주파수 도약

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

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
• 여배우 헤디 라마르와 작곡가 조지 앤데일
  • 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