GPS provides satellite-based positioning, navigation, and timing service. Also, GPS has wide application area due to open to the public at a low price. However, GPS is easily disrupted by interfere because received satellite has very low signal strength. In particular, GPS has vulnerability to jammer, which intentionally transmits high power interferer to attack receiver. Therefore, anti-jamming system is required to defend jammer. Conventional anti-jamming system usually utilize CRPA to build anti-jamming system. This paper represents distinctive anti-jamming RF front-end system based on multiple-antenna and reconfigurable switch network.
First, GPS vulnerability to jamming signal is concretely analyzed. Jamming signal of 18.4 dB higher than GPS disrupts GPS acquisition process. To resolve jamming problem, system of high isolation is required to suppress jamming signal. The isolation of the proposed anti-jamming system is derived from multiple antenna and reconfigurable switch network, respectively. Accordingly, all the isolation characteristics of antenna, reconfigurable switch network, and overall system is analyzed.
The following is design and implementation of the proposed-anti jamming system based on the analysis of isolation. Measurement shows that antenna isolation is up to 38.7 dB. Also, isolation of reconfigurable switch network is at least 49.3 dB. Lower isolation, either multiple antenna or reconfigurable switch network, is dominant feature of anti-jamming performance. Thus, maximum 38.7 dB of anti-jamming performance is expected.
Consequently, reception of GPS signal is tested in the jamming environment. In the worst isolation case of reconfigurable switch network, GPS acquisition is achieved until the jammer level increases 41.8 dB higher than GPS signal level. Generally, 22 dB jammer-to-signal ratio is a threshold to acquire GPS signal. Therefore, the proposed anti-jamming system shows 19.8 dB jamming suppression performance. Compared to the conventional anti-jamming technique, the proposed system has relatively higher anti-jamming performance than the system of similar complexity.
GPS는 위치, 항법, 시간 정보를 제공하는 서비스로 민간에게 공개되어 교통, 통신, 금융 등 전반적인 산업에 걸쳐 활용되고 있다. 하지만 위성 신호를 이용하므로 수신 신호의 세기가 약해 간섭에 의한 영향을 많이 받는다는 단점이 있다. 특히, 신호 정보가 공개되어 있기 때문에 공격을 목적으로 의도적으로 송신하는 재밍 신호에 취약하다. 따라서 재밍에 대응하기 위한 기술이 요구되는데, 본 논문에서는 CRPA에 기반한 기존 항재밍 기법과 다르게 다중 안테나와 재구성 스위치 네트워크로 구성된 RF 프론트엔드 시스템을 제안한다.
첫번째로, 방어하고자 하는 재밍 신호에 대해 GPS 신호가 얼마나 취약한 지 수식적으로 분석하였다. GPS 신호보다 재밍 신호의 크기가 약 18.4 dB만 높아도 GPS 신호 포착 과정에 장애가 발생하므로 그 이상의 격리도를 가지는 시스템으로 항재밍을 해야 한다. 제안하는 시스템의 격리도는 안테나와 재구성 스위치 네트워크에 기인하므로, 각각에 대한 격리도 특성을 분석하고 개선해야 할 방향에 대해 분석하였다.
분석을 바탕으로 시뮬레이션을 거쳐 항재밍 시스템을 구현하였다. 시스템을 구성하는 각각의 블록의 측정 결과가 설계 방향에 부합한다는 것을 정량적으로 보이고 개별 블록을 통합하여 전체 시스템을 구성하였다. 재밍 신호에 대한 안테나의 격리도는 최대 38.7 dB이고 재구성 스위치 네트워크는 49.3 dB 이상의 격리도를 가지게 되는데, 항재밍 성능은 더 작은 격리도쪽이 주요하게 작용하므로 38.7 dB까지의 항재밍 성능을 기대할 수 있다.
마지막으로 재밍 환경을 모사하여, 구현한 항재밍 시스템의 성능을 실험하였다. 재구성 스위치 네트워크로 조합 가능한 수신 경로 중에 가장 격리도 특성이 낮은 경우에, GPS 신호보다 재밍 신호가 41.8 dB 높아도 GPS 신호 포착이 정상적으로 진행되었다. 일반적으로 GPS 신호보다 재밍 신호가 22dB 높으면 GPS 포착이 어렵다고 보기 때문에, 19.8 dB의 재밍 억압 성능을 보인다고 할 수 있다. 기존에 연구된 다른 항재밍 시스템과 비교하였을 때, 제안하는 항재밍 시스템은 낮은 복잡도에 비해 상대적으로 높은 항재밍 성능을 보인다.
