KR101884122B1 - 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 통신 신호 처리 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무선통신 신호의 활동 감시를 위한 광대역 수신, 탐색, 탐지, 그리고 저장을 위한 장치 및 그 방법에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 다수의 안테나, 고주파 신호 분배기, 스펙트럼 탐색기, 탐지정보 생성기, 제어기, 디지털 저장기, 사용자 인터페이스로 구성되는 무선통신 신호감시 장치는 넓은 대역에 존재하는 미상의 통신신호를 수신, 탐색, 탐지, 그리고 저장할 수 있다.

Description

무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for monitoring wireless communication signals}

본 발명은 무선 통신 신호 처리 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무선통신 신호의 활동 감시를 위한 광대역 수신, 탐색, 탐지, 그리고 저장을 위한 장치 및 그 방법에 대한 것이다.

최근 수년 간 신규 무선통신 서비스에 대한 요구가 급격히 증가하였으며, 이에 대한 요구를 충족하기 위하여 다양한 무선통신 시스템 및 기술이 활용되고 있다.

이러한 무선통신 환경에서 안정적으로 통신품질을 관리 및 유지하기 위하여, 불법 및 비인가 신호의 감시, 주파수 이용량 관측, 혼신 간섭전파원 확인 등을 포함한 전파환경 감시 기술이 필수적이다.

한편, 최근의 무선통신 신호는 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 활용되고 있으며, 다양한 종류의 신호가 밀집되어 사용된다. 따라서 감시해야 되는 전파환경은 복합적이며 밀집한 형태를 보이고 있다.

하지만 기존의 통신신호 수신기는 이미 알고 있는 주파수 대역의 신호를 수신하는데 최적화되어 있으므로, 전파환경 감시 분야에서 활용이 적합하지 않다.

또한, 기존의 전파환경 감시에 활용되는 수신기는 신호를 수신할 수 있는 주파수 대역이 한정되어 있다. 따라서 넓은 대역에 걸쳐서 존재하는 미상의 통신신호를 탐지할 수 있는 능력이 제한된다.

1. 한국공개특허번호 제10-2001-0063687 호

1. 한국무선국관리사업단, "광대역 전파감시 시스템 구축기술 연구" 국립전파연구원 1998년 2. 박종대, 오중덕, 박병호, 성현경, "중요무선국의 혼ㅇ간섭 예방을 위한 전파환경 관리에 관한 연구"한국통신학회 추계종합학술발표회 2015년

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 광대역에 걸쳐서 미상의 무선통신 신호를 감시할 수 있는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 넓은 대역의 무선신호를 수신할 수 있는 기능, 미상 통신신호의 존재유무 및 활동을 확인하기 위한 스펙트럼 탐색 기능이 가능한 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 미상 통신신호의 탐지번호, 중심주파수, 대역폭, 그리고 전력값 정보를 포함한 탐지정보를 제공하는 신호탐지 기능, 사후분석 및 재생을 위해 탐지된 통신신호를 저장하는 기능이 가능한 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이러한 각 기능들이 분리되어 개별적으로 운용되지 않고, 통합적으로 운용되어 비인가된 또는 알려지지 않은 무선 통신신호를 효율적으로 감시할 수 있는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 넓은 대역에 걸쳐서 미상의 무선통신 신호를 감시할 수 있는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치를 제공한다.

상기 활동 감시 장치는,

미지의 통신 신호를 수신하며 각 수신 주파수 대역 별로 할당되는 다수의 안테나;

상기 미지 통신 신호를 주파수 대역 별 고주파(Radio Frequency; RF) 신호로 수신하여 다중화된 전대역 고주파 신호를 생성한 후, 상기 전대역 고주파 신호를 분배하는 고주파 신호 분배기;

상기 전대역 고주파 신호에 대하여 일정 크기의 처리 주파수 대역의 단위로 스펙트럼 데이터를 고속 생성하는 스펙트럼 탐색기;

상기 전대역 고주파 신호를 이용하여 지정된 처리 주파수 대역에 대하여 상기 미지 통신신호의 탐지정보를 생성하는 다수의 탐지정보 생성기;

상기 스펙트럼 데이터 및 탐지정보를 디스플레이하고 사용자의 제어명령을 입력받아 제어기에 전송하는 사용자 인터페이스; 및

상기 제어명령에 따라 스펙트럼 탐색기 및 다수의 탐지정보 생성기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 스펙트럼 탐색기는, 전대역 고주파 신호를 수신하여, 미리 입력받은 탐색 시작 주파수와 탐색 종료 주파수의 범위에 해당하는 스펙트럼 데이터를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 IF신호 생성모듈; 상기 IF 신호를 ADC(Analog-Digital Converter)와 DDC(Digital Down Converter)를 통과시켜 기저대역의 데이터를 생성하는 기저대역 변환 모듈; 및 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙(Windowing) 필터를 적용하여 스펙트럼 데이터를 추출하는 스펙트럼 탐색 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스펙트럼 탐색 모듈은 상기 윈도윙 필터를 적용하여 생성된 스펙트럼 데이터를 dB (Decibel) 스케일로 변환하여 순시 스펙트럼 데이터들을 미리 설정되는 수집시간 동안에 연속적으로 생성하고, 상기 순시 스펙트럼 데이터들로부터 대표 스펙트럼 데이터를 추출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 대표 스펙트럼 데이터는 연속된 순시 스펙트럼 데이터의 평균값 추출을 나타내는 평균 모드, 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 최대값 추출을 나타내는 최대값 모드, 및 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 첫 번째 값 추출을 나타내는 순시 모드 중 어느 하나에 따라 상기 순시 스펙트럼 데이터들로부터 추출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 다수의 탐지정보 생성기는, 전대역 고주파 신호를 수신하여, 미리 입력받은 탐지 중심 주파수를 기준으로 자체 처리 주파수 대역폭에 해당하는 스펙트럼 데이터를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 IF신호 생성모듈; 상기 IF 신호를 ADC(Analog-Digital Converter)와 DDC(Digital Down Converter)를 통과시켜 기저대역의 데이터를 생성하는 기저대역 변환모듈; 기저대역 데이터로부터 일정 범위에 해당하는 저장용 기저대역 데이터를 생성하는 저장 I/Q (Inphase and Quadrature) 생성모듈; 및 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙 필터를 적용하여 추출한 스펙트럼 데이터로부터 탐지정보를 생성하는 탐지정보 생성모듈;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 스펙트럼 데이터는 연속된 순시 스펙트럼 데이터의 평균값 추출을 나타내는 평균 모드, 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 최대값 추출을 나타내는 최대값 모드, 및 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 첫 번째 값 추출을 나타내는 순시 모드 중 어느 하나에 따라 상기 순시 스펙트럼 데이터들로부터 추출되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 탐지정보는 미리 입력되는 탐지 임계값보다 큰 전력값을 가지는 스펙트럼 데이터의 주파수 빈(Bin) 단위로 구별된 신호탐지 이미지로 표현되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 저장 I/Q 생성모듈은 저장에 필요한 데이터량을 감소시키기 위해 주파수 변환용 LO(local oscillator) 신호를 생성할 수 있는 DDS(Direct Digital Synthesizer)와 저장 대역폭에 맞추어서 기저대역 데이터의 샘플율을 하향시킬 수 있는 데시메이션(Decimation) 필터를 포함하는 DDC(Digital to Digital Converter)로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 활동 감시 장치는, 오프라인 방식으로 수집신호의 재생 및 상세 분석을 수행하기 위하여 저장 기저대역 데이터를 저장하는 디지털 저장기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 기저대역 데이터는 I/Q 데이터이며, I/Q 데이터는 I 채널과 Q 채널로 이루어지고, 상기 프레임 길이는 수학식

(여기서,

는 a보다 큰

중 가장 작은 값이며, n은 양의 정수 값이다)에 의해 정해지는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 한편으로, 본 발명의 일실시예는, (a) 각 수신 주파수 대역 별로 할당되는 다수의 안테나를 통해 미지의 통신 신호를 수신하는 단계; (b) 고주파 신호 분배기가 상기 미지 통신 신호를 주파수 대역 별 고주파(Radio Frequency; RF) 신호로 수신하여 다중화된 전대역 고주파 신호를 생성한 후, 상기 전대역 고주파 신호를 분배하는 단계; (c) 스펙트럼 탐색기가 상기 전대역 고주파 신호에 대하여 일정 크기의 처리 주파수 대역의 단위로 스펙트럼 데이터를 고속 생성하는 단계; (d) 다수의 탐지정보 생성기가 상기 전대역 고주파 신호를 이용하여 지정된 처리 주파수 대역에 대하여 상기 미지 통신신호의 탐지정보를 생성하는 단계; 및 (e) 사용자 인터페이스가 상기 스펙트럼 데이터 및 탐지정보를 디스플레이하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다수의 안테나, 고주파 신호 분배기, 스펙트럼 탐색기, 탐지정보 생성기, 제어기, 디지털 저장기, 사용자 인터페이스로 구성되는 무선통신 신호감시 장치는 넓은 대역에 존재하는 미상의 통신신호를 수신, 탐색, 탐지, 그리고 저장할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 효과로서는 각 수신 주파수 대역 별로 할당된 다수의 안테나(#1~#K)를 이용하여 수신할 수 있는 주파수 대역을 확장할 수 있으며, 고주파 신호 분배기를 통해 전체 주파수 대역의 고주파 신호를 생성 및 분배 할 수 있다는 점을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과로서는 스펙트럼 탐색기를 통해 사용자가 설정한 탐색 주파수 범위에서 처리 주파수 대역 간격으로 스펙트럼 데이터를 평균, 최대값, 순시 모드의 방법으로 생성하여 미상 통신신호의 활동을 탐색할 수 있다는 점을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과로서는 다수의 탐지정보 생성기(#1~#L)를 구성할 수 있으며, 각 탐지정보 생성기는 사용자가 설정한 탐지 주파수 범위에 존재하는 미상의 통신신호에 대한 신호탐지 이미지를 생성하여, 탐지번호, 대역폭, 중심주파수, 그리고 전력값을 포함한 탐지정보를 생성할 수 있다는 점을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과로서는 탐지정보 생성기(#1~#L)를 통해 사용자가 설정한 저장 주파수 대역에 대한 저장 I/Q 데이터를 생성하고, 디지털 저장기에 저장할 수 있으며, 이는 수집신호의 재생 및 사후분석을 위해 활용될 수 있다는 점을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과로서는 사용자 인터페이스 기능을 통해 사용자로부터 장치에 대한 제어명령을 입력받아 제어기에 전송할 수 있으며, 장치가 생성하는 스펙트럼 데이터와 탐지정보를 도시할 수 있다는 점을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과로서는 제어기를 통해 사용자 인터페이스로부터 제어명령을 입력받아, 각 명령에 해당되는 스펙트럼 탐색기 또는 탐지정보 생성기(#1~#L)에 전송하여 장치를 제어할 수 있다는 점을 들 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 효과로서는 사용자의 제어에 따라 미상의 통신신호에 대한 탐색, 탐지, 그리고 저장기능을 통합적으로 운용할 수 있다는 점을 들 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 신호의 활동 감시 장치(100)의 구성 블럭도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스펙트럼 탐색기(130)의 세부 구성 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 스펙트럼 탐색모듈(230)에서 수행되는 스펙트럼 데이터 추출 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제 1 탐지정보 생성기(140-1)의 세부 구성 블럭도이다.
도 5는 도 4에 도시된 탐지정보 생성모듈(440)에서 수행되는 탐지정보 생성 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 신호탐지 이미지 생성 과정 및 결과를 설명하는 일예시이다.
도 7은 도 5에 도시된 탐지정보 생성 단계(S560)의 세부 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 탐지정보 생성의 세부 수행과정에 따른 개념도이다.

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.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

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.

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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

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.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 신호의 활동 감시 장치 및 그 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 신호의 활동 감시 장치(100)의 구성 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 무선 통신 신호의 활동 감시 장치(100)는, 광대역의 주파수에 걸쳐서 무선 통신 신호를 수신하기 위해, 각 수신 주파수 대역 별로 할당된 제 1 내지 제 K 안테나(110-1 내지 110-K), 제 1 내지 제 K 안테나(110-1 내지 110-K)로부터 입력되는 수신 주파수 대역 별 고주파(Radio Frequency; RF) 신호를 수신하여 전대역 고주파 신호를 생성한 후, 스펙트럼 탐색기(130) 및 다수의 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)로 분배하는 고주파 신호 분배기(120), 전체 주파수 대역에 대하여 일정 크기의 처리 주파수 대역의 단위로 스펙트럼 데이터를 고속 생성하여 미상의 통신신호를 존재유무 및 활동을 확인하는데 활용되는 스펙트럼 탐색기(130), 지정된 처리 주파수 대역에 대하여 알려지지 않은 통신신호의 탐지번호, 중심 주파수, 대역폭, 그리고 전력값 정보를 포함한 탐지정보와 탐지된 신호의 저장 I/Q (Inphase and Quadrature) 데이터를 생성하는 다수의 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L), 사후에 오프라인 방식으로 수집신호의 재생 및/또는 상세 분석을 수행하기 위하여 제 1 내지 제 L 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)에서 생성된 저장 I/Q 데이터를 저장하는 디지털 저장기(160), 사용자 인터페이스(150)에서 입력되는 제어명령에 따라 신호감시 장치의 스펙트럼 탐색기(130) 및 제 1 내지 제 L 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)를 제어하는 제어기(170), 사용자의 제어명령을 입력받아 제어기(170)에 제어명령을 전송하고, 스펙트럼 탐색기(130)에서 생성된 스펙트럼 데이터와 제 1 내지 제 L 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)에서 생성된 탐지정보를 도시하는 사용자 인터페이스(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1을 계속 참조하면, 제 1 내지 제 K 안테나(110-1 내지 110-K)는 미상의 무선통신 신호를 포함하는 고주파 신호를 수신한다. 단일 안테나를 사용하면 수신할 수 있는 주파수 대역이 제한된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 각 수신 주파수 대역별로 고이득으로 수신할 수 있는 제 1 내지 제 K 안테나(110-1 내지 110-K)를 사용하여, 장치가 수집할 수 있는 주파수 대역을 확장할 수 있다.

고주파 신호 분배기(120)는 각 안테나(110-1 내지 110-K)로부터 입력된 각 수신 주파수 대역 별 신호를 다중화(Multiplexing)하여 하나의 전체 주파수 대역의 고주파 신호인 전대역 고주파 신호를 생성한다. 따라서 다중화된 전대역 고주파 신호는 각 안테나의 모든 수신 대역을 포함하는 무선통신 신호 정보를 포함한다. 이후, 전대역 고주파 신호를 저잡음 증폭기로 증폭한 후, 고주파 신호 분배기에 연결된 스펙트럼 탐색기(130)와 제 1 내지 제 L 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)에 분배한다.

또한, 디지털 저장기(160)는 각 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)에서 생성된 저장 I/Q 데이터를 입력받아 디지털 저장매체에 저장한다. 그리고 통신신호의 수집임무를 완료한 후에 저장된 I/Q 데이터를 재생하거나, 오프라인 환경에서 상세 분석을 위하여 활용될 수 있다.

또한, 사용자 인터페이스(150)는 스펙트럼 탐색기(130)에서 생성된 대표 스펙트럼 데이터와 제 1 내지 제 L 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)에서 생성된 탐지정보를 사용자에게 디스플레이한다. 또한, 사용자로부터 스펙트럼 탐색기(130) 및/또는 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)를 제어하기 위한 제어명령을 입력받아 제어기(170)에 전송한다.

또한, 제어기(170)는 사용자 인터페이스(150)로부터 제어명령을 입력받아, 각 명령에 해당되는 스펙트럼 탐색기(130) 및/또는 탐지정보 생성기(140-1 내지 140-L)에 전송하는 역할을 수행한다.

도 2는 도 1에 도시된 스펙트럼 탐색기(130)의 세부 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 스펙트럼 탐색기(130)는, 전대역 고주파 신호를 수신하여, 스펙트럼 데이터를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 IF신호 생성모듈(210), 상기 IF 신호를 기저 대역 데이터로 변환하는 기저대역 변환 모듈(220), 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙 필터를 적용하여 스펙트럼 데이터를 추출하는 스펙트럼 탐색 모듈(230) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

IF신호 생성모듈(210)은 전대역 고주파 신호를 수신하여, 스펙트럼 데이터를 생성할 IF 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 여기서 생성되는 IF 신호의 대역폭은 스펙트럼 탐색기(130)의 처리 주파수 대역으로 결정된다. IF 신호 생성 모듈(210)은 수신되는 전대역 고주파 신호의 주파수 대역 중 제어기(170)로부터 입력받은 탐색 시작 주파수와 탐색 종료 주파수의 범위를 IF 신호의 대역폭 간격으로 로테이션하면서 입력되는 고주파 신호에 대한 IF 신호를 생성한다.

즉, IF 신호 생성 모듈(210)이 로테이션 방식으로 생성하는 IF 신호의 전체 주파수 범위는 탐색 시작 주파수와 탐색 종료 주파수 범위에 해당된다.

기저 대역 변환 모듈(220)은 IF 신호를 ADC(Analog-Digital Converter)와 DDC(Digital Down Converter)를 통과시켜, 기저대역 데이터를 생성한다. 여기서, 기저대역 데이터는 I/Q 데이터이며, I/Q 데이터는 I 채널과 Q 채널로 이루어진다.

스펙트럼 탐색 모듈(230)은 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙 필터를 적용하여 스펙트럼 데이터를 추출하는 기능을 수행한다.

도 3은 도 2에 도시된 스펙트럼 탐색모듈(230)에서 수행되는 스펙트럼 데이터 추출 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 스펙트럼 탐색모듈(230)은 기저대역의 I/Q 데이터를 수집하여, I 채널과 Q 채널에 대해 길이가 N인 프레임을 구성한다(단계 S310). 프레임 길이 N은 사용자가 설정하는 스펙트럼 해상도에 의해 결정되며, 관계식은 다음 수학식과 같다.

여기서,

는 a보다 큰

중 가장 작은 값이며, n은 양의 정수 값이다.

이후, I 채널과 Q 채널의 프레임을 동일 길이의 윈도윙(Windowing) 필터와 곱하는 윈도윙(Windowing) 과정을 수행한다(단계 S320). 여기서, 윈도윙(Windowing) 필터로는 해밍 윈도우(Hamming Window) 함수 등이 사용될 수 있다. 이러한 Windowing 과정으로 스펙트럼 데이터에서 주파수 성분이 근접한 주파수로 퍼지는 스펙트럼 누설(Spectral Leakage) 현상을 감소시킬 수 있다.

이후, 윈도윙(Windowing)된 I/Q 데이터 프레임에 대해 길이 N의 복소(Complex) FFT(Fast Fourier Transform)을 수행한다. 이후, 복소) FFT 결과의 실수(Real) 성분과 허수(Complex) 성분을 각각 제곱한 결과를 더한 후, dB (Decibel) 스케일로 변환하여 순시 스펙트럼 데이터를 생성한다(단계 S330).

이후, 스펙트럼 수집시간 동안 생성된 순시 스펙트럼 데이터에 대하여, 대표적인 스펙트럼 데이터를 추출한다. 이때, 해당 스펙트럼 수집시간 동안에 연속적으로 생성된 순시 스펙트럼 데이터를 스펙트럼 추출횟수 만큼 그룹화하여 대표적인 데이터 스펙트럼을 추출한다(단계 S340).

여기서 스펙트럼 수집 시간과 스펙트럼 추출횟수는 사용자에 따라 설정 및 변경할 수 있다. 스펙트럼 데이터 추출 과정(단계 S340)을 수행 시에, 추출방법은 1) 평균 모드, 2) 최대값 모드, 3) 순시 모드 중 사용자가 운용환경에 따라 선택할 수 있다. 각 추출방법은 다음 표 1과 같이 정의된다.

추출방법	대표 스펙트럼 추출
평균 모드	연속된 순시 스펙트럼 데이터의 평균값 추출
최대값 모드	연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 최대값 추출
순시 모드	연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 첫 번째 값 추출

도 4는 도 1에 도시된 제 1 탐지정보 생성기(140-1)의 세부 구성 블럭도이다. 도 4는 용이한 이해를 위해 제 1 탐지정보 생성기(140-1) 만을 나타내었으나, 다른 제 2 내지 제 L 탐지정보 생성기(140-2 내지 140-L)에도 당연히 적용된다.

도 4를 참조하면, 제 1 탐지정보 생성기(140-1)는, 전대역 고주파 신호를 수신하여, 탐지정보 및 저장용 I/Q를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 IF신호 생성모듈(410), 상기 IF 신호를 기저대역 데이터로 변환하는 기저대역 변환 모듈(420), 기저대역 데이터로부터 일정 범위에 해당하는 저장용 기저대역 데이터를 생성하는 저장 I/Q 생성모듈(430), 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙 필터를 적용하여 추출한 스펙트럼 데이터로부터 탐지정보를 생성하는 탐지정보 생성모듈(440) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

IF 신호 생성모듈(410)은 전대역 고주파 신호를 수신하여, 탐지정보 및/또는 저장 I/Q 데이터를 생성할 IF 신호를 생성한다. 생성되는 IF 신호의 대역폭은 탐지정보 생성기(140-1)의 처리 주파수 대역이다.

IF 신호 생성모듈(410)은 제어기(170)로부터 입력받은 탐지 중심 주파수를 중심 주파수로 하고 처리 주파수 대역폭에 해당하는 IF 신호를 생성한다. 그 후 IF 신호는 기저대역 변환모듈(420)로 전송된다.

기저대역 변환모듈(420)은 IF 신호를 ADC와 DDC를 통과시켜, 기저대역 데이터로 변환한다. 여기서, 기저대역 데이터는 I/Q 데이터이며, I/Q 데이터는 I 채널과 Q 채널로 이루어진다.

저장 I/Q 생성모듈(430)은 기저대역 변환모듈(420)로부터 기저대역의 I/Q 데이터를 입력받아, 제어기(170)로부터 수신된 제어명령인 저장 시작 주파수와 저장 종료 주파수에 해당하는 저장 I/Q 데이터를 생성한다. 즉, 저장 I/Q 데이터는 기저대역 변환모듈(420)로부터 입력되는 I/Q 데이터 중에 저장 시작 주파수와 저장 종료 주파수에 포함되는 데이터 성분만을 포함하게 되며, 입력 I/Q 데이터에 비교하여 저장에 필요한 데이터량을 감소시킬 수 있다.

이러한 기능의 저장 I/Q 생성모듈(430)은 주파수 변환용 LO (local oscillator) 신호를 생성할 수 있는 DDS(Direct Digital Synthesizer)와 저장 주파수 대역폭에 맞추어서 I/Q 데이터의 샘플율을 하향시킬 수 있는 데시메이션(Decimation) 필터를 포함한 DDC(Digital to Digital Converter)로 구현될 수 있다.

탐지정보 생성모듈(440)은 기저대역 변환모듈(420)로부터 I/Q 데이터를 입력받아, 제어기(170)로부터의 스펙트럼 해상도, 스펙트럼 수집시간, 스펙트럼 추출횟수, 추출방법, 탐지 임계값 명령에 따라 탐지정보를 생성한다.

도 5는 도 4에 도시된 탐지정보 생성모듈(440)에서 수행되는 탐지정보 생성 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 단계 S510, S520, S530, S540은 도 3에서 설명한 단계 S310, S320, S330, S340과 각각 유사한 과정으로서 중복되므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

단계 S540이후, 제어기(170)로부터 입력된 탐지 임계값을 스펙트럼 데이터 추출 단계(S540)에서 생성된 대표 스펙트럼 데이터의 전력값과 비교하여, 신호탐지 이미지를 생성한다(단계 S550).

이 때, 탐지 임계값보다 큰 전력값을 가지는 스펙트럼 데이터의 주파수 빈(Bin)은 신호원이 존재하고, 그 외는 존재하지 않는다고 판단한다. 이 기준으로 생성된 탐지결과를 스펙트럼 데이터의 주파수 Bin 단위로 구별된 신호탐지 이미지로 표현하며, 각 셀(Cell) 안에는 탐지된 신호의 전력값을 기입한다.

최종적으로 신호탐지 이미지 생성 (단계 S550)에서 생성된 신호탐지 이미지로부터 통신신호의 탐지정보를 생성하는 과정이 수행된다(단계 S560). 여기서 탐지정보는 탐지번호, 대역폭, 중심 주파수, 그리고 전력값 등으로 이루어진다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 신호 탐지 이미지 생성 과정 및 결과를 설명하는 일예시이다. 도 6을 참조하면, 스펙트럼 데이터 추출 단계(도 5의 S540)에서 생성된 대표 스펙트럼 데이터의 전력값을 탐지 임계값(도 6의 610)과 비교한다. 그리고 신호탐지 이미지(도 6의 620)에 탐지 임계값보다 큰 전력값을 가지는 주파수 빈에 해당하는 신호탐지 이미지의 셀을 회색으로 구별하고, 그 안에 탐지된 신호의 전력값(도 6의 621)을 부여한다.

도 7은 도 5의 탐지정보 생성 단계(도 5의 S560)에 대한 세부 과정을 보여주는 흐름도이다. 우선 도 5의 신호탐지 이미지 생성 단계(도 5의 단계 S550)에서 생성된 신호탐지 이미지를 이용하여 탐지된 통신신호에 대한 탐지번호를 부여하고, 각 탐지신호 별로 대역폭을 추정한다(도 7의 단계 S710). 여기서 탐지번호는 신호탐지 이미지에서 연속된 탐지 셀 그룹 중 주파수가 낮은 순서로 부여한다. 또한, 각 탐지신호 별 대역폭은 연속된 탐지 셀 그룹의 주파수 폭으로 결정된다.

한편, 중심주파수와 전력값은 탐지신호에 부여된 탐지번호 별로 추정한다(도 7의 단계 S720). 만약, 연속된 탐지 셀의 개수(M 개)가 홀수이면 가운데에 위치한 탐지 셀에 해당하는 주파수 값으로 중심주파수가 결정된다. 그리고 연속된 탐지 셀의 개수가 짝수이면,

번째와

번째에 위치한 탐지 셀에 해당하는 주파수 값들의 평균값으로 중심 주파수를 추정한다. 한편, 전력값은 연속된 탐지 셀의 개수가 홀수이면 신호탐지 이미지에서 중심주파수에 해당하는 주파수의 전력값으로 결정된다. 그리고 연속된 탐지 셀의 개수가 짝수인 경우는

번째와

번째에 위치한 탐지 셀의 주파수에 해당하는 전력값의 평균으로 결정한다.

마지막으로 앞서 탐지된 신호제원을 각 탐지된 신호 별로 종합하여 탐지정보의 생성을 완료한다(도 7의 단계 S730).

도 8은 도 7에 도시된 탐지정보 생성의 세부 수행과정에 따른 개념도이다. 도 8을 참조하면, 신호탐지 이미지로부터 생성된 탐지정보는 탐지된 통신신호 별로 [a, b, c, d]의 형태(810,820,830)로 표기된다. 여기서, a는 탐지번호, b는 대역폭, c는 중심주파수, 그리고 d는 전력값을 가리킨다.

100: 무선 통신 신호의 활동 감시 장치
110-1 내지 110-K: 제 1 내지 제 K 안테나
120: 고주파 신호 분배기
130: 스펙트럼 탐색기
140-1 내지 140-L: 제 1 내지 제 L 탐지정보 생성기
150: 사용자 인터페이스
160: 디지털 저장기
170: 제어기

Claims (11)

1. 미지의 통신 신호를 수신하며 각 수신 주파수 대역 별로 할당되는 다수의 안테나;
   상기 미지 통신 신호를 주파수 대역 별 고주파(Radio Frequency; RF) 신호로 수신하여 다중화된 전대역 고주파 신호를 생성한 후, 상기 전대역 고주파 신호를 분배하는 고주파 신호 분배기;
   상기 전대역 고주파 신호에 대하여 일정 크기의 처리 주파수 대역의 단위로 스펙트럼 데이터를 고속 생성하는 스펙트럼 탐색기;
   상기 전대역 고주파 신호를 이용하여 지정된 처리 주파수 대역에 대하여 상기 미지 통신신호의 탐지정보를 생성하는 다수의 탐지정보 생성기;
   상기 스펙트럼 데이터 및 탐지정보를 디스플레이하고 사용자의 제어명령을 입력받아 제어기에 전송하는 사용자 인터페이스; 및
   상기 제어명령에 따라 스펙트럼 탐색기 및 다수의 탐지정보 생성기를 제어하는 제어기;를 포함하며,
   상기 다수의 탐지정보 생성기는,
   전대역 고주파 신호를 수신하여, 미리 입력받은 탐지 중심 주파수를 기준으로 자체 처리 주파수 대역폭에 해당하는 스펙트럼 데이터를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 IF신호 생성모듈; 상기 IF 신호를 ADC(Analog-Digital Converter)와 DDC(Digital Down Converter)를 통과시켜 기저대역의 데이터를 생성하는 기저대역 변환모듈; 기저대역 데이터로부터 일정 범위에 해당하는 저장용 기저대역 데이터를 생성하는 저장 I/Q (Inphase and Quadrature) 생성모듈; 및 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙 필터를 적용하여 추출한 스펙트럼 데이터로부터 탐지정보를 생성하는 탐지정보 생성모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스펙트럼 탐색기는, 전대역 고주파 신호를 수신하여, 미리 입력받은 탐색 시작 주파수와 탐색 종료 주파수의 범위에 해당하는 스펙트럼 데이터를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 IF신호 생성모듈; 상기 IF 신호를 ADC(Analog-Digital Converter)와 DDC(Digital Down Converter)를 통과시켜 기저대역의 데이터를 생성하는 기저대역 변환 모듈; 및 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙(Windowing) 필터를 적용하여 스펙트럼 데이터를 추출하는 스펙트럼 탐색 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 스펙트럼 탐색 모듈은 상기 윈도윙 필터를 적용하여 생성된 스펙트럼 데이터를 dB (Decibel) 스케일로 변환하여 순시 스펙트럼 데이터들을 미리 설정되는 수집시간 동안에 연속적으로 생성하고, 상기 순시 스펙트럼 데이터들로부터 대표 스펙트럼 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 대표 스펙트럼 데이터는 연속된 순시 스펙트럼 데이터의 평균값 추출을 나타내는 평균 모드, 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 최대값 추출을 나타내는 최대값 모드, 및 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 첫 번째 값 추출을 나타내는 순시 모드 중 어느 하나에 따라 상기 순시 스펙트럼 데이터들로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 스펙트럼 데이터는 연속된 순시 스펙트럼 데이터의 평균값 추출을 나타내는 평균 모드, 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 최대값 추출을 나타내는 최대값 모드, 및 연속된 순시 스펙트럼 데이터 중 첫 번째 값 추출을 나타내는 순시 모드 중 어느 하나에 따라 상기 순시 스펙트럼 데이터들로부터 추출되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 탐지정보는 미리 입력되는 탐지 임계값보다 큰 전력값을 가지는 스펙트럼 데이터의 주파수 빈(Bin) 단위로 구별된 신호탐지 이미지로 표현되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 저장 I/Q 생성모듈은 저장에 필요한 데이터량을 감소시키기 위해 주파수 변환용 LO(local oscillator) 신호를 생성할 수 있는 DDS(Direct Digital Synthesizer)와 저장 대역폭에 맞추어서 기저대역 데이터의 샘플율을 하향시킬 수 있는 데시메이션(Decimation) 필터를 포함하는 DDC(Digital to Digital Converter)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   오프라인 방식으로 수집신호의 재생 및 상세 분석을 수행하기 위하여 저장 기저대역 데이터를 저장하는 디지털 저장기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
   
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기저대역 데이터는 I/Q 데이터이며, I/Q 데이터는 I 채널과 Q 채널로 이루어지며, 상기 프레임 길이는 수학식

    

    (여기서,

    

    는 a보다 큰

    

    중 가장 작은 값이며, n은 양의 정수 값이다)에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 장치.
    
11. (a) 각 수신 주파수 대역 별로 할당되는 다수의 안테나를 통해 미지의 통신 신호를 수신하는 단계;
    (b) 고주파 신호 분배기가 상기 미지 통신 신호를 주파수 대역 별 고주파(Radio Frequency; RF) 신호로 수신하여 다중화된 전대역 고주파 신호를 생성한 후, 상기 전대역 고주파 신호를 분배하는 단계;
    (c) 스펙트럼 탐색기가 상기 전대역 고주파 신호에 대하여 일정 크기의 처리 주파수 대역의 단위로 스펙트럼 데이터를 고속 생성하는 단계;
    (d) 다수의 탐지정보 생성기가 상기 전대역 고주파 신호를 이용하여 지정된 처리 주파수 대역에 대하여 상기 미지 통신신호의 탐지정보를 생성하는 단계; 및
    (e) 사용자 인터페이스가 상기 스펙트럼 데이터 및 탐지정보를 디스플레이하는 단계;를 포함하며,
    상기 (d) 단계는,
    IF신호 생성모듈이 전대역 고주파 신호를 수신하여, 미리 입력받은 탐지 중심 주파수를 기준으로 자체 처리 주파수 대역폭에 해당하는 스펙트럼 데이터를 생성할 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 단계; 기저대역 변환모듈이 상기 IF 신호를 ADC(Analog-Digital Converter)와 DDC(Digital Down Converter)를 통과시켜 기저대역의 데이터를 생성하는 단계; 저장 I/Q (Inphase and Quadrature) 생성모듈 이 기저대역 데이터로부터 일정 범위에 해당하는 저장용 기저대역 데이터를 생성하는 단계; 및 탐지정보 생성모듈이 기저대역 데이터로부터 일정 길이의 프레임으로 구성하고 상기 프레임에 윈도윙 필터를 적용하여 추출한 스펙트럼 데이터로부터 탐지정보를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 신호의 활동 감시 방법.

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