KR20240045066A - 미약 신호 탐지 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

전파 신호에서 포착하기 어려운 극한 신호나 RF 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨을 가지고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하는 방법 및 장치가 개시된다. 미약 신호 탐지 장치는, RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하는 상호상관 스펙트럼 처리부, 및 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 부여하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하는 파형 조합부를 포함한다.

Description

미약 신호 탐지 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING WEAK SINGALS}

본 발명은 미약 신호 모니터링 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선 주파수 신호에서 포착하기 어려운 극한 신호나 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

전파는 언제 어디에서나 존재하기 때문에 전파를 사용하는 장치들 간 다양한 간섭 문제가 발생한다. 허가 주파수 대역에서 작동하는 휴대 전화기와 같은 장치는 인접 주파수에 무선주파수(radio frequency, RF) 레벨을 누설하여 간섭을 일으키지 않도록 제작해야 한다. 그러나 다양한 전송모드를 가지고 있으며 여러 네트워크 상에 동시에 존재하는 일반적인 통신 장치들이 이러한 조건을 모두 만족시키는 것은 쉽지 않다.

비허가 주파수 대역에서 작동하는 통신 장치는 간섭 신호가 있는 상태에서도 정상 동작해야 하고, 다른 통신 장치와의 상호 간 간섭을 줄이기 위해서 저출력으로 짧은 시간 동안만 송신하는 것이 필요하다.

전술한 통신 장치들로서 무선주파수(RF)와 디지털 장치의 결합체인 디지털 RF 장치로는 이동통신용 휴대폰, 무선랜 장치, 디지털 멀티미디어 방송(digital multimedia broadcasting, DMB) 장치, RFID(radio frequency identification) 장치 등이 있다.

소프트웨어 정의 라디오(software defined radio, SDR)와 인지 무선(cognitive radio, CR) 기술의 발전은 디지털 RF 장치들 간 상호간섭을 최소화하여 부족한 자원인 전파 스펙트럼을 효율적으로 사용할 수 있도록 지원한다. 최근 SDR, CR 등의 디지털 RF 장치 관련 기술의 발전으로 인해 디지털 RF 장치들은 복잡 다양해진 전파 환경에서도 전파 스펙트럼을 효율적으로 사용할 수 있게 되었다.

한편, 디지털 RF 장치들의 사용 환경을 유지 관리하기 위해 RF 서비스를 모니터링하는 계측장비들은 저출력, 짧은 신호 지속시간 등의 특성을 갖는 RF 신호를 확실하게 탐지 및 분석하여 간섭원의 위치를 찾아 제거하는데 사용될 수 있다. 하지만, 전파 환경의 복잡한 변화에 따라 기존 탐지 기술로는 간헐적으로 출현하는 미약 신호에 대한 전파 신호를 탐지하기가 어렵다.

예를 들어, 다양한 신규 전파 서비스의 도래와 함께 상호 간 간섭을 줄이기 위해 짧은 시간 동안 소출력으로 신호를 송신하는 소출력 무선기기들이 다수 등장하고 있다. 소출력 무선기기에는 LAN(local area network), BAN(body area network), PAN(personal area network), 기기 간 통신 등 다양한 소출력 무선국이 포함된다. 그러나 이러한 소출력 무선기기들의 신호에 대하여 기존 기술의 스펙트로그램이나 누적 스펙트럼으로는 디지털 RF 장치 내 RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 미약 신호를 탐지하는 것이 어렵다.

즉, 기존의 신호탐지용 스펙트럼 분석기에서는 RF 수신부의 잡음 레벨(noise floor) 근처에 있는 낮은 레벨을 갖고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지할 수 없었다. 또한 기존의 스펙트럼 분석기에서는 상대적으로 높은 레벨의 광대역 신호 내에 존재하는 상대적으로 낮은 레벨의 신호를 관측할 수 없었다.

한편, 일부 종래 기술에서는 누적 스펙트럼 적용을 통해 실시간 대용량 데이터를 처리할 수 있도록 누적 도시하여 간헐적 출현 신호를 탐지할 수 있으나, 미약 신호의 탐지는 어렵다. 또한, 크로스 스펙트럼(cross spectrum)을 통해 랜덤 잡음 성분을 제거하여 스펙트럼 상에서 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있으나, 여전히 간헐적 미약 신호의 탐지는 어렵다.

이와 같이 RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 레벨을 가지고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 효과적으로 탐지할 수 있는 새로운 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 요구에 부응하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 디지털 RF 장치, 스펙트럼 분석기 등에서 입력 스펙트럼의 신호대 잡음비가 상대적으로 낮아 간헐적 미약 신호를 탐지할 수 없는 한계를 극복할 수 있는, 새로운 구조의 미약 신호 탐지 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 안테나에 연결된 RF 수신채널들 간 상호상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하고 상호상과 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 조합하여 파형맵영상 메모리에 누적함으로써, RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 레벨을 갖고 간헐적으로 출력하는 미약 신호를 시각적으로 혹은 직관적으로 탐지할 수 있는 미약 신호 탐지 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 미약 신호 탐지 장치는, 무선주파수(radio frequency, RF) 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨을 가지고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하는 장치로서, RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하는 상호상관 스펙트럼 처리부; 및 상기 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 부여하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하는 파형 조합부를 포함한다.

상기 파형 조합부는, 상기 현재 파형인 제n 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제1 가중치(w1)를 곱하고, 상기 현재 파형의 직전 과거 파형인 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제2 가중치(w2)를 곱하고, 상기 제1 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼과 상기 제2 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼을 합하여 상기 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다.

상기 파형 조합부는 상기 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼을 저장하는 파형 저장 유닛을 구비할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 상기 출력 스펙트럼의 파형들을 픽셀 메모리 버퍼의 픽셀들에 매핑하는 파형 픽셀 매핑부를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 픽셀 메모리 버퍼의 픽셀들을 구비하고 일정 시간 동안 상기 출력 스펙트럼 파형들을 누적 저장하는 파형맵영상 메모리를 더 포함할 수 있다. 상기 파형맵영상 메모리에 누적 저장되는 출력 스펙트럼 파형들에 의해 형성되는 디지털 레벨 데이터는 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 상기 디스플레이 장치로 전송될 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 상기 파형맵영상 메모리의 각 픽셀에 저장되는 상호상관 스펙트럼 파형들의 저장 횟수 또는 히트(hit) 횟수에 따라 누적된 상기 각 픽셀의 상기 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 상기 디스플레이 장치의 화면에서 서로 다른 색상으로 표현되도록, 상기 디스플레이 장치의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 적어도 하나의 안테나에 연결되고 상기 상호상관 스펙트럼 처리부에 복소수 신호를 제공하는 적어도 2개의 RF 수신채널들을 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 상기 RF 수신채널들이 3개 이상일 때, 상기 3개 이상의 수신채널들과 상기 상호상관 스펙트럼 처리부 사이에 배치되는 채널 선택부를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 상기 적어도 하나의 안테나로서 적어도 2개의 안테나들을 포함할 수 있다. 상기 적어도 2개의 안테나들은 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들에 연결될 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 장치는, 상기 적어도 하나의 안테나로서 단일 안테나를 포함할 수 있고, 상기 단일 안테나와 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 사이에 배치되어 상기 단일 안테나의 수신 신호를 분기하여 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들에 각각 분배하는 전력분배기를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각은 RF 다운 변환부를 포함할 수 있다. 상기 RF 다운 변환부는, 자체 국부발진기에 연결되는 스위프 발생기를 구비할 수 있다. 상기 스위프 발생기는 상기 국부발진기의 발진 주파수가 시간에 따라 자동으로 변하도록 동작할 수 있다.

상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각은 디지털 신호처리부를 더 포함할 수 있다. 상기 디지털 신호처리부는, 상기 RF 다운 변환부로부터 들어오는 중간주파수의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 기저대역 신호의 데이터 샘플링 속도를 줄여 복소수 데이터를 생성하고, 생성한 복소수 데이터를 상기 상호상관 스펙트럼 처리부로 전달할 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 미약 신호 탐지 방법은, 무선주파수(radio frequency, RF) 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨을 가지고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하는 방법으로서, RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 상기 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 조합하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하는 단계를 포함한다.

상기 출력 스펙트럼을 생성하는 단계는, 상기 현재 파형인 제n 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제1 가중치를 곱하고, 상기 현재 파형의 직전 과거 파형인 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제2 가중치를 곱하고, 상기 제1 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼과 상기 제2 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼을 합하여 상기 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼을 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 출력 스펙트럼의 파형들을 파형맵영상 메모리의 픽셀들에 매핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 파형맵영상 메모리에 상기 출력 스펙트럼 파형들을 일정 시간 동안 누적 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 파형맵영상 메모리에 누적 저장된 출력 스펙트럼 파형들에 의해 형성되는 디지털 레벨 데이터를 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 상기 디스플레이 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 파형맵영상 메모리의 각 픽셀에 저장되는 상호상관 스펙트럼 파형들의 저장 횟수 또는 히트(hit) 횟수에 따라 누적된 상기 각 픽셀의 상기 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 상기 디스플레이 장치의 화면에서 서로 다른 색상으로 표현되도록, 상기 디스플레이 장치의 동작을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 적어도 하나의 안테나에 연결된 적어도 2개의 RF 수신채널들을 통해 상호상관 스펙트럼 처리부에 복소수 신호를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 RF 수신채널들이 3개 이상일 때, 상기 3개 이상의 수신채널들과 상기 상호상관 스펙트럼 처리부 사이에 배치되어 상호상관 값을 토대로 2개의 채널을 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 적어도 하나의 안테나로서 단일 안테나가 구비될 때, 상기 단일 안테나와 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 사이에 배치되는 전력분배기를 통해 상기 단일 안테나의 수신 신호를 분기하여 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들에 각각 분배하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각이 RF 다운 변환부를 구비하고 상기 RF 다운 변환부가 자체 국부발진기에 연결되는 스위프 발생기를 구비할 때, 상기 스위프 발생기에 의해, 상기 국부발진기의 발진 주파수가 시간에 따라 자동으로 변경되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 미약 신호 탐지 방법은, 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각이 디지털 신호처리부를 더 구비할 때, 상기 디지털 신호처리부에 의해, 상기 RF 다운 변환부로부터 들어오는 중간주파수의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 기저대역 신호의 데이터 샘플링 속도를 줄여 복소수 데이터를 생성하고, 생성된 복소수 데이터를 상기 상호상관 스펙트럼 처리부로 전달하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 개시에 의하면, 기존의 스펙트럼 분석기에서 입력 스펙트럼의 신호대 잡음비가 상대적으로 낮은 미약 신호 즉, 정상 작동 시의 내부 잡음 레벨보다 작은 레벨을 갖는 미약 신호를 탐지할 수 없는 한계를 극복할 수 있는 새로운 구조 및 새로운 작동 방식의 간헐적 미약 신호 탐지 장치(이하 간략히 '미약 신호 탐지 장치')를 제공할 수 있다.

또한, 본 개시의 미약 신호 탐지 장치를 사용하면, 안테나로부터 수신된 2개 무선주파수(radio frequency, RF) 수신 채널들 간 상호상관 신호처리를 통해 RF 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨에 존재하는 미약 신호의 크로스 스펙트럼(cross spectrum)을 생성하고, 크로스 스펙트럼을 실시간 누적 도시하여 기존에 관측할 수 없던 무선 신호 내 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 효과적으로 탐지할 수 있다.

또한, 본 개시에 의하면, 디스플레이 장치의 한계를 뛰어넘어 실시간으로 스펙트럼을 메모리에 저장하여 측정 및 분석하도록 구성함으로써, 전파 신호의 포착하기 어려운 현상을 탐지할 수 있고, 특히 간헐적으로 출현하는 잡음레벨(noise floor) 근처에 있는 낮은 레벨의 신호를 효과적으로 탐지하거나, 높은 레벨의 광대역 신호 내에 존재하는 낮은 레벨의 신호를 관측할 수 있다.

또한, 본 개시의 미약 신호 탐지 방법이나 미약 신호 탐지 장치를 신호탐지 시스템에 적용하면 감도 측면에서 시스템 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 즉, 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 효과적으로 탐지함으로써, 국가 전파 관리, 해상이나 항공 안전 전파 모니터링, 국방의 전자전 등의 분야에 효과적으로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치의 주요 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1의 미약 신호 탐지 장치에 채용할 수 있는 상호상관 신호처리에 따른 잡음 레벨에 대한 예시도이다.
도 3은 도 1의 미약 신호 탐지 장치의 주요 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 1의 미약 신호 탐지 장치의 파형 조합부를 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 6은 도 5의 미약 신호 탐지 장치에 이용되는 디지털 레벨 데이터를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 도 5의 미약 신호 탐지 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.
도 13은 비교예의 스펙트럼 분석기를 예시한 블록도이다.
도 14는 비교예의 스펙트럼 분석기에서 주파수 대 레벨 도시 파형에 대한 예시도이다.
도 15는 비교예의 스펙트럼 분석기에서 출현빈도에 따라 서로 다른 색상으로 표현된 주파수 대 레벨 도시 파형을 예시한 도면이다.
도 16은 본 실시예의 미약 신호 탐지 장치에서 출현빈도에 따라 서로 다른 색상으로 표현된 주파수 대 레벨 도시 파형을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 적용할 수 있는 구성에 대한 개략적인 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 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.

제1, 제2 등의 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 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는'이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원의 실시예들에서, 'A 및 B 중에서 적어도 하나'는 'A 또는 B 중에서 적어도 하나' 또는 'A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 적어도 하나'를 의미할 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들에서, 'A 및 B 중에서 하나 이상'은 'A 또는 B 중에서 하나 이상' 또는 'A 및 B 중 하나 이상의 조합들 중에서 하나 이상'을 의미할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어'있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가진다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하의 실시예에 대한 설명에 있어서, 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer)는 장비에서 분석하고자 하는 전체 주파수 범위 내에서 입력 신호 대 주파수의 진폭을 측정한다. 스펙트럼 분석기의 주된 용도는 알려진 신호와 알려지지 않은 신호의 스펙트럼 강도를 측정하는 것이다.

스펙트럼 분석기는 주파수 스펙트럼 성분의 분포를 표시하는 디스플레이 장치와 슈퍼헤테로다인 수신기를 조합한 측정기 형태를 가질 수 있다. 그리고 스펙트럼 분석기는 국부발전기로서 스윕(sweep) 발진기를 구비할 수 있고, 입력 신호의 주파수 스펙트럼이 스윕 발진기의 주파수 변화에 대응하여 차례대로 수신될 수 있으며, 그 출력은 디스플레이 장치의 종축에 스윕 발진기를 스윕하고 있는 스윕 반복 신호가 수평축에 가해진 형태를 가질 수 있다. 또한, 스펙트럼 분석기는 리더기 또는 태그에서 송출하는 RF 신호를 분석하거나, 안테나를 통해 들어오는 RF 신호를 분석하는 계측기의 일종으로서, VSA(vector signal analyser) 기능을 통해 주파수 영역 신호를 시간 영역 신호로 분석하는 기능을 구비할 수 있다.

전자파(electromagnetic wave) 또는 스펙트럼은 RF(radio frequency) 스펙트럼을 포함하여 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 감마선 등 모든 주파수를 말한다. 이 중에 RF(radio frquency) 스펙트럼은 3㎔ 이하의 주파수 범위에 전파를 지칭할 수 있다. 그리고 본 명세서에서 RF 스펙트럼은 주파수 스펙트럼으로 지칭될 수 있다.

무선주파수(radio frequecy, RF) 채널은 이동통신에서 이동국과 기지국 간에 설정되는 통신회선을 말한다. 이동단말들 간 또는 이동단말과 고정단말 간의 동시 통화나 데이터 송수신을 가능하게 하는 RF 채널은 할당된 주파수 대역 내에서 한정된 채널 개수를 가진다. RF 수신채널은 신호나 데이터를 수신하는 RF 채널의 특정 상태나 특정 통신회선을 지칭할 수 있다.

상호상관(cross correlation)은 2개의 랜덤 신호들 X₁(t)와 X₂(t)가 다음의 [수학식 1]과 같이 정의될 때의 R₁₂(t)로 표현될 수 있다. 수학식 1에서 X₁(t)는 선형 고정계의 랜덤 입력이고, X₂(t)가 X₁(t)의 응답일 때, R₁₂(t)는 이 시스템의 전달 함수의 역라플라스 변환일 수 있다. 본 명세서에서 크로스 스펙트럼은 복소수 디지털 데이터를 상호상관 신호처리하여 얻을 수 있다.

복소수 데이터는 어떤 주기성을 가지는 신호 성분을 의미하며, RF 다운 변환부에 연결된 디지털 처리부에서 아날로그 신호로부터 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환된 것을 지칭할 수 있다. 복소수 데이터는 미리 설정된 주파수 대역에서 소정의 레벨을 가질 수 있다. 복소수 데이터는 복소수 신호 또는 복소수 디지털 데이터로 지칭될 수 있다.

주파수 스팬(frequency span)은, 계측기나 스펙트럼 분석기로 측정하고자 하는 주파수 범위 또는 주파수 폭을 나타내며, 스윕(sweep) 주파수 대역폭으로 지칭되거나 간략히 스팬으로 지칭될 수 있다. 분석 대상 주파수 대역에서 중심 주파수는 주파수 스팬의 중심일 수 있다.

디지털 레벨 데이터(digital level data)는 아날로그 형태가 아닌 디지털 형태의 레벨을 가진 데이터로서, 본 명세서에서는 상호상관 신호처리된 현재 파형과 상호상관 신호처리된 이전 파형에 가중치를 각각 곱하고 합한 크로스 스펙트럼 파형들을 주파수 스팬에 걸쳐 주파수와 레벨에 따라 기설정된 디스플레이 장치의 화면 픽셀들에 매핑하여 파형맵영상 메모리에 누적 저장하는 데이터를 지칭할 수 있다. 이러한 디지털 레벨 데이터는 누적 스펙트럼 파형들로서 누적 횟수에 따라 미리 설정된 서로 다른 색상이나 밝기로 미디스플레이 장치의 화면에 표시될 수 있다.

미약 신호(weak signals)는 RF 수신부의 잡음 레벨(noise floor) 근처 또는 잡음 레벨 이하에 있는 낮은 레벨의 신호를 지칭한다. 즉, 미약 신호는 다양한 신규 전파 서비스 환경에서 소출력 무선기기 등의 통신장비들 상호 간의 간섭을 줄이기 위해 짧은 시간 동안 상대적으로 낮은 출력으로 송신되는 신호를 지칭할 수 있다. 또한, 미약 신호는 기존의 스펙트로그램이나 누적 스펙트럼으로 디지털 RF 장치 내 RF 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨을 가진 신호를 지칭할 수 있다. RF 수신부의 내부 잡음 레벨은 수십 데시벨[㏈] 내지 수 데시벨의 크기를 가질 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하의 상세한 설명은 단지 예시적인 목적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 개념을 임의의 특정된 물리적 구성에 한정하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치의 주요 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 디지털 무선주파수(radio frequency, RF) 장치나 스펙트럼 분석기 등의 계측기기의 RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 레벨을 가진 신호인 미약 신호 특히, 간헐적으로 출력하는 간헐적 미약 신호를 탐지하기 위해 상호상관 처리부(100) 및 파형 조합부(200)를 구비한다.

상호상관 처리부(100)는 적어도 하나 이상의 안테나에 연결된 RF 수신채널들 간 상호상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성한다. 상호상관 스펙트럼은 크로스 스펙트럼 파형들로 지칭되거나 간략히 크로스 파형으로 지칭될 수 있다. 즉, 상호상관 처리부(100)는 RF 수신채널들로부터의 복소수 신호를 상호상관 신호처리하도록 구성될 수 있다. 복소수 신호는 복소수 데이터에 대응될 수 있다.

여기서, RF 수신채널들은 안테나로부터의 RF 입력을 중간주파수 신호로 변환하고, 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

전술한 상호상관 처리부(100)는 2개의 RF 수신채널들로부터 복소수 신호들을 받도록 구성될 수 있다. 상호상관 처리부(100)는 푸리에 변환(Fourier transform)이 적용된 2개 이상의 디지털 신호의 상호상관 값을 계산할 수 있다.

이 경우, 상호상관 처리부(100)에 연결되는 신호 탐지 제어부는 푸리에 변환된 2개 이상의 디지털 신호들 간에 상관 관계가 있는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 신호 탐지부는 상관 관계가 있는 주파수 성분을 갖는 저레벨 신호를 미약 신호로서 선택하고, 상관 관계가 없는 주파수 성분을 갖는 저레벨 신호를 잡음으로서 선택하지 않도록 구성될 수 있다. 신호 탐지 제어부는 간략히 판단부 또는 제어부 등으로도 지칭될 수 있다. 판단부 또는 제어부는 마이크로프로세서, 프로세서 등으로 구성되는 제어장치에 대응될 수 있다.

또한, 상호상관 처리부(100)는 다이버시티 효과를 얻기 위해 다중 안테나에 연결되는 3개 이상의 RF 수신채널들에 연결될 수 있다. 그 경우, 상호상관 처리부(100)는 3개 이상의 RF 수신채널들 중 미리 정해진 순서로 혹은 임의로 선택되는 2개의 RF 수신채널들의 복소수 신호를 상호상관 신호처리하고, 모든 RF 수신채널들 또는 이들의 조합 쌍의 복소수 데이터에 대하여 상호상관 신호처리를 수행하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 신호 탐지부는 모든 RF 수신채널들 또는 이들의 조합 쌍에 대한 상호상관 값들에 기초하여 잡음 저감에 대한 성능이나 효율이 상대적으로 가장 우수한 2개의 RF 수신채널을 선택하도록 구성될 수 있다. 상호상관 처리부(100)는 신호 탐지부에 의해 선택된 2개의 RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하도록 구성될 수 있다.

파형 조합부(200)는 상호상관 처리부(100)로부터 상호상관 스펙트럼을 입력받고, 주파수 스팬(frequency span)에 걸쳐 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 각각 가중치를 곱한 후 더하여 출력 스펙트럼을 생성하도록 구성될 수 있다. 출력 스펙트럼은 상호상관 스펙트럼 파형들로서 간략히 크로스 파형으로 지칭될 수 있다.

여기서, 과거 파형이 제1 시간의 파형일 때, 현재 파형은 제1 시간보다 늦은 시간이 제2 시간의 파형일 수 있다. 과거 파형은 하나의 최초 파형이거나 제1 과거 파형과 제2 과거 파형을 각각 가중치로 조합한 것일 수 있다. 현재 파형과 과거 파형에 각각의 가중치를 곱한 후 더하는 것은 현재 파형과 과거 파형의 조합으로 표현될 수 있고, 과거 파형에 현재 파형을 누적하는 형태로 조합하기 위해 과거 파형의 레벨을 기준으로 현재 파형을 정규화하는 것을 포함할 수 있다.

현재 파형과 과거 파형에 부여되는 가중치들을 서로 동일하거나 다를 수 있다. 각 가중치는 0 내지 1.0의 범위에서 선택되는 값을 가질 수 있다.

전술한 상호상관 처리부(100)와 파형 조합부(200)는 독립적인 모듈들로 각각 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 상호상관 처리부(100)와 파형 조합부(200)는 단일 모듈 형태의 상호상관 파형 발생부(300)로 형성될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 과거 파형과 현재 파형을 가중치로 조합된 상호상관 스펙트럼 파형들은 디스플레이 장치의 화면 픽셀들과 매핑되어 파형맵영상 메모리의 해당 픽셀들에 각각 누적 저장될 수 있다. 또한, 파형맵영상 메모리에서 파형이 누적 저장되는 각 픽셀은, 각 픽셀에 대한 파형의 누적 횟수나 각 픽셀에 대한 파형의 히트(hit) 회수에 따라 누적 레벨을 갖고, 누적 레벨에 따라 미리 설정된 색상 및/또는 밝기를 나타내도록 구성되는 각 픽셀 데이터 즉, 디지털 레벨 데이터를 저장할 수 있다. 이러한 디지털 레벨 데이터는 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 파형맵영상 메모리로부터 디스플레이 장치의 구동부로 전달될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 사용자는 디스플레이 장치의 화면 상에서 간헐적 미약 신호를 직관적으로 탐지할 수 있다.

본 실시예에서 미약 신호는 디지털 RF 장치나 스펙트럼 분석기 등의 신호 탐지 장치의 RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 낮은 레벨을 가진 신호를 나타낼 수 있다. 간헐적 미약 신호는, 스펙트럼 분석기 등의 신호 탐지 장치의 입장에서, 탐지 대상 주파수 대역 내 특정 주파수를 소정의 단위 시간 동안 띄엄띄엄 혹은 가끔씩 사용하다가 사용하지 않는 형태로 간헐적으로 출현하는 낮은 레벨의 신호를 지칭할 수 있다.

도 2는 도 1의 미약 신호 탐지 장치에 채용할 수 있는 상호상관 신호처리에 따른 잡음 레벨에 대한 예시도이다.

도 2를 참조하면, 중심주파수가 2167.2㎒인 WCDMA 신호를 수신대역폭 10㎒, 샘플링 주파수 12.8㎒, 샘플링 개수 65,400개, 상호상관 개수 128개, 고속 푸리에 변환 개수 1,024개로 시뮬레이션한 결과를 확인할 수 있다. 도 2에서, 310은 주파수 스펙트럼의 평균값을 도시한 것이고, 330은 상호상관 처리한 주파수 스펙트럼을 도시한 것이다.

시뮬레이션 결과에서 2개의 점선들로 표시된 부분을 살펴보면, 주파수 스펙트럼에 해당하는 복소수 데이터를 상호상관 신호처리한 경우, 잡음 레벨이 10㏈ 가량 감소한 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 상호상관 값을 이용하면, 주파수 스펙트럼의 잡음 레벨이 감소하여 신호대 잡음비가 높아지므로 본래의 RF 수신부의 내부 잡음 레벨보다 낮은 레벨을 갖는 미약 신호를 탐지하는 것이 가능해진다. 만약 상호상관 개수를 더 높이는 경우, 잡음 레벨은 더 감소될 수 있다.

도 3은 도 1의 미약 신호 탐지 장치의 주요 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 전파 신호에 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하기 위해, 2개의 RF 수신채널들 간 상호상관 신호처리를 수행하는 단계(S100) 및 상호상관 신호처리에 의해 생성된 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 조합한 크로스 파형을 생성하여 상호상관 스펙트럼에 잔상 기능을 적용하는 단계(S200)를 포함한다.

구체적으로, 상호상관 신호처리를 수행하는 단계(S100)에서, 상호상관 처리부는 2개의 RF 수신채널들로부터 들어로는 복소수 디지털 데이터를 상호상관 신호처리하여 상호상관 스펙트럼을 생성할 수 있다.

크로스 파형을 생성하는 단계(S200)에서, 파형 조합부는 상호상관 처리부에서 나오는 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형에 각각 가중치를 곱한 후 더하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다. 출력 스펙트럼은 크로스 파형으로 지칭될 수 있고, 크로스 파형은 상호상관 스펙트럼 파형을 포함할 수 있다.

본 실시예의 구성에 의하면, 잡음 레벨을 낮춘 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 조합함으로써 출력 스펙트럼을 생성하고, 생성된 출력 스펙트럼을 파형과 픽셀 간의 매핑을 통해 파형맵영상 메모리에 누적 저장할 수 있고, 디스플레이 장치의 화면 픽셀들에 대응하는 파형맵영상 메모리의 셀들에 각각 누적 저장되는 디지털 레벨 데이터를 이용하여 디스플레이 장치의 화면에 간헐적 미약 신호를 가시적으로 표출할 수 있다.

도 4는 도 1의 미약 신호 탐지 장치의 파형 조합부를 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 파형 조합부(200)는, 상호상관 스펙트럼에 잔상 기능을 적용하기 위해, 제1 곱셈기, 제2 곱셈기, 덧셈기 및 파형 저장 유닛(D)을 구비할 수 있다.

파형 조합부(200)는 제1 곱셈기를 이용하여 상호상관 스펙트럼의 현재 파형인 제n 시간에서의 입력 스펙트럼(I[n])에 제1 가중치(w1)를 곱하도록 구성될 수 있다. 제1 가중치(w1)는 0 이상 내지 1.0 이하의 범위에서 선택된 값일 수 있다.

또한 파형 조합부(200)의 출력 스펙트럼(O[n])은 파형 저장 유닛(D)에 저장될 수 있다. 한편, 파형 저장 유닛(D)에 기저장된 출력 스펙트럼(O[n-1])은, 입력 스펙트럼(I[n])이 파형 조합부(200)에 입력될 때, 과거 파형으로서 제2 곱셈기로 전달될 수 있다.

또한 파형 조합부(200)는 제2 곱셈기를 이용하여 파형 저장 유닛(D)으로부터 들어오는 제n-1 시간의 출력 스펙트럼(O[n-1])인 과거 파형에 제2 가중치(w2)를 곱하도록 구성될 수 있다. 제2 가중치(w2)는 0 이상 내지 1.0 이하의 범위에서 선택된 값일 수 있다.

또한, 파형 조합부(200)는 덧셈기를 이용하여 제1 가중치(w1)가 곱해진 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 제2 가중치(w2)가 곱해진 상호상관 스펙트럼의 과거 파형을 합하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼(O[n])을 생성할 수 있다.

현재 파형의 출력 스펙트럼은 다시 파형 저장 유닛(D)에 저장되어 다음 파형인 제n+1 시간에서의 입력 스펙트럼에 잔상 기능을 적용할 때 이용될 수 있다. 여기서, n은 임의의 자연수일 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 개략적인 블록도이다.

도 5를 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는 상호상관 파형 발생부(cross-correlation waveform generator, 300), 파형 픽셀 매핑부(waveform pixel mapping unit, 400) 및 파형맵영상 메모리(waveform map image memory, WMI memory, 500)를 포함하여 구성될 수 있다.

상호상관 파형 발생부(300), 파형 픽셀 매핑부(400) 및 파형맵영상 메모리(500)의 조합은 스펙트럼 처리부(spectrum processing part, 600)로 지칭될 수 있다. 스펙트럼 처리부(600)는 잔상 기능을 가진 상호상관 스펙트럼을 디스플레이 장치의 화면 픽셀들에 매핑하여 파형맵영상 메모리(500)에 누적 저장하는 구성을 포함할 수 있다.

구체적으로 스펙트럼 처리부(600)의 구성요소들을 설명하면, 상호상관 파형 발생부(300)는 도 1을 참조하여 앞서 설명한 상호상관 처리부 및 파형 조합부를 구비할 수 있다. 상호상관 파형 발생부(300)는 크로스 파형을 생성하여 출력할 수 있다. 크로스 파형은 스펙트럼 잔상 기능을 가진 상호상관 스펙트럼으로서 상호상관 스펙트럼 파형에 대응하며, 크로스 스펙트럼 파형으로 지칭될 수 있다.

파형 픽셀 매핑부(400)는 상호상관 파형 발생부(300)로부터 들어오는 크로스 파형 즉, 상호상관 스펙트럼 파형을 미리 설정된 디스플레이 장치의 화면을 형성하는 픽셀들로 매핑할 수 있다. 파형 픽셀 매핑부(400)에 의해 매핑된 크로스 파형은 파형맵영상 메모리(500)에 누적 저장될 수 있다.

파형맵영상 메모리(500)는 파형 픽셀 매핑부(400)에 의해 매핑된 크로스 파형을 디스플레이 장치의 픽셀들에 대응하는 메모리 셀들에 누적 저장할 수 있다. 메모리 셀은 간략히 셀로 지칭될 수 있다. 즉, 스펙트럼 잔상 기능을 갖고 픽셀들에 매핑된 크로스 파형은 해당 셀들에 누적 횟수만큼 레벨이 증가하도록 저장될 수 있다. 파형맵영상 메모리(500)의 각 셀에 저장되는 디지털 데이터는 누적 횟수 또는 저장 횟수에 따라 레벨이 증가하고, 레벨에 따라 디스플레이 장치의 화면 상에서 서로 다른 색상이나 밝기를 갖도록 설정될 수 있다. 이러한 디지털 데이터는 누적 스펙트럼이나 디지털 레벨 데이터로 지칭될 수 있다. 이러한 파형맵영상 메모리(500)는 메모리 버퍼, 픽셀 메모리 버퍼 또는 영상 메모리 버퍼를 포함할 수 있고, 영상 메모리 버퍼는 래스터(raster) 영상 메모리 버퍼를 포함할 수 있다.

또한, 파형맵영상 메모리(500)에서 데이터 프레임에 대응하는 복수의 셀들은 디스플레이 장치의 2차원 화면의 복수의 픽셀에 대응하도록 설정될 수 있다. 전술한 복수의 픽셀들로 형성되는 가상의 2차원 화면에서 x축은 크로스 파형의 주파수에, y축은 크로스 파형의 레벨에 각각 대응할 수 있다. 그리고 메모리 버퍼의 x축은 디스플레이창의 가로축에, y축은 디스플레이창의 세로축에 대응될 수 있다.

또한, 파형맵영상 메모리(500)는, 메모리 버퍼로서, 디스플레이 장치의 픽셀에 대응하는 각 셀에 현재 저장된 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 서로 다른 색상들을 할당하고, 서로 다른 색상들로 할당된 누적 스펙트럼을 디스플레이 장치의 영상 신호로서 출력하도록 구성될 수 있다.

즉, 미약 신호 탐지 장치에서 파형맵영상 메모리(500)에 저장된 디지털 레벨 데이터는 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 프레임 데이터로서 또는 영상 신호로서 디스플레이 장치로 전달하도록 구성될 수 있다.

본 실시에에서 디지털 레벨 데이터는 파형맵영상 메모리(500)의 각 셀에 대해 누적되는 횟수에 따라 디지털 레벨이 변하는 데이터를 지칭할 수 있다. 디지털 레벨 데이터에 대하여 각 픽셀은 미리 설정된 초기 레벨(예컨대 0, -100 등)을 가질 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 복소수 신호를 상호상관 신호처리하고 신호처리된 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 이전 파형 각각에 가중치를 곱하여 더한 후에, 디스플레이 장치의 화면 픽셀들에 매핑하여 파형맵영상 메모리에 누적 저장하고, 각 셀에 누적 저장된 디지털 레벨 데이터를 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 디스플레이 장치로 전달하여, 각 셀에 대응하는 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 디스플레이 장치의 화면의 대응 픽셀들에 각각의 색상 및/또는 밝기로 표현하도록 하고, 그에 의해 극한 신호나 간헐적 미약 신호를 가시적으로/직관적으로 탐지할 수 있다.

도 6은 도 5의 미약 신호 탐지 장치에 이용되는 디지털 레벨 데이터를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 시간 흐름에 따라 제1 시간에서의 제1 파형맵영상 메모리(510), 제2 시간에서의 제2 파형맵영상 메모리(530) 및 제3 시간에서의 제3 파형맵영상 메모리(550)에 각각 저장된 디지털 레벨 데이터의 일례를 볼 수 있다.

제1 내지 제3 파형맵영상 메모리들(510, 530, 550)은 시간 흐름에 따라 저장되는 디지털 레벨 데이터가 다를 뿐 하나의 동일한 영상 메모리 버퍼일 수 있다. 제3 시간은 제2 시간보다 늦은 시간이고, 제2 시간은 제1 시간보다 늦은 시간이다.

구체적으로, 제1 파형맵영상 메모리(510)의 셀들에 저장되는 제1 시간의 제1 크로스 파형의 디지털 레벨 데이터(이하 '제1 디지털 레벨 데이터')는 적어도 일부의 제1 셀들에 저장될 수 있다. 크로스 파형은 상호상관 스펙트럼 파형에 대응된다.

즉, 제1 파형맵영상 메모리(510)는 제1 시간에 제1 셀들에 저장되는 상호상관 스펙트럼 파형으로 인해 제1 셀들(빗금 친 부분 참조)만이 초기 레벨보다 높은 제1 레벨을 가진 셀들을 구비할 수 있다.

다시 말해서, 제1 셀들 각각은 크로스 파형의 대응 샘플 포인트들에 대해 해당 셀을 히트(hit)한 것으로 간주하고, 누적된 히트 개수에 따른 미리 지정된 서로 다른 색상 및/또는 밝기를 갖도록 설정될 수 있다.

제1 파형맵영상 메모리에 저장된 제1 디지털 레벨 데이터가 디스플레이 장치로 전달되면, 디스플레이 장치의 화면에는 제1 파형맵영상 메모리(510)의 형태와 동일하거나 유사한 누적 스펙트럼이 표시될 수 있다.

또한, 제2 파형맵영상 메모리(530)의 셀들에 저장되는 제2 시간의 제2 크로스 파형의 디지털 레벨 데이터(제2 디지털 레벨 데이터)는 일부의 제2 셀들에 저장될 수 있다. 제2 셀들의 적어도 일부는 제1 셀들의 적어도 일부와 중첩될 수 있다. 중첩되는 제2 셀의 디지털 레벨 데이터의 레벨은 중첩된 제1 셀의 디지털 레벨 데이터의 레벨보다 미리 설정된 크기, 예컨대 1회 누적 횟수에 따른 기준 크기만큼 더 클 수 있다.

특히, 간헐적 미약 신호가 출현하는 경우, 예를 들어 제2 파형맵영상 메모리(530)의 제2 셀들 중 다른 일부에는 간헐적 미약 신호에 대한 디지털 레벨 데이터가 기록될 수 있다.

또한, 제3 파형맵영상 메모리(530)의 셀들에 저장되는 제3 시간의 제3 크로스 파형의 디지털 레벨 데이터(제3 디지털 레벨 데이터)는 일부의 제3 셀들에 저장될 수 있다. 제3 셀들의 적어도 일부는 제2 셀들의 적어도 일부와 중첩될 수 있다. 중첩되는 제3 셀의 디지털 레벨 데이터의 레벨은 중첩된 제2 셀의 디지털 레벨 데이터의 레벨보다 미리 설정된 크기, 예컨대 1회 누적 횟수에 따른 기준 크기만큼 더 클 수 있다.

게다가, 제2 크로스 파형에 이어서 제3 크로스 파형에도 간헐적 미약 신호가 포함되는 경우, 제3 디지털 레벨 데이터는 신호의 누적 회수에 따라 증가하는 레벨로 간헐적 미약 신호(intermittent weak singals, IWS)에 대한 레벨 정보를 포함할 수 있다.

제3 셀들 각각은 크로스 파형의 대응 샘플 포인트들에 대한 누적된 히트(hit) 수에 따른 레벨을 가지며, 이러한 제3 셀들 각각의 레벨은 디스플레이 장치의 화면에서 해당 레벨의 크기에 따라 미리 지정된 서로 다른 색상 및/또는 밝기를 갖고 표현되도록 설정될 수 있다.

이와 같이, 제3 파형맵영상 메모리에 저장되고 간헐적 미약 신호(IWS)를 포함하는 제3 디지털 레벨 데이터는 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간에 디스플레이 장치로 전달될 수 있고, 그에 따라 디스플레이 장치의 화면에는 제3 파형맵영상 메모리(550)의 기저장된 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 간헐적 미약 신호(IWS)를 포함한 서로 다른 색상 및/또는 밝기의 누적 스펙트럼이 표시될 수 있다.

도 7은 도 5의 미약 신호 탐지 장치의 작동 원리를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 전파 신호나 RF 신호에 포함된 간헐적 미약 신호를 탐지하기 위해, 2개의 RF 수신채널 간 상호상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하는 단계, 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형(이전 파형)을 가중치로 조합하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 크로스 파형을 생성하는 단계(S200)를 포함할 수 있다. 크로스 파형은 크로스 스펙트럼 파형, 상호상관 스펙트럼, 또는 상호상관 스펙트럼 파형으로 지칭될 수 있다.

또한, 미약 신호 탐지 장치는, 크로스 스펙트럼 파형들을 시간 흐름 상에서 순차적으로 디스플레이 장치의 화면 픽셀들과 매핑하고(S400), 매핑 결과에 따라 크로스 스펙트럼 파형들은 영상 메모리에 누적 저장할 수 있다(S500). 영상 메모리는 파형맵영상 메모리, 영상 메모리 버퍼, 메모리 버퍼 등으로 지칭될 수 있다.

즉, 미약 신호 탐지 장치의 파형 픽셀 매핑부는 특정 시간의 크로스 파형을 디스플레이 장치의 화면을 형성하는 픽셀들과 매핑할 수 있다. 그리고, 미약 신호 탐지 장치는 매핑된 크로스 파형을 디스플레이 장치의 화면을 형성하는 픽셀들과 대응하는 메모리 버퍼의 셀들에 저장할 수 있다. 일정 시간 동안의 크로스 파형들은 메모리 버퍼의 셀들에 누적 저장될 수 있다.

또한, 미약 신호 탐지 장치는, 메모리 버퍼에 저장된 크로스 파형들을 디스플레이 장치의 화면에 표시하기 위해, 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 크로스 파형들을 영상 신호로서 디스플레이 장치의 데이터 구동부로 전달할 수 있다. 즉, 미약 신호 탐지 장치는 저장된 크로스 스펙트럼 파형들을 프레임 갱신 속도로 디스플레이로 전달할 수 있다(S600).

본 실시예에 의하면, 파형맵영상 메모리에 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 포함한 무선 신호에 대해 스펙트럼을 누적하여 매핑하고, 매핑된 스펙트럼의 주파수 대 레벨이 스펙트럼의 출력빈도에 따라 디스플레이창에서 서로 다른 색상의 영상 신호의 파형들로 도시되도록 구성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는 스펙트럼 처리부(600)와, 스펙트럼 처리부(600)의 입력단 측에 연결되는 제1 RF 수신채널부(700) 및 제2 RF 수신채널부(800)를 포함할 수 있다. 제1 RF 수신채널부(700) 및 제2 RF 수신채널부(800)는 간략히 제1 RF 수신채널과 제2 RF 수신채널로 각각 지칭될 수 있다.

스펙트럼 처리부(600)는 도 5를 참조하여 앞서 설명한 상호상관 파형 발생부(300), 파형 픽셀 매핑부(400) 및 파형맵영상 메모리(500)를 포함할 수 있다.

제1 RF 수신채널(700)은 안테나로부터의 제1 RF 입력을 중간주파수 신호로 변환하는 제1 RF 다운변환부(710), 및 제1 RF 다운변환부(710)에 연결되는 제1 디지털 신호처리부(720)를 구비할 수 있다.

제2 RF 수신채널(800)는 안테나로부터의 제2 RF 입력을 중간주파수 신호로 변환하는 제2 RF 다운변환부(810), 및 제2 RF 다운 변환부(810)에 연결되는 제2 디지털 신호처리부(820)를 구비할 수 있다.

제1 RF 입력과 제2 RF 입력은, 단일 안테나에서 수신되는 전파 신호를 전력분배기를 통해 분기한 신호들이거나, 2개의 독립된 안테나들에서 수신되는 전파 신호들일 수 있다.

각 RF 수신채널의 RF 다운변환부(710; 810)는, 안테나로부터 수신된 RF 신호를 중간주파수 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. RF 다운변환부는 프리셀렉터, 국부발진기, 믹서 및 필터를 구비할 수 있다(도 12의 30 참조).

전술한 경우, 프리셀렉터는 미약 신호 탐지 장치의 동작을 제어하는 프로세서나 제어장치의 제어에 따라 안테나로부터 수신된 RF 신호들 중 특정 주파수 범위의 신호만을 통과시켜 믹서로 전달할 수 있다. 국부발진기는 제어장치의 제어에 따라 믹서에 기준 주파수를 공급하도록 구성될 수 있다. 믹서는 국부발진기로부터 받은 기준 주파수과 프리셀렉터를 통해 받은 RF 신호를 혼합하여 중간주파수 대역으로 주파수를 하향 변환할 수 있다. 그리고, 필터는 제어장치의 제어에 따라 중간주파수 신호에 포함된 여러 채널들 중 원하는 채널만을 대역통과 필터링하여 선택하도록 구성될 수 있다.

각 RF 수신채널의 디지털 신호처리부(720, 820)는 중간주파수 신호로 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호의 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 각 디지털 신호처리부는 아날로그 디지털 변환기, 및 디지털 다운 컨버터를 구비할 수 있다(도 12의 40 참조).

전술한 경우, 아날로그 디지털 변환기는 RF 다운변환부로부터 들어오는 중간주파수의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 그리고 디지털 다운 컨버터는 아날로그 디지털 변환기에서 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하고 데이터 샘플링 속도를 줄여 복소수 디지털 데이터를 생성하고, 생성된 복소수 디지털 데이터를 스펙트럼 처리부(600)로 출력하도록 구성될 수 있다.

스펙트럼 처리부(600)의 상세 구성은 도 5에 대한 상세 설명으로 갈음한다.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.

도 9를 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 안테나(910), 전력분배기(900), 제1 RF 수신채널(700), 제2 RF 수신채널(800), 스펙트럼 처리부(Spectrum processing part, 600)를 포함하여 구성될 수 있다. 스펙트럼 처리부(600)는 디스플레이 장치에 연결될 수 있다.

각 구성요소를 좀더 구체적으로 살펴보면, 안테나(910)는 대기(on-air) 상에서 무선주파수(radio frequency, RF) 신호를 수신한다. 안테나(910)는 안테나부, 안테나 시스템 등으로 지칭될 수 있다.

전력분배기(900)는 안테나(910)로부터의 RF 입력을 분기하고 분기된 RF 신호들을 2개의 RF 수신채널들(700, 800)에 각각 공급한다.

2개의 RF 수신채널들(700, 800) 각각은 안테나(910)로부터 들어오는 RF 신호를 디지털 신호처리가 가능한 중간주파수(intermediate frequency) 신호로 변환한다. 제1 RF 수신채널(700)은 제1 RF 다운변환부(RF down conversion part, 710) 및 제1 디지털 신호처리부(digital processing part, 720)를 구비할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 RF 수신채널(800)은 제2 RF 다운변환부(810) 및 제2 디지털 신호처리부(820)를 구비할 수 있다.

제1 RF 다운변환부(710) 및 제2 RF 다운변환부(810) 각각은 프리셀렉터, 국부발진기, 믹서 및 필터를 구비할 수 있다(도 12의 참조부호 30 참조). 제1 또는 제2 RF 다운변환부는 국부발진기에 연결되는 스위프 발생기(sweep generator)를 더 구비할 수 있다. 스위프 발생기는 국부발진기에 특정 파형에 대한 주파수를 시간에 따라 자동으로 변하게 하도록 구성될 수 있다.

제1 디지털 처리부(720) 및 제2 디지털 처리부(820) 각각은, 각 RF 다운변환부에서 생성된 중간주파수 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 기저대역 디지털 신호로 변환하고, 기저대역 디지털 신호의 데이터 샘플링 속도를 줄여 기저대역 복소수 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 기저대역 복소수 신호는 복소수 데이터로 지칭될 수 있다.

스펙트럼 처리부(600)는 상호상관 파형 발생부(cross-correlation waveform generator, 300), 파형 픽셀 매핑부(waveform pixel mapping unit, 400) 및 파형맵영상 메모리(waveform map image memory, 500)를 포함하여 구성될 수 있다.

상호상관 파형발생기(300)는, 상호상관 스펙트럼 처리부(cross spectrum unit, 100)와 파형 조합부(200)를 구비할 수 있다.

상호상관 스펙트럼 처리부(100)는 2개의 RF 수신채널들 간의 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성한다. 상호상관 스펙트럼 처리부(100)는, 두 채널들 간 상관 관계를 통해 시간 영역의 I-데이터와 Q-데이터를 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 수행한 후 각 주파수 성분들을 시간적으로 누적시키도록 구성될 수 있다. 또한, 상호상관 스펙트럼 처리부(100)는, 2개 수신채널 누적 데이터의 각 주파수 빈(bin)에 대해 평균 처리하여 신호 성분은 유지하고 잡음 성분만 저감하여 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있고, 그에 의해 스펙트럼 처리부(600)의 부하를 감소시킬 수 있다.

파형 조합부(200)는 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형(예컨대 현재 파형의 직전 파형)을 가중치로 조합하여 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다. 다시 말해서, 파형 조합부(200)는, 순시 파형인 상호상관 스펙트럼이 들어오면, 아래의 [수학식 2]와 같이 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 각각의 가중치로 조합하여 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이것은 스펙트럼 잔상 효과를 얻기 위한 것으로써, 파형 조합부(300)를 상호상관 스펙트럼 처리부(100)의 출력단에 연결하는 형태로 구현될 수 있다.

위의 [수학식 2]에서, O[n]는 제n 시간에서의 출력 스펙트럼(output spectrum at time=n), I[n]는 제n 시간에서의 입력 스펙트럼(input spectrum at time=n), O[n-1]는 제n 시간의 직전 과거 시간인 제n-1 시간에서의 출력 스펙트럼, w1 및 w2는 가중치 인자(weighting factor)를 각각 나타낸다. w1 및 w2는 0 내지 1의 범위에서 선택되는 실수 값을 가질 수 있다.

파형 픽셀 맵핑부(400)는 디스플레이창을 의미하는 파형맵영상 메모리(500)에 출력 스펙트럼 파형을 맵핑한다. 파형맵영상 메모리(500)의 픽셀 메모리 버퍼에서 x축은 출력 스펙트럼의 주파수(frequency), y축은 출력 스펙트럼의 파워 레벨(power level)에 대응하도록 매핑될 수 있다.

파형맵영상 메모리(500)는 미약 신호 탐지 장치의 동작을 제어하는 프로세서나 제어장치의 제어에 따라 분석 대상인 특정 주파수 대역에서 출력되는 출력 스펙트럼 파형에 대해 픽셀 메모리 버퍼의 각 픽셀의 누적 횟수에 따라 색상을 다르게 할당한 누적 스펙트럼을 저장할 수 있다. 누적 스펙트럼은 프레임 데이터에 대응하는 디지털 레벨 데이터로서 디스플레이 장치(1000)로 전송되어 디스플레이 장치의 화면에 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 특정 색상으로 표시하도록 사용될 수 있다.

이와 같이, 미약 신호 탐지 장치는, 누적 스펙트럼의 디지털 레벨 데이터에서 누적 횟수가 적을수록 옅은 청색 계열의 색상으로, 누적 횟수가 많을수록 짙은 적색 계열의 색상으로 각각 표현하여 잡음레벨(noise floor) 근처에 있는 낮은 레벨의 미약 신호로서 간헐적으로 출력하는 간헐적 미약 신호를 효과적으로 탐지할 수 있다. 또한, 미약 신호 탐지 장치는 높은 레벨의 광대역 신호 내에 있는 낮은 레벨의 신호를 효과적으로 탐지할 수 있다.

또한, 미약 신호 탐지 장치는, 간헐적으로 발생하는 신호를 탐지하기 위해 감쇄(decay) 처리의 중첩 모드를 이용하여 프레임에 있던 레벨 정보들을 측정이 멈추기 전까지 새로운 프레임으로 계속 중첩하여 해당 주파수에서 측정 시간동안 출현한 모든 레벨을 표시하도록 구성될 수 있다.

다시 말해서, 감쇄 처리에는 스펙트럼 도시 방식의 현재(current) 모드나 최대유지(maxhold) 모드와 유사하게 잔상(persistent) 모드 또는 중첩(overwrite) 모드가 있다. 본 실시예에서는 현재의 신호만 관측하기 위해 감쇄 처리의 잔상 모드를 이용하여 프레임에 있던 레벨 정보들을 감소시키면서 새로운 프레임에 계속 중첩하여 해당 주파수에서 현재 출현하는 RF 신호의 모든 주파수의 모든 레벨을 디스플레이창에 서로 다른 색상으로 표시하도록 구성될 수 있고, 이에 의해 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 효과적으로 탐지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.

도 10를 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 안테나(910), 분배기(900), 제1 RF 수신채널(701), 제2 RF 수신채널(703), 제3 RF 수신채널(705), 제4 RF 수신채널(707), 스펙트럼 처리부(600) 및 채널 선택부(950)를 포함할 수 있다.

전력분배기(900)는 안테나(910)로부터의 RF 입력을 분기하고 분기된 RF 신호들을 4개의 RF 수신채널들(701, 703, 705, 707)에 각각 공급할 수 있다.

4개의 RF 수신채널들(701, 703, 705, 707) 각각은 안테나(910)로부터 들어오는 RF 신호를 디지털 신호처리가 가능한 중간주파수(intermediate frequency) 신호로 변환하고, 중간주파수 신호를 기저대역 복소수 신호로 변환할 수 있다.

제1 RF 수신채널(701)은 제1 RF 다운변환부(RF DC #1, 711)와 제1 디지털 신호처리부(DSP #1, 721)을 구비할 수 있다. 제2 RF 수신채널(703)은 제2 RF 다운변환부(RF DC #2, 713)와 제2 디지털 신호처리부(DSP #2, 723)을 구비할 수 있다. 제3 RF 수신채널(705)은 제3 RF 다운변환부(RF DC #3, 715)와 제3 디지털 신호처리부(DSP #3, 725)을 구비할 수 있다. 그리고 제4 RF 수신채널(707)은 제4 RF 다운변환부(RF DC #4, 717)와 제4 디지털 신호처리부(DSP #4, 727)을 구비할 수 있다.

본 실시예의 미약 신호 탐지 장치는 안테나(910)의 수신 신호가 전력분배기(910)에 의해 분배되어 제1 RF 수신채널(701) 내지 제4 RF 수신채널(707) 중 적어도 하나 이상으로 들어갈 때, 상호상관 값을 계산하는 제어장치에 의해 채널 선택부(950)의 동작을 제어하여 4개 수신채널들 중 2개의 수신채널들을 선택하도록 구성될 수 있다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.

도 11을 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 제1 안테나(910), 제2 안테나(920), 제1 RF 수신채널(700), 제2 RF 수신채널(800), 스펙트럼 처리부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 실시예의 미약 신호 탐지 장치는 제1 안테나(910)의 수신 신호가 제1 RF 수신채널(700)로 들어가고, 제2 안테나(920)의 수신 신호가 제2 RF 수신채널(800)로 들어가는 구성을 제외하고, 도 9를 참조하여 앞서 설명한 실시예의 미약 신호 탐지 장치와 실질적으로 동일한 구성을 가진다.

즉, 본 실시예의 미약 신호 탐지 장치는, 전력분배기를 사용하지 않는 구성을 제외하고, 도 9를 참조하여 앞서 설명한 미약 신호 탐지 장치와 실질적으로 동일하므로 그 상세 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예의 미약 신호 탐지 장치는 그 동작 제어를 위해 컴퓨팅 장치에 연결될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 제어장치나 적어도 하나의 프로세서를 구비할 수 있다. 제어장치는 간헐적 미약 신호를 시간적으로 구별되는 색상으로 표시하기 위해 디스플레이 장치(1000)의 동작을 제어할 수 있다.

전술한 실시예들에 의하면, 단일 안테나 또는 2개의 안테나들에 수신된 RF 입력을 2개 수신채널을 통해 복소수 디지털 데이터(complex digital data)로 변환하고, 복소수 디지털 데이터를 상호상관 신호처리하여 크로스 스펙트럼(cross spectrum)을 생성하고, 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 조합하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하고, 출력 스펙트럼 파형들을 픽셀 메모리 버퍼에 누적 저장하면서 디스플레이 장치의 갱신 시간마다 데이터 프레임을 만들도록 구성함으로써, 스펙트럼 분석기를 포함한 디지털 RF 장치의 디스플레이 장치에 영상신호 프레임을 디스플레이 갱신속도로 전달할 수 있고, 그에 의해 누적된 래스터(raster) 영상 메모리 버퍼가 수집한 디지털 레벨 데이터의 파워 레벨(power level) 기반의 히스토리를 제공하도록 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 분석 대상 신호의 주파수 스팬(frequency span)에 걸쳐 수집한 많은 상호상관 스펙트럼 파형들을 고속으로 단일 래스터 영상 버퍼에 누적하여 담고 누적된 상호상관 스펙트럼(누적 스펙트럼)의 파형들을 디스플레이 장치로 프레임 갱신 속도로 전달함으로써 기존에는 관측할 수 없었던, RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 레벨을 갖고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 효과적으로 탐지할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 대한 블록도이다.

도 12를 참조하면, 미약 신호 탐지 장치는, 제1 안테나(911), 제2 안테나(913), 제3 안테나(915), 제4 안테나(917), 제1 RF 수신채널(701), 제2 RF 수신채널(703), 제3 RF 수신채널(705), 제4 RF 수신채널(707), 스펙트럼 처리부(600), 및 채널 선택부(950)를 포함할 수 있다.

제1 RF 수신채널(701)은 제1 RF 다운변환부(RF DC #1, 711)와 제1 디지털 신호처리부(DSP #1, 721)을 구비할 수 있다. 제2 RF 수신채널(703)은 제2 RF 다운변환부(RF DC #2, 713)와 제2 디지털 신호처리부(DSP #2, 723)을 구비할 수 있다. 제3 RF 수신채널(705)은 제3 RF 다운변환부(RF DC #3, 715)와 제3 디지털 신호처리부(DSP #3, 725)을 구비할 수 있다. 그리고 제4 RF 수신채널(707)은 제4 RF 다운변환부(RF DC #4, 717)와 제4 디지털 신호처리부(DSP #4, 727)을 구비할 수 있다.

본 실시예의 미약 신호 탐지 장치는 제1 안테나(911)의 수신 신호가 제1 RF 수신채널(701)로 들어가고, 제2 안테나(913)의 수신 신호가 제2 RF 수신채널(703)로 들어가고, 제3 안테나(915)의 수신 신호가 제3 RF 수신채널(705)로 들어가고, 제4 안테나(917)의 수신 신호가 제4 RF 수신채널(707)로 들어가고, 상호상관 값을 계산하는 제어장치의 제어에 따라 4개 수신채널들 중 2개의 수신채널들을 선택하는 채널 선택부(950)의 구성을 제외하고, 도 11를 참조하여 앞서 설명한 실시예의 미약 신호 탐지 장치와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다.

또한, 미약 신호 탐지 장치는 다이버시티 효과를 얻기 위해 다중 안테나 및 다중 안테나에 연결되는 4개 이상의 RF 수신채널들에 연결될 수 있다. 그 경우, 상호상관 처리부(100)는 4개 이상의 RF 수신채널들 중 미리 정해진 순서로 혹은 임의로 선택되는 2개의 RF 수신채널들의 복소수 신호를 상호상관 신호처리하고, 모든 RF 수신채널들 또는 이들의 조합 쌍의 복소수 데이터에 대하여 상호상관 신호처리를 수행한 후, 모든 RF 수신채널들 또는 이들의 조합 쌍에 대한 상호상관 값들에 기초하여 잡음 저감에 대한 성능이나 효율이 상대적으로 가장 우수한 2개의 RF 수신채널을 선택하도록 구성될 수 있다.

그리고, 미약 신호 탐지 장치는, 상호상관 처리부(100)에 의해, 제어장치에 의해 선택된 2개의 RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하고, 파형 조합부(200)에 의해 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 조합하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하고, 파형 픽셀 매핑부(400)에 의해 매핑되는 출력 스펙트럼을 파형맵영상 메모리(500)에 누적 저장한 후, 프레임 갱신 타이밍에 디스플레이 장치로 전송하여, 간헐적 미약 신호를 디스플레이 장치의 화면에서 사용자에 의해 직관적으로 탐지할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 13은 비교예의 스펙트럼 분석기를 예시한 블록도이다.

도 13을 참조하면, 비교예의 스펙트럼 분석기는 안테나, RF 변환부(30), 디지털신호처리부(40), 및 스펙트럼 처리부(50)로 구성된다. 스펙트럼 처리부(50)에는 디스플레이 장치(70)가 연결된다.

RF 변환부(30)는 프리셀렉터(31), 믹서(33), 국부발진기(35), 필터(37) 및 스위프 발생기(39)로 구성된다. 디지털신호처리부(40)는 아날로그 디지털 변환기(41) 및 디지털 다운 변환기(43)로 구성된다. 그리고 스펙트럼 처리부(50)는 검출기(51), 복합파형 발생기(53) 및 파형맵영상 메모리(55)로 구성된다.

비교예의 스펙트럼 분석기의 작동 과정을 설명하면, 대기(air) 상에서 안테나로 수신된 RF 신호가 입력(input)되면, RF 변환부(30)는 RF 신호를 디지털 신호처리 가능한 중간주파수 신호로 변환한다. 다음, 디지털신호처리부(40)는 아날로그 디지털 변환기(41)를 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 다운 변환기(43)를 이용하여 디지털 신호를 데이터 샘플링 속도를 줄인 기저대역 신호로 변환한다.

그리고, 스펙트럼 처리부(50)는 입력된 디지털 신호를 처리하여 실시간으로 디스플레이 장치의 화면에 도시한다. 스펙트럼 처리부(50)의 검출기(51)는 스펙트럼 분석기에서 설정한 주파수에서 복소수 디지털 데이터의 파워 레벨(power level)을 계산한다.

비교예에 의하면, 누적 스펙트럼 적용을 통해 실시간 대용량 데이터를 처리할 수 있도록 누적 도시하여 간헐적으로 출현하는 정상 신호를 탐지할 수는 있으나, 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하는 것은 불가능하다. 또한, 크로스 스펙트럼(cross spectrum)을 통해 랜덤 잡음 성분을 제거하여 스펙트럼 상에서 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있으나, 비교예의 구성을 갖고서는 간헐적으로 출현하는 신호를 탐지하기 어렵다.

도 14는 비교예의 스펙트럼 분석기에서 주파수 대 레벨 도시 파형 즉, 크로스 스펙트럼에 대한 예시도이다. 도 15는 비교예의 스펙트럼 분석기에서 출현빈도에 따라 서로 다른 색상으로 표현된 주파수 대 레벨 도시 파형을 예시한 도면이다. 그리고 도 16은 본 실시예의 미약 신호 탐지 장치(스펙트럼 분석기에 대응함)에서 출현빈도에 따라 서로 다른 색상으로 표현된 주파수 대 레벨 도시 파형을 나타낸 도면이다.

도 14에 도시한 바와 같이 비교예의 스펙트럼 분석기(도 13 참조)에서 얻은 상호상관 스펙트럼(cross-correlation spectrum)의 파형, 혹은 도 15에 도시된 바와 같은 일반 스펙트럼을 누적 도시한 파형으로 디스플레이창에 출력될 수 있다. 하지만, 비교예의 스펙트럼 분석기에서는 누적 스펙트럼을 통해 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하기가 불가능하다.

한편, 도 16에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 미약 신호 탐지 장치에서는 상호상관 스펙트럼을 스펙트럼 잔상 기능을 통해 누적하고, 이러한 누적 스펙트럼에 대한 주파수(frequency) 대 파워레벨(power level)로 도시된 파형으로 디스플레이 창에 출력하면, 도 14 및 도 15의 비교예에서는 보이지 않던 간헐적으로 출현하는 낮은 레벨의 신호 즉, RF 수신부의 내부 잡음 레벨 이하의 레벨을 갖고 간헐적으로 출력하는 미약 신호를 명확하게 탐지하여 보여줄 수 있다. 즉, 본 실시예에 의하면, 높은 레벨 신호와 간헐적 미약 신호를 포함한 낮은 레벨 신호 모두를 명확하게 분리하여 보여줄 수 있다.

도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 미약 신호 탐지 장치에 적용할 수 있는 구성에 대한 개략적인 블록도이다.

도 17을 참조하면, 미약 신호 탐지 장치(5000)는, 도 1, 도 5, 도 9 내지 도 12을 참조하여 앞서 설명한 실시예들의 미약 신호 탐지 장치들 중 어느 하나의 구성에 더하여 프로세서(5100)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 프로세서(5100)는 본 명세서에서 언급된 제어장치로서 기능할 수 있다.

또한, 미약 신호 탐지 장치(5000)는 메모리(5200), 송수신 장치(5300), 입력 인터페이스 장치(5400), 출력 인터페이스 장치(5500), 저장 장치(5600) 또는 이들의 조합을 선택적으로 더 포함하도록 구성될 수 있다.

미약 신호 탐지 장치(5000)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus, 5700)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행하거나, 적어도 하나의 프로세서(5100)를 중심으로 개별 인터페이스 또는 개별 버스를 통하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(5100)는 메모리(5200), 송수신 장치(5300), 입력 인터페이스 장치(5400), 출력 인터페이스 장치(5500) 및 저장 장치(5600) 중 적어도 하나와 전용 인터페이스를 통하여 연결될 수 있다.

프로세서(5100)는 메모리(5200) 및 저장 장치(5600) 중 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(5100)는 적어도 하나의 명령이나 프로그램 명령에 기초하여 간헐적 미약 신호를 탐지하기 위해 구비된 상호상관 처리부, 파형 조합부, 파형 픽셀 매핑부, 파형맵영상 메모리, 채널 선택부 등의 동작을 제어하도록 기능할 수 있다. 이러한 프로세서(5100)는 중앙 처리 장치(central processing unit, CPU), 그래픽 처리 장치(graphics processing unit, GPU), 또는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다.

메모리(5200) 및 저장 장치(5600) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(5200)는 읽기 전용 메모리(read only memory, ROM) 및 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.

전술한 실시예들의 미약 신호 탐지 장치는 디지털 RF 장치, 스펙트럼 분석기, 또는 미약 신호 모니터링 장치의 적어도 일부 구성부 또는 기능부로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 방법의 동작은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 정보가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그램 또는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 롬(rom), 램(ram), 플래시 메모리(flash memory) 등과 같이 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다. 프로그램 명령은 컴파일러(compiler)에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터(interpreter) 등을 사용해서 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시 예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 적어도 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.

실시 예들에서, 프로그램 가능한 로직 장치(예를 들어, 필드 프로그래머블 게이트 어레이)가 여기서 설명된 방법들의 기능의 일부 또는 전부를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 실시 예들에서, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array)는 여기서 설명된 방법들 중 하나를 수행하기 위한 마이크로프로세서(microprocessor)와 함께 작동할 수 있다. 일반적으로, 방법들은 어떤 하드웨어 장치에 의해 수행되는 것이 바람직하다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (24)

1. 무선주파수(radio frequency, RF) 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨을 가지고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하는 장치로서,
   RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하는 상호상관 스펙트럼 처리부; 및
   상기 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 부여하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하는 파형 조합부;
   를 포함하는 미약 신호 탐지 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 파형 조합부는, 상기 현재 파형인 제n 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제1 가중치(w1)를 곱하고, 상기 현재 파형의 직전 과거 파형인 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제2 가중치(w2)를 곱하고, 상기 제1 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼과 상기 제2 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼을 합하여 상기 출력 스펙트럼을 생성하는, 미약 신호 탐지 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 파형 조합부는 상기 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼을 저장하는 파형 저장 유닛을 구비하는, 미약 신호 탐지 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력 스펙트럼의 파형들을 픽셀 메모리 버퍼의 픽셀들에 매핑하는 파형 픽셀 매핑부를 더 포함하는 미약 신호 탐지 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   픽셀 메모리 버퍼의 픽셀들을 구비하고 일정 시간 동안 상기 출력 스펙트럼 파형들을 누적 저장하는 파형맵영상 메모리를 더 포함하며,
   상기 파형맵영상 메모리에 누적 저장되는 출력 스펙트럼 파형들에 의해 형성되는 디지털 레벨 데이터는 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 상기 디스플레이 장치로 전송되는 미약 신호 탐지 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 파형맵영상 메모리의 각 픽셀에 저장되는 상호상관 스펙트럼 파형들의 저장 횟수 또는 히트(hit) 횟수에 따라 누적된 상기 각 픽셀의 상기 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 상기 디스플레이 장치의 화면에서 서로 다른 색상으로 표현되도록, 상기 디스플레이 장치의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   적어도 하나의 안테나에 연결되고 상기 상호상관 스펙트럼 처리부에 복소수 신호를 제공하는 적어도 2개의 RF 수신채널들을 더 포함하는, 미약 신호 탐지 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 RF 수신채널들이 3개 이상일 때, 상기 3개 이상의 수신채널들과 상기 상호상관 스펙트럼 처리부 사이에 배치되는 채널 선택부를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 장치.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 적어도 하나의 안테나는 적어도 2개의 안테나들을 포함하고,
   상기 적어도 2개의 안테나들은 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들에 연결되는, 미약 신호 탐지 장치.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 단일 안테나를 포함하고,
    상기 단일 안테나와 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 사이에 배치되어 상기 단일 안테나의 수신 신호를 분기하여 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들에 각각 분배하는 전력분배기를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 장치.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각은 RF 다운 변환부를 포함하고,
    상기 RF 다운 변환부는, 자체 국부발진기에 연결되는 스위프 발생기를 구비하며, 여기서 상기 스위프 발생기는 상기 국부발진기의 발진 주파수가 시간에 따라 자동으로 변하도록 동작하는, 미약 신호 탐지 장치.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각은 디지털 신호처리부를 더 포함하고,
    상기 디지털 신호처리부는, 상기 RF 다운 변환부로부터 들어오는 중간주파수의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 기저대역 신호의 데이터 샘플링 속도를 줄여 상기 상호상관 스펙트럼 처리부로 들어가는 복소수 데이터를 생성하는, 미약 신호 탐지 장치.
13. 무선주파수(radio frequency, RF) 수신부의 내부 잡음 이하의 레벨을 가지고 간헐적으로 출현하는 미약 신호를 탐지하는 방법으로서,
    RF 수신채널들 간 상관 관계를 이용하여 상호상관 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
    상기 상호상관 스펙트럼의 현재 파형과 과거 파형을 가중치로 조합하여 스펙트럼 잔상 기능을 가진 출력 스펙트럼을 생성하는 단계;
    를 포함하는 미약 신호 탐지 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 출력 스펙트럼을 생성하는 단계는, 상기 현재 파형인 제n 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제1 가중치를 곱하고, 상기 현재 파형의 직전 과거 파형인 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼에 제2 가중치를 곱하고, 상기 제1 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼과 상기 제2 가중치가 곱해진 상호상관 스펙트럼을 합하여 상기 출력 스펙트럼을 생성하는, 미약 신호 탐지 방법.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제n-1 시간에서의 상호상관 스펙트럼을 저장하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 출력 스펙트럼의 파형들을 파형맵영상 메모리의 픽셀들에 매핑하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 파형맵영상 메모리에 상기 출력 스펙트럼 파형들을 일정 시간 동안 누적 저장하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 파형맵영상 메모리에 누적 저장된 출력 스펙트럼 파형들에 의해 형성되는 디지털 레벨 데이터를 디스플레이 장치의 화면 갱신 시간마다 상기 디스플레이 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 파형맵영상 메모리의 각 픽셀에 저장되는 상호상관 스펙트럼 파형들의 저장 횟수 또는 히트(hit) 횟수에 따라 누적된 상기 각 픽셀의 상기 디지털 레벨 데이터의 레벨에 따라 상기 디스플레이 장치의 화면에서 서로 다른 색상으로 표현되도록, 상기 디스플레이 장치의 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
20. 청구항 13에 있어서,
    적어도 하나의 안테나에 연결된 적어도 2개의 RF 수신채널들을 통해 상호상관 스펙트럼 처리부에 복소수 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
21. 청구항 20에 있어서,
    상기 RF 수신채널들이 3개 이상일 때, 상기 3개 이상의 수신채널들과 상기 상호상관 스펙트럼 처리부 사이에 배치되어 상호상관 값을 토대로 2개의 채널을 선택하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
22. 청구항 20에 있어서,
    상기 적어도 하나의 안테나는 단일 안테나를 포함하고,
    상기 단일 안테나와 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 사이에 배치되는 전력분배기를 통해 상기 단일 안테나의 수신 신호를 분기하여 상기 적어도 2개의 RF 수신채널들에 각각 분배하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
23. 청구항 20에 있어서,
    상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각이 RF 다운 변환부를 구비하고 상기 RF 다운 변환부가 자체 국부발진기에 연결되는 스위프 발생기를 구비할 때, 상기 스위프 발생기에 의해, 상기 국부발진기의 발진 주파수가 시간에 따라 자동으로 변경되도록 하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.
24. 청구항 23에 있어서,
    상기 적어도 2개의 RF 수신채널들 각각이 디지털 신호처리부를 더 구비할 때, 상기 디지털 신호처리부에 의해, 상기 RF 다운 변환부로부터 들어오는 중간주파수의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호를 기저대역 신호로 변환하고, 기저대역 신호의 데이터 샘플링 속도를 줄여 복소수 데이터를 생성하고, 생성된 복소수 데이터를 상기 상호상관 스펙트럼 처리부로 전달하는 단계를 더 포함하는, 미약 신호 탐지 방법.

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