周波數 跳躍; Frequency Hopping

주파수 도약은 무선망에서 송,수신부에서 데이터통신에 쓰이는 주 주파수를 일정한 함수에 따라 바꾸면서 통신하는 기법이다.

• 반송파 주파수가 일정하지 않고 마치 토끼처럼 깡충깡충 뛴다고 해서 ‘주파수 도약’이라고 한다.
• 주파수 도약 확산 스펙트럼(Frequency-hopping spread spectrum, FHSS) 방식이라고도 부른다.
• CDMA기술의 개발에 큰 영향을 미쳤다.

동작 방식

상호 송수신하게 될 장비에서 다상 멱 잉여류 수열(Polyphase power residue sequences)에 근거한 주파수 채널 변조용 목록[2]을 만들어서 전송하는 신호에 도약코드(Hopping Code) 형식으로 삽입한다.

• 초기 구동 시 반드시 사전에 상호 동기화 필요
• 의사잡음의 생성은 시간과 주파수를 고려하기 때문에 특정 시간에 특정 주파수로 동기화 되어야 작동 가능^[1]

등장

주파수 도약 기술은 다양한 분야에서 사용되는 많은 다양한 나라, 여러 기술 분야의 발명가들에 의해 동시다발적으로 발명되었다. 주로 군사 무기 분야에서의 응용 목적으로 개발된 경우가 많다.

주파수 도약 기술을 발명자들

• 니콜라 테슬라
• 1차 세계대전 당시 독일군
• 2차세계대전기 미 육군
• 폴란드 기술자 레오나드 스타니스와브 다닐레비치^[2]
• 여배우 헤디 라마르와 작곡가 조지 앤데일^[3][4][5][6]
  • 제2차 세계 대전이 시작될 무렵, 라마르와 작곡가 조지 안실은 연합군 어뢰의 무선 유도 체계를 개발했다. 이 체계는 대역 확산과 주파수 도약 기술을 사용하여 추축국의 전파 방해 위협을 극복했다. 미 해군은 1960년대까지 이 기술을 채택하지 않았지만, 그들의 작업 원리는 현대의 와이파이, CDMA 및 블루투스 기술에 통합되어 왔으며, 이 작업으로 인해 2014년 국립 발명가 명예의 전당에 올랐다. 즉 이 둘은 주파수 도약이 포함된 CDMA 기술의 발명자라고도 할 수 있다.

응용 분야

고신뢰성 무선 네트워크

• 주파수를 계속 바꿔가며 통신하기 때문에, 특정 주파수에 외부 간섭 등이 발생해도 통신 자체는 끊어지지 않고 계속 유지할 수 있음

군사 분야

• 단일 주파수의 전파를 계속 사용할 경우 적군이 도청을 하거나, 레이더에서 방출되는 전파를 알아차리기 쉬워지기 때문에 오늘날 대부분의 군용 무전기나 레이더는 주파수 도약식
• 전자전에서 세계 최고의 기술력을 가진 것으로 알려진 미군의 최신 레이더 같은 경우는 초당 수천번 이상 주파수를 도약시켜서 적이 자신이 탐지당하고 있다는 것을 알아차리지 못하게 하는 방식

RC 분야

• GPS가 없는 이상 조종중에 주파수 교란으로 인한 락이 걸리면 그대로 추락하거나 잃어버리기 때문에 조종기와 수신기에 FH를 이용한 데이터통신 방식 적용

구현 시 고려사항

하드웨어적인 관점에서, PLL에 의해 발생되는 반송자 주파수를 그렇게나 자주 바꿀 수 있도록 하는 것보단 해당 밴드 내에서 초고속으로 튜닝할 수 있는지가 가장 큰 문제이다. 슈퍼 헤테로다인 수신방식이라면 약간의 여유가 있지만, 현대적인 무선 모뎀은 대부분 RF→IF의 집적변환을 사용하기에 RF 단 튜닝을 급격하게 바꾸기 힘들다.

참고 문헌

• 위키백과 - 주파수 도약 확산 스펙트럼
• 위키백과 - 헤디 라마르

각주