 대한 재밍 및 탐지 기법에 대응할 수 있는 무선통신 신호의 생존성 향상 기법으로는 DSSS(Direct Sequency Spread Spectrum), FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum), CSS(Chirp Spread Spectrum) 기법이 있다. FIG. 4 is a graph showing a cross-correlation characteristic according to a time-bandwidth product. Referring to FIG. 4, techniques for improving survivability of a wireless communication signal that can cope with a jamming and detection technique for a friend group's signal include Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) Spread Spectrum) technique.

여기서는 본 발명의 일실시예에서 주로 비교하고자 하는 일반적인 CSS 기법의 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)

Figure 112016085458810-pat00037
를 설명한다. Time-Bandwidth Product
Figure 112016085458810-pat00038
는 CSS 시스템에서 사용되는 용어로, 일반적인 DSSS와 FHSS에서의 처리 이득(Processing Gain)과 동일한 개념으로 사용된다. Here, in the embodiment of the present invention, a time-bandwidth product (CSS)
Figure 112016085458810-pat00037
. Time-Bandwidth Product
Figure 112016085458810-pat00038
Is a term used in the CSS system. It is used in the same concept as the processing gain in general DSSS and FHSS.

여기서

Figure 112016085458810-pat00039
은 처프 신호 지속기간(Chirp Duration)으로 단위는 초(s)이고,
Figure 112016085458810-pat00040
는 처프 신호 대역폭(Chirp Bandwidth)으로 단위는 헤르츠(Hz)가 된다. 즉, 처프 신호(Chirp) 신호를 이용하여 확산하고자 하는 대역폭을 의미한다. 따라서, 시간 대역폭(Time-Bandwidth Product)
Figure 112016085458810-pat00041
가 높을수록 항재밍/저피탐 성능 또한 높아질 것으로 예상할 수 있다. 다음 수학식은 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)
Figure 112016085458810-pat00042
에 따른 일반적인 CSS 시스템의 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성을 표현한 것이다.here
Figure 112016085458810-pat00039
Is the chirp duration, expressed in seconds,
Figure 112016085458810-pat00040
Is a chirp bandwidth (unit: hertz (Hz)). That is, it means a bandwidth to be spread using a chirp signal. Thus, the time-bandwidth product
Figure 112016085458810-pat00041
It can be expected that the anti-jamming / anti-jamming performance will also increase. The following equation is the time-bandwidth product:
Figure 112016085458810-pat00042
And the cross-correlation characteristics of a typical CSS system according to the present invention.

Figure 112016085458810-pat00043
Figure 112016085458810-pat00043

여기서,

Figure 112016085458810-pat00044
는 시간 대역폭 곱을 나타내며,
Figure 112016085458810-pat00045
와
Figure 112016085458810-pat00046
에 대한 두 개의 적분은 Fresnel's 적분으로 다음 수학식과 같다.here,
Figure 112016085458810-pat00044
Represents the time-bandwidth product,
Figure 112016085458810-pat00045
Wow
Figure 112016085458810-pat00046
The two integrals for Fresnel's integral are as follows.

Figure 112016085458810-pat00047
Figure 112016085458810-pat00047

도 4는 위 수학식 7의 결과를 도시한 것으로, 처프 신호 지속 기간(Chirp Duration)

Figure 112016085458810-pat00048
이 1
Figure 112016085458810-pat00049
이고, 처프 신호 대역폭(Chirp Bandwidth)
Figure 112016085458810-pat00050
가 50MHz 일 때의 결과이다. 도 4의 결과를 분석하면 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)
Figure 112016085458810-pat00051
가 커질수록 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성이 줄어들게 되므로 항재밍/저피탐 특성을 높일 수 있다는 것을 의미한다.FIG. 4 shows the result of Equation (7). The chirp duration (Chirp Duration)
Figure 112016085458810-pat00048
This 1
Figure 112016085458810-pat00049
, The chirp bandwidth (chirp bandwidth)
Figure 112016085458810-pat00050
Is 50 MHz. Analysis of the results of FIG. 4 reveals that the Time-Bandwidth Product
Figure 112016085458810-pat00051
The cross-correlation characteristics are reduced, which means that the anti-jamming / low-fatigue characteristic can be enhanced.

도 5는 일반적인 무선 통신 시스템 모델(500)을 보여주는 개념도이다. 특히, 도 5는, 전자전에서의 무선통신 시스템 모델(500)을 도시한 것으로, 무선통신 시스템(500)은 송신기(510), 송신기 안테나(511), 아군의 수신기(520), 아군의 수신기 안테나(521), 적군의 수신기(530), 제 1 안테나(532-1), 제 2 안테나(532-1) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 적군의 수신기(530)에는 신호를 인터셉트하는 인터셉터(531) 및 재밍을 수행하는 재머(532) 등이 구성된다.5 is a conceptual diagram showing a general wireless communication system model 500. FIG. 5 illustrates a wireless communication system model 500 in an electronic warfare wherein the wireless communication system 500 includes a transmitter 510, a transmitter antenna 511, a friendly receiver 520, The first antenna 532-1, the second antenna 532-1, and the like. In addition, an enemy group receiver 530 is configured with an interceptor 531 for intercepting a signal, a jammer 532 for jamming, and the like.

본 발명의 일실시예에서는 아군의 송신기(510)가 아군의 수신기(Intended Receiver)(520)로 전송하는 신호를 적군의 수신기 (Unintended Receiver)(530)가 탐지하는 것으로 가정한다.In an embodiment of the present invention, it is assumed that an enemy receiver (Unintended Receiver) 530 detects a signal transmitted from a friendly transmitter 510 to an associated receiver 520. [

실제 전자전 환경에서 적군의 수신기(530)에 있는 인터셉터(Interceptor)(531)는 아군의 수신기(520)로 전송되는 신호에 대한 도ㅇ감청 및/또는 재밍 신호를 발생시키기 위한 목적으로, 제일 먼저 신호의 존재 유무를 탐지하려고 시도한다. In an actual electronic warfare environment, an interceptor 531 in the enemy's receiver 530 is used to generate a first signal (e. G., A signal < / RTI > The presence of the < / RTI >

저피탐(Low Probability of Detection) 기술은 인터셉터(Interceptor)(531)에서 신호가 탐지되는 확률을 줄이기 위한 기술로서, 항재밍 성능을 1차적으로 향상시킬 수 있는 기술이기 때문에 항재밍/저피탐을 동시에 만족시킬 수 있는, 무선통신의 생존성 증대를 위한 변복조 기법이 필요하다.The Low Probability of Detection technique is a technique for reducing the probability that a signal is detected at the interceptor 531. Since the technique can improve the anti-jamming performance, the anti-jamming / We need modulation and demodulation techniques to increase the survivability of wireless communication.

도 6은 도 5에 도시된 인터셉터(531)에 구성되는 라디오미터(radiometer)의 세부 구성도를 보여주는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 라디오미터(radiometer)는 신호를 수신하는 제 1 안테나(531-1), 신호를 필터링하는 대역통과 필터(610), 필터링된 신호를 제곱 함수를 이용하여 처리하는 제곱 함수(Squaring Function)기(620), 신호를 적분하는 적분기(Integrator)(630), 그리고 신호를 비교하는 비교기(Comparator)(640) 등을 포함하여 구성될 수 있다. FIG. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of a radiometer configured in the interceptor 531 shown in FIG. Referring to FIG. 6, a radiometer includes a first antenna 531-1 for receiving a signal, a bandpass filter 610 for filtering the signal, a square function for processing the filtered signal using a square function A squaring function unit 620, an integrator 630 for integrating a signal, and a comparator 640 for comparing signals.

이러한 라디오미터(Radiometer)는 광대역의 신호를 탐지할 수 있어 모든 형태의 대역 확산 신호를 탐지할 수 있다고 가정한다. 따라서, 라디오미터(Radiometer)를 이용한 에너지 탐지(Energy Detection) 기법이 일반적으로 사용된다.It is assumed that this radiometer can detect wideband signals and detect all types of spread spectrum signals. Therefore, an energy detection technique using a radiometer is generally used.

라디오미터(Radiometer)에서 탐지되는 수신 신호의 에너지

Figure 112016085458810-pat00052
는 다음 수학식과 같이 표현된다.The energy of the received signal detected by the radiometer
Figure 112016085458810-pat00052
Is expressed by the following equation.

Figure 112016085458810-pat00053
Figure 112016085458810-pat00053

여기서, r은 수신 신호, T는 적분기의 샘플링 시간을 나타낸다.Where r is the received signal and T is the sampling time of the integrator.

따라서, 라디오미터(Radiometer)는

Figure 112016085458810-pat00054
시간에서 발생되는 에너지의 양을 임계치 (Threshold)
Figure 112016085458810-pat00055
와 비교하여 신호의 존재 유무를 탐지하게 된다.Thus, the Radiometer
Figure 112016085458810-pat00054
The amount of energy generated in the time is defined as a threshold (Threshold)
Figure 112016085458810-pat00055
The presence of the signal is detected.

본 발명의 일실시예에서는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 기반 무선통신 시스템의 생존성 증대를 위한 접근 방법으로 기존의 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)

Figure 112016085458810-pat00056
뿐만이 아니라 서로 다른 두 개의 처프 신호(Chirp) 사이에서 발생되는 교차 상관성(Cross-Correlation)도 고려한다. In an embodiment of the present invention, a conventional Time-Bandwidth Product (CSI) is an approach for increasing the viability of a chirp spread spectrum (CSI) based wireless communication system.
Figure 112016085458810-pat00056
In addition, cross-correlation between two different chirp signals is also considered.

그리고 시스템을 설계하기 위해서는 각 전송 기법에 대한 이론적인 성능이 필요하다. 이를 위해 우선 다양한 항재밍 성능에 대한 이론적인 값을 구하고, 이론적인 성능을 검증하고 비교하기 위해 CSS-BOK(Chirp Spread Spectrum - Binary Orthogonal Keying) 전송 기법과 CSS-DM(Chirp Spread Spectrum - direct modulation) 기법을 이용하여 모의실험을 실시하였다. 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려하는 기법으로는 다중 선형 처프 신호(Multiple Linear Chirp; MLC) 기법과 비선형 처프 신호(Non-Linear Chirp) 기법 등이 있을 수 있다. To design the system, the theoretical performance of each transmission technique is required. For this purpose, we first derive the theoretical values for various anti-jamming performance, and compare the CSS-BOK (Chirp Spread Spectrum-Binary Orthogonal Keying) transmission technique and the CSS-DM (Chirp Spread Spectrum-direct modulation) Simulation experiments were performed. There are several techniques considering cross-correlation, such as multiple linear chirp (MLC) and non-linear chirp techniques.

본 발명의 일실시예에서는 그 중 한 예로, 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려하는 기법으로 MLC 기법을 고려하였으며, 별도의 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려하지 않고 TmBw만을 고려하는 단일 선형 처프 신호(Single Linear Chirp; SLC) 기법과 항재밍/저피탐 성능을 비교하였다.In one embodiment of the present invention, an MLC technique is considered as a technique considering cross-correlation, and a single linear chirp that considers only TmBw without consideration of a separate cross-correlation Signal (Single Linear Chirp) and anti - jamming / low - pass performance.

항재밍 측면에서 광대역 재밍에 대한 항재밍 성능은 일반적인 AWGN (Additive White Gaussian Noise) 환경에서의 전송 성능과 동일하다. 따라서, 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성

Figure 112016085458810-pat00057
을 고려한 광대역 재밍에 대한 CSS-BOK 시스템의 항재밍 성능(PAJ)은 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다. In terms of anti-jamming, the anti-jamming performance for broadband jamming is the same as the transmission performance in a general AWGN (Additive White Gaussian Noise) environment. Therefore, the cross-correlation characteristic
Figure 112016085458810-pat00057
The anti-jamming performance (P AJ ) of the CSS-BOK system for broadband jamming can be expressed as the following equation.

Figure 112016085458810-pat00058
Figure 112016085458810-pat00058

여기서,

Figure 112016085458810-pat00059
는 Q-함수(function)이며,
Figure 112016085458810-pat00060
는 신호의 에너지,
Figure 112016085458810-pat00061
는 싱글 사이드(Single-Side) 재머의 재밍 전력 밀도를 의미한다.here,
Figure 112016085458810-pat00059
Is a Q-function,
Figure 112016085458810-pat00060
The energy of the signal,
Figure 112016085458810-pat00061
Means the jamming power density of a single-side jammer.

도 7은 일반적인 광대역 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 7은 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려하지 않은 일반적인 SLC 기법과 일반적인 DS/BPSK(Direct Sequence Binary Phase Shift Keying)의 전송 성능 결과를 비교한 것이다. 도 7을 참조하면, CSS-DM 기법은 DS/BPSK 기법과 동일한 성능을 보이며, CSS-BOK 기법은 SLC의 교차 상관 계수(Cross-Correlation Coefficient)

Figure 112016085458810-pat00062
를 고려한 이론적인 결과와 동일한 것을 확인할 수 있다.7 is a graph showing anti-jamming performance in a general wideband jamming environment. In particular, FIG. 7 compares transmission performance results of a general SLC technique that does not consider cross-correlation and a general DS / BPSK (Direct Sequence Binary Phase Shift Keying). 7, the CSS-DM scheme has the same performance as the DS / BPSK scheme, the CSS-BOK scheme has a cross-correlation coefficient of SLC,
Figure 112016085458810-pat00062
The results are the same as the theoretical results.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광대역 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다. 특히, 도 8은 CSS 기법과 MLC 기법의 전송 성능 결과를 비교한 것이다.8 is a graph illustrating anti-jamming performance in a broadband jamming environment according to an embodiment of the present invention. In particular, FIG. 8 compares transmission performance results of the CSS technique and the MLC technique.

CSS-DM 계열은 DS/BPSK 기법과 동일한 성능을 보였고, CSS-BOK 계열은 교차 상관 계수(Cross-correlation Coefficient)

Figure 112016085458810-pat00063
를 고려한 MLC(Multiple Linear Chirp)의 성능이 Cross-Correlation Coefficient
Figure 112016085458810-pat00064
를 고려하지 않은 SLC 기법의 성능보다 향상된 것을 확인하였다. 특히 CSS-BOK 계열에서는 업-MLC(Up-MLC) 기법의 성능이 SLC 기법보다 BER 10-4에서 약 1dB 정도 향상된 것을 확인할 수 있고, 업/다운-MLC(Up/Down-MLC)의 경우에는 약 2.5dB 정도 향상된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 수학식 10의 이론적인 항재밍 성능과 모의실험 성능이 동일한 것을 확인할 수 있다.The CSS-DM series has the same performance as the DS / BPSK scheme, the CSS-BOK series has the cross-correlation coefficient,
Figure 112016085458810-pat00063
The performance of MLC (Multiple Linear Chirp) considering Cross-Correlation Coefficient
Figure 112016085458810-pat00064
The performance of the SLC method without consideration of the SLC technique is improved. In particular, in the CSS-BOK system, the performance of the up-MLC scheme is improved by about 1 dB at the BER 10 -4 compared with the SLC scheme. In the case of the up / down-MLC scheme It can be confirmed that it is improved by about 2.5 dB. It can be confirmed that the theoretical anti-jamming performance and the simulation performance of Equation (10) are the same.

다음으로, 펄스 재밍에 대한 항재밍 성능을 살펴 보기로 한다. 수학식 4 및 수학식 10을 이용하여 펄스 재밍에 대한 CSS-BOK 기법의 항재밍 성능을 다음 수학식과 같이 수식적으로 표현할 수 있다.Next, the anti-jamming performance for pulse jamming will be described. The anti-jamming performance of the CSS-BOK scheme for pulse jamming can be expressed mathematically as Equation (4) and Equation (10) as follows.

Figure 112016085458810-pat00065
Figure 112016085458810-pat00065

여기서,

Figure 112016085458810-pat00066
는 펄스 재밍의 듀티 사이클(Duty Cycle)이고,
Figure 112016085458810-pat00067
는 처프 신호(Chirp)의 교차 상관 계수(Cross-Correlation Coefficient)를 의미한다.(여기서 Cross-correlation은 물리적인 특성에 해당되며, Cross-correlation Coefficient는 물리적인 특성에 해당하는 값을 의미한다.)here,
Figure 112016085458810-pat00066
Is a duty cycle of pulse jamming,
Figure 112016085458810-pat00067
Means the cross-correlation coefficient of the chirp (Chirp) (where the cross-correlation corresponds to a physical characteristic and the cross-correlation coefficient means a value corresponding to a physical characteristic).

도 9 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 펄스 재밍 환경에서의 항재밍 성능을 보여주는 그래프이다. 도 9 내지 도 12를 참조하면, SLC 기법과 MLC 기법의 펄스 재밍에 대한 항재밍 성능의 비교 결과를 도시한 것이다. 펄스 재밍의 듀티 사이클(Duty Cycle)

Figure 112016085458810-pat00068
이 1, 0.5, 0.1, 0.01일때 각각의 항재밍 성능의 비교 결과를 보여주는 그래프가 각각 도 9 내지 도 12에 도시된다.9 to 12 are graphs illustrating anti-jamming performance in a pulse jamming environment according to an embodiment of the present invention. 9 to 12, there are shown comparison results of anti-jamming performance for pulse jamming of the SLC technique and the MLC technique. Duty cycle of pulse jamming
Figure 112016085458810-pat00068
9 to 12 are graphs showing the results of comparison of the anti-jamming performance at 1, 0.5, 0.1, and 0.01, respectively.

0.01처럼 짧을 때에는

Figure 112016085458810-pat00069
가 증가하여도 성능에 제한이 발생되는 것을 확인할 수 있다. 이것은 펄스 재밍의 특성 상 펄스 재밍의 Duty Cycle
Figure 112016085458810-pat00070
가 작아지면,
Figure 112016085458810-pat00071
가 작아지기 때문에 발생되는 현상이다. CSS-DM 계열의 성능은 Chirp 신호가 PN 코드로 사용되었기 때문에 일반적인 DS/BPSK의 항재밍 성능과 동일한 것을 확인할 수 있다. When it is as short as 0.01
Figure 112016085458810-pat00069
It can be seen that the performance is limited. This is because of the characteristics of pulse jamming, the pulse jamming duty cycle
Figure 112016085458810-pat00070
Lt; / RTI >
Figure 112016085458810-pat00071
Is small. Since the Chirp signal is used as a PN code, the performance of the CSS-DM series can be confirmed to be the same as the anti-jamming performance of a general DS / BPSK.

그러나 CSS-BOK 계열은 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성

Figure 112016085458810-pat00072
를 고려한 MLC 기법의 항재밍 성능이 SLC 기법보다 Duty Cycle
Figure 112016085458810-pat00073
이 짧을 상황에서도 우수한 것을 확인할 수 있다. 그리고 수학식 11의 이론적인 성능과 동일함을 볼 수 있다.However, the CSS-BOK series has cross-correlation characteristics
Figure 112016085458810-pat00072
The anti-jamming performance of the MLC scheme considering the Duty Cycle
Figure 112016085458810-pat00073
It can be confirmed that this method is excellent even in a short time. And the theoretical performance of Equation (11) can be seen.

한편 톤 재밍에 대한 항재밍의 성능을 살펴보면, 수학식 6과 수학식 10을 이용하여 톤 재밍에 대한 CSS-BOK 기법의 항재밍 성능을 다음 수학식과 같이 표현할 수 있다.Meanwhile, the anti-jamming performance of tone-jamming can be expressed as Equation (6) and Equation (10) as follows.

Figure 112016085458810-pat00074
Figure 112016085458810-pat00074

도 13 내지 도 16은 SLC 기법과 MLC 기법의 톤 재밍에 대한 항재밍 성능의 비교 결과를 도시한 것이다. 톤 재밍의 특성 상

Figure 112016085458810-pat00075
의 크기가 큰 경우에는
Figure 112016085458810-pat00076
가 커져도 항재밍 성능에 제한이 발생되는 것을 확인할 수 있다. CSS-DM 계열의 성능은 펄스 재밍의 항재밍 성능과 동일하게 일반적인 DS/BPSK 변조 기법의 항재밍 성능과 동일한 것을 확인할 수 있다. 그러나, CSS-BOK 계열은 Cross-Correlation
Figure 112016085458810-pat00077
를 고려한 MLC 기법에서 항재밍 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다. 그리고 수학식 12의 이론적인 성능과 동일함을 볼 수 있다.13 to 16 show comparison results of anti-jamming performance for tone jamming of the SLC technique and the MLC technique. Characteristics of tone jamming
Figure 112016085458810-pat00075
Is large
Figure 112016085458810-pat00076
It can be seen that the anti-jamming performance is limited. The performance of the CSS-DM series is the same as the anti-jamming performance of the pulse jamming, which is the same as the anti-jamming performance of the general DS / BPSK modulation technique. The CSS-BOK series, however,
Figure 112016085458810-pat00077
The anti-jamming performance is improved in the MLC method considering the above-mentioned case. And the theoretical performance of Equation (12).

한편, 저피탐 측면에서 살펴보면, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 SLC(Single Linear Chirp) 기법과 MLC(Multiple Linear Chirp) 기법의 저피탐 성능 비교의 예를 보여주는 그래프이다. 도 17을 참조하면, 일반적인 DS/BPSK 기법은

Figure 112016085458810-pat00078
가 20dB, SLC 기법은 27dB, 그리고 교차 상관성(Cross-Correlation)을 고려한 기법 중 하나인 업-MLC(Up-MLC) 기법은 31dB, 또 다른 MLC 기법 중에 하나인 업/다운-MLC(Up/Down-MLC) 기법은 35dB에서 100% 탐지가 되는 것을 볼 수 있다. 17 is a graph illustrating an example of comparison of the low-pass performance of the SLC (Single Linear Chirp) technique and the MLC (Multiple Linear Chirp) technique according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 17, a typical DS / BPSK scheme
Figure 112016085458810-pat00078
(Up-MLC) technique, which is one of techniques considering cross-correlation, is 31 dB, and up / down-MLC (Up / Down) -MLC) technique is 100% detection at 35dB.

이에 따라 MLC 기법의 저피탐 성능이 일반적인 DS/BPSK 기법보다는 약 11∼15dB, SLC 기법보다 약 4∼8dB 정도 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 이것은 고려된 대역통과 필터의 대역에서 MLC 신호의 에너지가 다른 기법의 신호보다 작기 때문에 발생된 결과라고 분석할 수 있다. 결과적으로 적군의 입장에서 동일한 탐지율을 얻기 위해서 더 많은 수신 전력이 필요하다는 것이며, 아군의 입장에서는 동일한 시간 대역폭(Time-Bandwidth) 내에서 저피탐 성능을 향상시킨 것이다. As a result, the low - pass performance of the MLC scheme is improved by about 11 ~ 15dB compared to the conventional DS / BPSK scheme and by about 4 ~ 8dB over the SLC scheme. This can be interpreted as a result of the fact that the energy of the MLC signal in the band of the considered bandpass filter is smaller than that of the other techniques. As a result, more receiving power is required to obtain the same detection rate from the enemy's point of view, and in the case of a friend, it improves the performance of the low-pitched detection within the same time bandwidth.

따라서 본 발명의 일실시예에서 언급한 것과 같이 단순히 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product) 만을 고려한 기법보다 교차 상관성(Cross-Correlation)까지 고려한 기법의 성능의 저피탐 성능이 우수하다는 것을 검증한다.Therefore, as mentioned in the embodiment of the present invention, it is verified that the performance of the technique considering the cross-correlation is superior to that of the technique considering only the time-bandwidth product.

도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 시스템(1800)의 구성 블록도이다. 도 18을 참조하면, Cross-Correlation을 고려하는 CSS-BOK(Bi-Orthogonal Keying) 전송 기법 기반 항재밍/저피탐 시스템의 송수신기 구조를 도시한 것이다. 18 is a configuration block diagram of a modulation and demodulation system 1800 for increasing the survivability of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 18, there is shown a transceiver structure of an anti-jamming / anti-jamming system based on a CSS-BOK (Bi-Orthogonal Keying) transmission scheme considering cross-correlation.

상관 관계부(1810)는 교차 상관성을 고려하는 기능을 수행한다. The correlation unit 1810 performs a function of considering cross-correlation.

제 1 처프 신호부(1820-1) 및 제 2 처프 신호부(1820-2)는 상관 관계부(1810)에 의해 고려되는 교차 상관성을 기반으로 전송하려는 데이터를 직교 특성을 지닌 서로 다른 처프 신호(Chirp) 신호를 생성한다.The first chirp signal portion 1820-1 and the second chirp signal portion 1820-2 are configured to transmit data to be transmitted on the basis of the cross correlation considered by the correlation portion 1810 to different chirp signals Chirp) signal.

스위칭부(1830)는 제 1 처프 신호부(1820-1) 또는 제 2 처프 신호부(1820-2)를 선택하는 기능을 수행한다.The switching unit 1830 performs a function of selecting the first chirp signal unit 1820-1 or the second chirp signal unit 1820-2.

재밍부(1840)는 제 1 처프 신호 또는 제 2 처프 신호 x(t)에 재밍 신호를 합산하여 재밍 출력 신호 y(t)를 생성하는 기능을 수행한다.The jamming unit 1840 performs a function of generating a jamming output signal y (t) by adding the jamming signal to the first chirp signal or the second chirp signal x (t).

복조기(1850)는 재밍 출력 신호을 복조하여 복조 신호를 생성한다.A demodulator 1850 demodulates the jamming output signal to generate a demodulated signal.

제 1 및 제 2 적분기(1860-1,1860-2)는 복조 신호를 적분하여 최종 출력 신호를 생성한다.The first and second integrators 1860-1 and 1860-2 integrate the demodulation signal to generate a final output signal.

결정부(1870)는 최종 출력 신호를 이용하여 전송 신호할 신호를 결정하는 기능을 수행한다.The determining unit 1870 performs a function of determining a signal to be transmitted using the final output signal.

부연하면, 도 18에 도시된 변복조 시스템(1800)은 직교 특성을 지닌 서로 다른 처프 신호를 이용해 직접적으로 변복조하는 기법이다.In addition, the modulation and demodulation system 1800 shown in FIG. 18 is a technique of directly modulating and demodulating using different chirp signals having orthogonal characteristics.

도 19는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 시스템(1900)의 구성 블록도이다. 도 19를 참조하면, 변복조 시스템(1900)은 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성을 고려하는 CSS-DM(Direct Modulation) 전송 기법 기반 항재밍/저피탐 시스템의 송수신기 구조를 도시한 것이다. FIG. 19 is a block diagram of a modulation and demodulation system 1900 for increasing the survivability of a wireless communication system according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 19, a modulation / demodulation system 1900 shows a transceiver structure of an anti-jamming / low-complexity system based on a CSS-DM (Direct Modulation) transmission scheme considering cross-correlation characteristics.

도 19를 참조하면, 변복조 시스템(1900)은, 비트 스트림 데이터 d(t)를 변조하여 이진 위상 편이 변조(Binary Phase Shift Keying; BPKS) 신호 s(t)를 생성하는 변조기(1920), 변조 신호에 처프 신호(ck(t))를 적용하여 제 1 처프 신호 x(t)를 생성하는 확산기(1930), 처프 신호 x(t)에 재밍 신호(J(t))를 합산하는 재밍부(1940), 재밍 신호(J(t))가 추가된 수신 신호 y(t)에 처프 신호(ck(t))를 적용하여 제 2 처프 신호 r(t)을 생성하는 역확산기(1950), 제 2 처프 신호 r(t)을 복조하여 복조 신호를 생성하는 복조기(1960), 복조 신호를 적분하여 최종 출력 신호를 생성하는 적분기(1970), 상관 관계부(1910)는 교차 상관성이 고려된 처프 신호를 생성하는 상관 관계부(1910), 적분기의 최종 출력 신호를 이용하여 이진 가설 검정(Binary Hypothesis Test)을 통해 수신된 신호를 결정하는 결정부(1980) 등을 포함하여 구성될 수 있다.19, the modulation / demodulation system 1900 includes a modulator 1920 that modulates bitstream data d (t) to generate a binary phase shift keying (BPKS) signal s (t) jamming unit for summing the chirp signal (c k (t)), the diffuser 1930 is applied to produce a first chirp signal x (t) of, the jamming signal (J (t)) to the chirp signal x (t) ( A despreader 1950 for applying the chirp signal c k (t) to the received signal y (t) to which the jamming signal J (t) is added to generate the second chirp signal r (t) A demodulator 1960 for demodulating the second chirp signal r (t) to generate a demodulation signal, an integrator 1970 for generating a final output signal by integrating the demodulation signal, a correlation unit 1910, A correlation unit 1910 for generating a signal, a determination unit 1980 for determining a signal received through a binary hypothesis test using the final output signal of the integrator, and the like. And it may be configured.

부연하면, 도 19에 도시되는 변복조 시스템(1900)은 Chirp 신호가 대역 확산을 위한 PN (Pseudo-Noise) 코드의 역할을 수행하기 때문에 다양한 변조가 적용 가능한 기법이다.In addition, the modulation / demodulation system 1900 shown in FIG. 19 is a technique applicable to various modulation because the Chirp signal plays a role of PN (pseudo-noise) code for spread spectrum.

500: 무선 통신 시스템 모델
510: 송신기 511: 송신기 안테나
520: 아군의 수신기 521: 아군의 수신기 안테나
530: 적군의 수신기 531: 인터셉터
531-1: 제 1 안테나 532: 재머
532-1: 제 2 안테나
1810,1910: 상관 관계부
1820-1,1820-2: 제 1 및 제 2 처프 신호부
1830: 스위칭부
1840,1940: 재밍부
1850: 복조기
1860-1,1860-2: 제 1 및 제 2 적분기
1870: 결정부
1920: 복조기
1930: 확산기 1950: 역확산기
1970: 적분기 1980: 결정부500: Wireless communication system model
510: Transmitter 511: Transmitter antenna
520: Friendly receiver 521: Friendly receiver antenna
530: enemy receiver 531: interceptor
531-1: First antenna 532: Jammer
532-1: Second antenna
1810, 1910:
1820-1 and 1820-2: first and second chirp signal sections
1830:
1840, 1940: Jamming
1850: Demodulator
1860-1, 1860-2: first and second integrators
1870:
1920: Demodulator
1930: Diffuser 1950: Despreader
1970: Integrator 1980: Decision Department

Claims (10)

송신기와 수신기를 갖는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법에 있어서,
(a) 상기 송신기가 입력 신호를 변조하여 변조 신호를 생성하는 단계;
(b) 상기 송신기가 상기 변조 신호의 생존성 증대를 위해 상기 변조 신호에 시간 대역폭 곱 및 교차 상관성 특성을 고려하는 단계; 및
(c) 상기 송신기가 상기 시간 대역폭 곱 및 교차 상관성 특성을 이용하여 항재밍 성능을 분석하는 단계;
(d) 상기 송신기가 상기 시간 대역폭 곱 및 교차 상관성 특성을 적용하여 재밍 출력 신호를 생성하는 단계; 및
(e) 상기 수신기가 상기 재밍 출력 신호를 복조하여 복조 신호를 생성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
A modulation and demodulation method for increasing the survivability of a chirp spread spectrum (CSS) wireless communication system having a transmitter and a receiver,
(a) modulating an input signal by the transmitter to generate a modulated signal;
(b) considering the time-bandwidth product and cross-correlation property of the modulated signal for the transmitter to increase the survivability of the modulated signal; And
(c) analyzing the anti-jamming performance of the transmitter using the time-of-band product and the cross-correlation property;
(d) generating a jamming output signal by applying the time-domain product and cross-correlation property to the transmitter; And
(e) demodulating the jamming output signal by the receiver to generate a demodulated signal;
And transmitting the modulated data to the CSS wireless communication system.
제 1 항에 있어서,
상기 (b) 단계는 다양한 처프 신호 타입의 교차 상관성을 고려하는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step (b) considers cross-correlation of various chirp signal types. 제 1 항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 상기 항재밍 성능에 대한 분석은 수학식
Figure 112016085458810-pat00079
(여기서, Pb는 BER(Bit Error Rate) 성능이고,
Figure 112016085458810-pat00080
는 펄스 재밍의 듀티 사이클(Duty Cycle)이고,
Figure 112016085458810-pat00081
는 Q-함수(function)이며,
Figure 112016085458810-pat00082
는 신호의 에너지,
Figure 112016085458810-pat00083
는 싱글 사이드(Single-Side) 재머의 재밍 전력 밀도이고,
Figure 112016085458810-pat00084
는 처프 신호(Chirp)의 교차 상관(Cross-Correlation) 값을 의미한다)에 대해 처프 신호 기반 전송 기법에서 펄스 재밍에 대한 듀티 사이클(Duty Cycle) 및 처프 신호(Chirp) 사이에서 발생되는 교차 상관성 특성을 고려하여 펄스 재밍에 대한 항재밍 성능을 예측함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), the analysis on the anti-
Figure 112016085458810-pat00079
(Where P b is a bit error rate (BER) performance,
Figure 112016085458810-pat00080
Is a duty cycle of pulse jamming,
Figure 112016085458810-pat00081
Is a Q-function,
Figure 112016085458810-pat00082
The energy of the signal,
Figure 112016085458810-pat00083
Is the jamming power density of a single-side jammer,
Figure 112016085458810-pat00084
Correlation between the duty cycle (Duty Cycle) for pulse jamming and the chirp signal (Chirp) in the chirp signal-based transmission scheme for the chirp signal (Chirp) Jamming performance for pulse jamming in consideration of the jamming performance of the CSS wireless communication system.
제 1 항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 상기 항재밍 성능에 대한 분석은 수학식
Figure 112016085458810-pat00085
(Pb는 BER(Bit Error Rate) 성능이고,
Figure 112016085458810-pat00086
는 Q-함수(function)이며,
Figure 112016085458810-pat00087
는 신호의 에너지,
Figure 112016085458810-pat00088
는 싱글 사이드(Single-Side) 재머의 재밍 전력 밀도이고, N0는 잡음 전력 스펙트럼 밀도 (Noise Power Spectral Density),
Figure 112016085458810-pat00089
는 처프 신호(Chirp)의 교차 상관 계수(Cross-Correlation Coefficient)를 의미한다)에 대해 처프 신호 기반 전송 기법에서 교차 상관성 특성을 고려하여 톤 재밍에 대한 항재밍 성능을 예측함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
The method according to claim 1,
In the step (c), the analysis on the anti-
Figure 112016085458810-pat00085
(P b is a bit error rate (BER) performance,
Figure 112016085458810-pat00086
Is a Q-function,
Figure 112016085458810-pat00087
The energy of the signal,
Figure 112016085458810-pat00088
Is the jamming power density of the single-side jammer, N 0 is the noise power spectral density,
Figure 112016085458810-pat00089
Based on the cross-correlation property in the chirp signal-based transmission scheme, for the anti-jamming performance for the tone jamming, with respect to the chirp signal (Chirp) (Cross-Correlation Coefficient) A modulating and demodulating method for increasing the survivability of a wireless communication system.
제 3 항에 있어서,
상기 처프 신호 기반 전송 기법은 CSS-BOK(Chirp Spread Spectrum - Binary Orthogonal Keying) 전송 기법인 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
The method of claim 3,
Wherein the chirp signal-based transmission scheme is a CSS-BOK (Chirp Spread Spectrum-Binary Orthogonal Keying) transmission scheme.
제 4 항에 있어서,
상기 처프 신호 기반 전송 기법은 CSS-DM(Chirp Spread Spectrum - direct modulation) 기법인 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the chirp signal-based transmission scheme is a CSS-DM (Chirp Spread Spectrum-Direct Modulation) scheme.
제 5 항에 있어서,
상기 처프 신호는 직교 특성을 지닌 서로 다른 처프 신호이며, 상기 송신기는 상기 서로 다른 처프 신호를 직접적으로 적용하는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the chirp signal is a different chirp signal having an orthogonal characteristic and the transmitter directly applies the different chirp signal.
제 6 항에 있어서,
상기 처프 신호는 대역 확산을 위한 PN 코드의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the chirp signal serves as a PN code for spread spectrum transmission.
제 1 항에 있어서,
상기 시간 대역폭 곱(Time-Bandwidth Product)이 커질수록 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성이 낮아져서 직교 특성이 높아지는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the cross-correlation property is lowered and the orthogonal property is increased as the time-bandwidth product is increased.
제 1 항에 있어서,
상기 교차 상관성(Cross-Correlation) 특성은 다중 선형 처프 신호(Multiple Linear Chirp; MLC) 기법 또는 비선형 처프 신호(Non-Linear Chirp) 기법을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 CSS 무선 통신 시스템의 생존성 증대를 위한 변복조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the cross-correlation characteristic is calculated using a multiple linear chirp (MLC) technique or a non-linear chirp technique. .
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