[논문]FPGA의 DDS Core를 이용한 다중 톤 재밍 신호 생성

홍상근; 곽창민; 이왕용

doi:10.5515/kjkiees.2011.22.9.827

FPGA의 DDS Core를 이용한 다중 톤 재밍 신호 생성
Development of Multitone Jamming Technique Using DDS Core in FPGA 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.22 no.9, 2011년, pp.827 - 832

홍상근 ((주)LIG 넥스원) , 곽창민 ((주)LIG 넥스원) , 이왕용 ((주)LIG 넥스원)

초록
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전쟁에서 통신은 매우 중요하다. 과거에는 전령을 이용하였으나 현대전에서는 통신기기의 발달로 주로 무선 통신망을 이용하고 있다. 현대전에서 적 전력을 약화시키기 위해 재밍 신호를 이용하여 적 통신망의 교란을 시도한다. 통신망을 교란하는 통신 재밍 신호로 흔하게 사용되는 것 중 톤 재밍 신호가 있다. 톤 재밍은 한 개 또는 여러 개의 톤을 주파수 스펙트럼 상에 출력하는 방법으로 적 무선 통신기의 수신단을 무력화 하는 기법이다. 본 논문에서는 Xilinx사에서 제공하는 FPGA(Field Programmable Gate Arry)와 DDS(Direct Digital Synthesizer) core를 사용하여 최대 10개의 톤을 생성하였으며, 생성된 톤의 간격과 개수를 제어하는 방안을 제시하고, 실제로 실험한 결과를 기술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Communication is very important in warfare. Dispatch riders were used in ancient warfare, but communication system is used in modern warfare, as the advancement of communication equipments. In order to weaken enemy military strength, communication jamming signal disrupts enemy communication systems. Tone jamming is one of the common communication jamming techniques. Tone jamming is that several tones are placed in the spectrum for neutralizing the enemy's radio communication receivers. In this paper, we develop multitone jamming signal controlled tone number up to 10 tones and tone interval between tones using DDS(Direct Digital Synthesizer) core and FPGA(Field Programmable Gate Arry) of Xilinx Inc. and show the jamming signal output.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 10개의 다중 톤을 생성할 수 있는 다중 톤 생성기를 구현하였다. 입력 factor(시작 주파수, 톤 간격, 톤 개수)에 따라 실시간으로 다중 톤 신호의 데이터를 생성하여 DAC로 출력하게 하였다.
본 논문에서는 1개의 DAC를 이용하여 다중 톤 재밍 신호를 생성하는 방안에 대하여 기술한다. Xilinx사의 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하였으며, 제조사에서 제공하는 IP core인 DDS(Direct Digital Synthesizer) core를 다수 사용하여 다중톤 재밍 신호를 생성하였다.
본 논문에서는 FPGA의 DDS 코어를 이용하여 다중 톤 신호를 생성하여 DAC로 IF 대역으로 출력하는 방안을 제안한다. IF 대역으로 출력된 다중 톤 신호는 식 (2)와 같이 표현할 수 있다.

제안 방법

입력 주파수 생성부에서 각각의 DDS 전송할 주파수 값을 계산한다. 10개의 DDS로 구성된 DDS 블록에서 각각의 DDS는 입력에 따라 정현파 데이터를 출력하고, 톤 개수 제어기는 톤 개수에 따라 DDS 출력을 스위칭 제어한다. 스위칭된 데이터는 덧셈기에서 전부 더한 후 DAC입력 비트수에 맞게 크기를 제어하여 출력된다.
다중 톤 생성기를 실제 FPGA에 장입하여 결과를 확인하였다. DAC를 통과하여 생성된 IF 신호를 그림 3의 구조를 통해 500 MHz의 RF로 변환하여 확인하였다. 톤의 개수는 4개와 10개를 생성하였고, 톤 간격이 제어됨을 확인하기 위해 4 kHz와 25 kHz를 변환하였다.
FPGA에서 정현파를 생성하기 위해 DDS를 사용하였다. DDS는 phase increment를 입력 받아 출력으로 클럭 변화에 따른 정현파 값을 출력하는 core로 Xilinx사의 LogiCORE IP DDS Compiler v5.0를 이용하여 구현하였다. 이는 실제 소자로 구성되는 것이 아니라 FPGA 내부에서 구성되어 디지털 연산을 통해 출력되는 것이다.
다중 톤을 구현하기 위해서는 각각의 정현파를 생성하여 합해야 한다. FPGA에서 정현파를 생성하기 위해 DDS를 사용하였다. DDS는 phase increment를 입력 받아 출력으로 클럭 변화에 따른 정현파 값을 출력하는 core로 Xilinx사의 LogiCORE IP DDS Compiler v5.
본 논문에서는 1개의 DAC를 이용하여 다중 톤 재밍 신호를 생성하는 방안에 대하여 기술한다. Xilinx사의 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하였으며, 제조사에서 제공하는 IP core인 DDS(Direct Digital Synthesizer) core를 다수 사용하여 다중톤 재밍 신호를 생성하였다. 본 논문에서 제안한 방안은 기존 방안에 비해 톤 개수에 제한이 있으나, 톤 간격 및 톤 개수가 제어가 가능하다는 장점이 있다.
DDS core는 DAC입력 비트 수(14 bits)와 일치하도록 DDS core 출력(SINE)의 비트 수(B_n)를 14 bits로 하였다. 그리고 톤 간격과 시작 주파수를 제어하는 해상도를 1 Hz 이하로 하기 위해 DDS core 입력(DATA)의 비트수를 32비트로 하였다. 이 경우 DDS core의 해상도는 식 (5) 같이 약 0.
기존의 comb generator를 사용하는 경우 그림 2와 같이 baseband에서 생성된 다중 톤 신호를 IF 대역으로 변환하고, 이를 임의의 주파수로 변환하여 출력한다. 그에 반해 본 논문에서 제안하는 재밍 송신부는 baseband에서 재밍 신호를 생성하지 않고 그림 3과 같이 IF 대역에서 생성하여 구조를 상대적으로 간단하게 하였다. 제안하는 다중 톤 생성부는 DAC를 이용하여 IF(Intermediate Frequency) 대역에서 다중 톤 신호를 생성하므로 comb generator 이용하는 방법보다 주파수 변환과정이 간단하다.
다중 톤 생성기를 실제 FPGA에 장입하여 결과를 확인하였다. DAC를 통과하여 생성된 IF 신호를 그림 3의 구조를 통해 500 MHz의 RF로 변환하여 확인하였다.
다중 톤 재밍 신호를 comb generator 대신 FPGA의DDS core를 이용하여 DAC로 출력하여 구현하는 방안을 소개하였다. 통신 재머를 구현 시 재밍 신호를 발생하는 소스원이 추가될수록 부피나 크기 면에서 불리해진다.
다중 톤 생성기 블록의 FPGA 소스 코드를 시뮬레이션을 통해 확인한 결과는 그림 9이다. 시뮬레이션은 톤의 개수가 1개일 때부터 10개까지 증가하면서 수행하였다. 시작 주파수는 10 MHz, 톤 간격은 500kHz로 설정하였다.
본 논문에서는 10개의 다중 톤을 생성할 수 있는 다중 톤 생성기를 구현하였다. 입력 factor(시작 주파수, 톤 간격, 톤 개수)에 따라 실시간으로 다중 톤 신호의 데이터를 생성하여 DAC로 출력하게 하였다. 다중 톤 신호를 생성하는 구조는 그림 6과 같다.
DAC를 통과하여 생성된 IF 신호를 그림 3의 구조를 통해 500 MHz의 RF로 변환하여 확인하였다. 톤의 개수는 4개와 10개를 생성하였고, 톤 간격이 제어됨을 확인하기 위해 4 kHz와 25 kHz를 변환하였다. 그림 10부터 그림 13까지는 톤 개수와 톤 간격을 변환하여 출력한 실험 결과이다.

대상 데이터

입출력 제어기는 make_input이다. 10개의 DDS로 구성된 DDS 블록은 DDSx10ea이다. 톤 개수 제어기는 BlockerAndDecoder, 10개의 정현파를 더하는 덧셈기는 Adder_10x14bit이고, 생성된 다중 톤 데이터를 DAC 입력 비트수에 맞추는 크기제어기는 Quantizer_ver1p0이다.

성능/효과

본 논문에서 제안한 다중 톤 생성 방안은 다른 재밍 기법을 생성할 수 있는 DAC를 공통으로 사용함으로 소형화에 유리하다. Comb generator를 사용하는 방식에 비해 제안한 다중 톤 생성 방안은 톤의 최대 개수가 제한되나 톤 간격 및 톤 개수가 제어가 가능하다는 장점이 가진다.
한 개의 소스원으로 잡음 재밍, 톤 재밍, 소인 재밍 등 여러 가지 재밍 기법을 발생하는 것이 유리하다. 본 논문에서 제안한 다중 톤 생성 방안은 다른 재밍 기법을 생성할 수 있는 DAC를 공통으로 사용함으로 소형화에 유리하다. Comb generator를 사용하는 방식에 비해 제안한 다중 톤 생성 방안은 톤의 최대 개수가 제한되나 톤 간격 및 톤 개수가 제어가 가능하다는 장점이 가진다.
Xilinx사의 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하였으며, 제조사에서 제공하는 IP core인 DDS(Direct Digital Synthesizer) core를 다수 사용하여 다중톤 재밍 신호를 생성하였다. 본 논문에서 제안한 방안은 기존 방안에 비해 톤 개수에 제한이 있으나, 톤 간격 및 톤 개수가 제어가 가능하다는 장점이 있다.
그에 반해 본 논문에서 제안하는 재밍 송신부는 baseband에서 재밍 신호를 생성하지 않고 그림 3과 같이 IF 대역에서 생성하여 구조를 상대적으로 간단하게 하였다. 제안하는 다중 톤 생성부는 DAC를 이용하여 IF(Intermediate Frequency) 대역에서 다중 톤 신호를 생성하므로 comb generator 이용하는 방법보다 주파수 변환과정이 간단하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	톤 재밍 신호는 어떤 방식인가?	톤 재밍 신호는 1개 또는 여러 개의 톤 신호를 주파수 스펙트럼 상에 출력하여 적 무선 통신기 간의정보 전달을 방해하는 방식이다[1]. 여기서 톤(tone)은단일 주파수를 가지는 정현파 신호를 의미한다.
	톤은 무엇을 의미하는가?	톤 재밍 신호는 1개 또는 여러 개의 톤 신호를 주파수 스펙트럼 상에 출력하여 적 무선 통신기 간의정보 전달을 방해하는 방식이다[1]. 여기서 톤(tone)은단일 주파수를 가지는 정현파 신호를 의미한다. 톤재밍은 단일 톤 재밍(single tone jamming)과 다중 톤재밍(multitone jamming)으로 구분된다.
	톤 재밍 신호 중 단일 톤 재밍의 경우는 어떤 방식인가?	톤재밍은 단일 톤 재밍(single tone jamming)과 다중 톤재밍(multitone jamming)으로 구분된다. 단일 톤 재밍의 경우 1개의 주파수를 가지는 신호를 출력하여 적수신기를 재밍하는 방식이며, 다중 톤 재밍의 경우다수의 톤을 출력하여 적 수신기를 재밍하는 방식이다. 다중 톤 개밍의 경우, 스펙트럼 상의 모양이 마치 빗(comb)과 유사하다고 하여 comb jamming이라고 불리운다[1].

참고문헌 (4)

Richard A. Poisel, Modern Communications Jamming Principles and Techniques, Artech house, 2004.
David Adamy, EW101 A First Course in Electronic Warfare, Artech house, 2001.
이일근, 레이더 공학과 전자전 응용, 대영사, 2006년.
Xilinx logic core, LogiCORE IP DDS Compiler v 5.0, Xilinx, 2011.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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