KR0129619B1 - 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치에 관한 것으로, 위성 중계기의 주파수 편이와 지구국 상.하향 주파수 변환 체인에서 발생하는 주파수 오차와 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이를 동시에 보정하기 위하여, 상향 주파수를 변환하는 상향 주파수 변환 수단(3); 하향 주파수를 변환하는 하향 주파수 변환 수단(4); 단말국의 수신 주파수 오차를 검출하는 아웃바운드 복조 수단(5); 중심국에서 검출된 아웃바운드 신호의 수신 주파수 오차 정보를 분리하는 데이타 분리 수단(7); 단말국 수신 주파수 오차 정보와 중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 주파수 보정 정보를 제공하는 주파수 보정 정보 제공 수단(6); 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보를 입력받아 데이타를 인바운드 신호로 변조하는 인바운드 변조 수단(8); 트래픽 신호 수신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하는 트래픽 복조 수단(10); 트래픽 신호 송신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하는 트래픽 변조 수단(9); 및 상기 각 수단을 동기시키는 기준 주파수 발진 수단(10)을 구비하여 시스템의 경제성이 제고되고, 장기간의 단말국의 무인화 운용이 가능하고, 위성 중계기의 대역을 유효하게 이용할 수 있으며, 모든 주파수 오차를 보정할 수 있고, 회선의 이용 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치

제1도는 본 발명에 따른 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기준 발진기 2 : 안테나

3 : 상향 주파수 변환기 4 : 하향 주파수 변환기

5 : 아웃바운드 복조기 6 : 주파수 보정 정보 제공기

7 : 데이타 분리기 8 : 인바운드 변조기

9 : 트래픽 변조기 10 : 트래픽 복조기

본 발명은 하나의 중심국과 다수의 단말국으로 이루어진 위성통신 시스템에 있어 하나의 중심국이 적어도 하나 이상의 아웃바운드 신호를 모든 단말국을 향해 송신하는 경우 망의 형태에 관계없이 위성 중계기의 주파수 편이와 지구국 상.하향 주파수 변환 체인에서 발생하는 주파수 오차, 그리고 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이를 동시에 보정하여 인접 채널간의 간섭을 막고 복조기의 수신 주파수 오차를 매우 작은 값으로 유지시키기 위하여 사용되는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치에 관한 것이다.

일반적인 위성통신 시스템의 경우에 위성 중계기 국부 발진기의 주파수 편이와 지구국 상.하향 주파수 변환 체인의 주파수 편이, 그리고 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이 등에 의해 주파수 오차가 발생하며, 이러한 주파수 오차는 인접 채널 간의 간섭을 증가시키고 또 복조기의 허용 수신 주파수 오차 범위를 넘어 복조를 불가능하게 할 수 있으므로 위성통신 시스템에 있어 이러한 주파수 오차를 보정해 주는 방식의 채용은 필수적이다.

하나의 중심국과 다수의 단말국으로 구성되는 위성통신 시스템은 망의 구성 방식에 따라 크게 성형망(Star Network)과 그물형망(Mesh Nerwork)의 두가지로 구분될 수 있다.

먼저, 성형망의 경우 각 단말국은 중심국과만 통신을 수행할 수 있으며 다른 단말국과의 통신은 중심국을 통해 이루어진다. 이에 따라 단말국과 단말국 간의 통신 지연 시간이 길어지는 것이 가장 큰 단점이 되어 지연 시간이 크게 문제가 되지 않는 데이타 통신용으로 주로 이용된다.

이와는 달리 그물형망의 경우 각 단말국은 중심국을 거치지 않고 다른 단말국과 직접 통신할 수 있으며, 이에 따라 지연 시간이 통신 품질에 큰 영향을 미치는 음성 등의 통신용에 적합하다.

이러한 위성통신 시스템에 있어 망의 형태에 관계없이 중심국은 망의 운용과 관리에 필요한 정보를 적어도 하나의 위성 채널(아웃바운드 채널)을 이용해 모든 단말국에 방송 모드로 송신하며 또 단말국들은 하나의 위성 채널(인바운드 채널)을 공유하여 필요한 정보를 중심국에 송신하는 것이 일반적이다.

아웃바운드 신호는 시간분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing)된 연속적인 반송파를 사용하는 것이 보통이며, 인바운드 신호는 회선의 이용 효율을 증가시키기 위하여 랜덤 접속 방식을 주로 사용한다. 또, 단말국 간의 통신을 위한 다중접속 방식으로는 주파수 분할 다중접속의 일종인 반송파당 1채널(SCPC : Single Channal Per Carrier)방식을 많이 사용하며 또 위성 중계기의 전력을 효율적으로 이용하기 위하여 음성의 유무에 따라 반송파의 송신을 제어하는 음성 활성화(Voice Activation) 기법을 사용하는 것이 보통이다. 이와 같이 음성 활성화 기법을 사용하게 되면 반송파는 시작 시간과 길이가 모두 랜덤인 버스트(Burst) 형태로 전송된다.

이와 같은 위성통신 시스템에 있어 각 단말국은 신호의 송.수신을 위해 안정도가 높은 주파수 발진기를 이용하지만, 전체 단말국의 주파수가 모두 동일하지 않아 각 단말국 간에 주파수 편차가 존재하며, 단말국이 넓은 지역에 퍼져 있는 관계로 위성의 단말국에 대한 상대적 운동에 따른 도플러 주파수 편이도 단말국마다 각기 다르다. 이에 따른 수신 주파수의 오차와 편차는 인접 채널간의 간섭을 증가시킬 뿐만아니라 극단적인 경우 복조기의 주파수 획득 범위를 벗어나게 하여 복조를 불가능하게 만들 수도 있다. 또, 버스트 모드의 경우 신호의 복조를 위해 데이타 앞에 주파수와 클럭 동기의 획득을 위한 프리앰블(Preamble)을 붙여 전송하는데 주파수 오차와 편차가 커지면 일반적으로 이 프리앰블이 길어져 본래 전송될 데이터 이외의 부분 즉, 오버헤드(Overhead)가 증가하여 위성 채널의 이용 효율을 저하시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위해 많은 주파수 제어 방식들이 고안되어 사용되고 있다. 이중 대부분은 하나 또는 두개의 별도의 파일롯(pilot)신호를 이용하여 주파수 오차를 보정하고 있다.

그러나, 상기 방식은 중심국에서 송신된 파일롯 신호를 수신하여 주파수 오차를 검출하고 수신 주파수를 보정해 주는 별도의 자동 주파수 제어(AFC : Automatic Frequency control)장치를 각 단말국에 설치해야 하며, 또 특히 그물형망의 경우 상대 단말국의 상향 주파수 변환 체인의 주파수 편이와 상향 링크 도플러 주파수 편이를 보정할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

이 외에도 많은 주파수 제어 방식이 고안되었으나 이들은 보통 위성 중계기의 주파수 편이만을 보정하는 방식으로 각 단말국 간의 주파수 편차를 허용 범위 이내로 주파수 편차를 유지시키기 위하여 단말국에 값이 비싼 고안정도의 주파수 발진기를 채용해야 하거나 주기적인 재동조(Re-tuning)을 수행해야 하는 등의 문제점이 있으며, 또 국간 주파수 편차와 도플러 주파수 편이를 보정할 수 있는 방식의 경우에도 방식 자체가 성형망에만 적용할 수 있도록 되어 있어 그물형망에는 적용이 곤란한 문제점이 있었다.

상기 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 별도의 파일롯 신호와 그에 따른 자동 주파수 제어 장치를 필요로 하지 않고 단말국에 고가의 고안정도 주파수 발진기 대신 저가의 발진기를 이용할 수 있으며, 성형망과 그물형망에 모두 적용할 수 있으며, 위성 중계기의 주파수 편이와 지구국 상.하향 주파수 변환 체인에서 발생하는 주파수 오차와 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이를 동시에 보정할 수 있는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중간 주파수를 고주파 신호로 변환하는 상향 주파수 변환 수단; 고주파 신호를 중간 주파수로 변환하는 하향 주파수 변환 수단; 상기 하향 주파수 변환 수단을 통하여 중심국으로 부터 송신된 아웃바운드 신호를 입력받아 단말국의 수신 주파수 오차를 검출하고 복조하여 단말국 수신 주파수 보정 정보와 복조 데이타를 출력하는 아웃바운드 복조 수단; 상기 아웃바운드 복조 수단으로 부터 복조 데이타를 입력받아 중심국에서 검출된 아웃 바운드 신호의 수신 주파수 오차 정보를 분리한 후에 데이타를 외부로 출력하는 데이타 분리 수단; 상기 아웃바운드 복조 수단으로 부터 단말국 수신 주파수 오차 정보와 상기 데이타 분리 수단으로 부터 중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 트래픽 신호 송,수신 주파수 보정 정보와 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보를 출력하는 주파수 보정 정보 제공 수단; 상기 주파수 보정 정보 제공 수단으로 부터 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보를 입력받아 외부로 부터 입력되는 데이타를 인바운드 신호로 변조하여 상기 상향 주파수 변환 수단으로 출력하는 인바운드 변조 수단; 상기 하향 주파수 변환 수단의 출력을 입력받아 상기 주파수 보정 정보 제공 수단으로 부터 입력되는 트래픽 신호 수신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하여 복조한 후에 외부로 출력하는 트래픽 복조 수단; 외부로 부터 데이타를 입력받아 상기 주파수 보정 정보 제공 수단으로 부터 입력되는 크래픽 신호 송신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하여 변조한 후에 상기 상향 주파수 변환 수단으로 출력하는 트래픽 변조 수단; 및 상기 상,하향 주파수 변환수단, 아웃바운드 복조수단, 인바운드 변조 수단, 트래픽 변,복조 수단을 동기시키는 기준 주파수 발진 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 점부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치의 구성도로서, 1은 기준 발진기, 2는 안테나, 3은 상향 주파수 변환기, 4는 하향 주파수 변환기, 5는 아웃바운드 복조기, 6은 주파수 보정 정보 제공기, 7은 데이타 분리기, 8은 인바운드 변조기, 9는 트래픽 변조기, 10은 트래픽 복조기를 각각 나타낸다.

상세한 동작을 살펴보면, 상.하향 주파수 변환에 이용되는 주파수 합성기를 포함한 모든 신호원들은 하나의 기준 발진기(l)에 동기되어 있다. 주파수 오차가 없는 경우 안테나(2)에서의 (m)번째 송신 신호와 (l)번째 수신 신호의 주파수는 각각 다음과 같다.

여기서,는 양의 실수이고,은기준 발진기(1)의 주파수이다. 즉, 만약 기준 발진기(1)의 주파수가만큼 편이되었다면, 그에 따른 변조기와 상향 주파수 변환기(3)에 의한 (m)번째 송신 신호에 대한 송신 주파수 오차의 크기와, 하향 주파수 변환기(4)와 복조기에 의한 (l)번째 수신 신호에 대한 수신 주파수 오차의 크기는 각각 다음과 같다.

이와 같은 관계를 이용해 (i)번째 단말국의 아웃바운드 복조기(5)에 의해 검출되는 중심국으로 부터 송신된 아웃바운드 신호의 수신 주파수 오차를 구하면 다음과 같다.

여기서,중심국에 대한 위성의 상대적 운동에 따른 중심국의 송신 신호 주파수에 대한 상향 링크 도플러 주파수 편이,위성 중계기 국부 발진기의 주파수 편이에 의한 오차,(i)번째 지구국의 기준 주파수 발진기의 주파수 편이에 따른 아웃바운드 신호에 대한 하향 주파수 변환기와 아웃바운드 복조기의 주파수 오차,(i)번째 단말국에 대한 위성의 상대적 운동에 따른 아웃바운드 신호의 하향 링크 도플러 주파수 편이를 각각 나타낸다.

아웃바운드 복조기(5)는 검출된를 주파수 보정 정보 제공기(6)로 넘겨준다.

데이타 분리기(7)는 복조된 시분할 다중화된 아웃바운드 프레임으로 부터 중심국에서 검출된 아웃바운드 신호의 수신 주파수 오차를 분리하여 이를 주파수 보정 정보 제공기(6)로 넘겨준다.는 다음과 같다.

여기서,위성의 송신 신호 주파수에 대한 하향 링크 도플러 주파수 편이를 나타낸다.

주파수 보정 정보 제공기(6)는 아웃바운드 복조기(5)에 의해 검출된와 데이타 분리기(7)에 의해 분리된를 수집해 그 차를 구하고 아웃바운드 신호의 수신 주파수와 인바운드 신호의 송신 주파수 비를 곱하여 다음과 같이 송신 주파수 보정치를 얻는다.

주파수 보정 정보 제공기(6)는 식(7)의 값을 인바운드 변조기(8)에 제공하여 인바운드 변조기 내의 주파수 합성기의 주파수를 보정하도록 한다. 한편, 인바운드 변조기(8)는 타단말국으로 부터 입력되는 데이타를 변조하여 상향 주파수 변환기(3)로 출력한다.

단말국 간의 직접 통신이 가능한 그물형망의 경우에 있어서 두 단말국간의 트래픽 신호에 대한 주파수 오차 보정 방법은 다음과 같다.

(i)번째 단말국의 주파수 보정 정보 제공기(6)는와를 이용해 그 차를 구하고 아웃바운드 신호의 수신 주파수와 (m)번째 송신 신호의 주파수 비를 곱하여 다음과 같은 송신 주파수 보정치를 얻는다.

주파수 보정 정보 제공기(6)는 식 (8)의 값을 각각의 트래픽 변조기(9)에 제공하여 각 변조기 내의 주파수 합성기의 주파수를 보정하도록 한다. 주파수가 보정된 신호가 상향 주파수 변한 체인을 통해 안테나(2)에서 송출될 때의 송신 주파수 오차는이며, 위성에서 수신될 때의 주파수 오차는, 위성 중계기를 거쳐 (j)번째 단말국의 안테나에 수신될 때의 수신 주파수 오차는, 마지막으로 (j)번째 단말국의 하향 링크 주파수 변환 체인을 통과했을 때의 최종적인 수신 주파수 오차는 다음과 같다.

이와 같이 수신된 신호에 대한 (j)번째 단말국의 수신 주파수 보정치는 다음과 같이구한다.

주파수 보정 정보 제공기(6)는 식 (10)의 값을 각각의 트래픽 복조기(10)에 제공하여 각 복조기 내의 주파수 합성기의 주파수를 보정하도록 한다. 그에 따른 잔여 주파수 오차는 다음 식과 같다.

식 (11)에서은 기준 발진기(1)의 주파수(보통10㎒)가 안테나(3)에서의 송.수신 주파수에 비해 매우 낮으므로 1로 근사화 될 수 있으며, 이에 따라 잔여 주파수 오차는 0이 된다.

이상에서 모든 변.복조기 내의 송.수신 주파수 합성기도 역시 기준 발진기(1)에 동기되어 있으므로 만약 기준 발진기(1)에 주파수 편이가 존재하는 경우 송.수신 주파수 보정치에 대한 주파수 합성기의 출력주파수는에 비례하는 오차를 갖게 될 것이다. 그러나 기준 말진기(1)의 주파수 오차는 기준 주파수 자체에 비해 대단히 작으므로 (보통,) 이에 따른 송.수신 주파수 보정치에 대한 주파수 합성기의 오차(예를 들어,)는 무시할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 별도의 자동 주파수 제어장치가 불필요할 뿐만 아니라 고가인 고안정도의 주파수 발진기 대신 저가의 주파수 발진기를 이용할 수 있어 시스템의 경제성이 제고되고, 또 단말국 주파수 발진기의 경년 변화에 따른 주파수 변동에 대해서도 자동적으로 보정이 가능하기 때문에 주파수 발진기의 주기적인 재조정 작업이 필요없어 장기간의 단말국의 무인화 운용이 가능하고, 주파수 오차 보정을 위해 별도의 파일롯 신호가 필요없고 아웃바운드 회선이 극히 일부만을 사용하므로 위성 중계기의 대역을 유효하게 이용할 수 있으며, 위성 중계기 국부 발진기의 주파수 편이와 지구국 상.하향 주파수 변환 체인의 주파수 편이, 그리고 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이 등에 의한 주파수 오차를 보두 보정할 수 있으므로 인바운드 신호와 같은 버스트 형태로 전송되는 경우 프리앰블의 길이를 짧게 할 수 있어 회선의 이용 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 중간 주파수를 고주파 신호로 변환하는 상향 주파수 변환 수단(3); 고주파 신호를 중간 주파수로 변환하는 하향 주파수 변환 수단(4); 상기 하향 주파수 변환 수단(4)을 통하여 중심국으로 부터 송신된 아웃바운드 신호를 수신하여 단말국의 수신 주파수 오차를 검출하고 복조하여 단말국 수신 주파수 보정 정보와 복조 데이타를 출력하는 아웃바운드 복조 수단(5); 상기 아웃바운드 복조 수단(5)으로 부터 복조 데이타를 입력받아 중심국에서 검출된 아웃바운드 신호의 수신 주파수 오차 정보를 분리한 후에 데이타를 외부로 출력하는 데이타 분리 수단(7); 상기 아웃바운드 복조 수단(5)으로 부터 단말국 수신 주파수 오차 정보와 상기 데이타 분리 수단(7)으로 부터 중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 트래픽 신호 송,수신 주파수 보정 정보와 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보를 출력하는 주파수 보정 정보 제공 수단(6); 상기 주파수 보정 정보 제공 수단(6)으로 부터 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보를 입력받아 외부로 부터 입력되는 데이타를 인바운드 신호로 변조하여 상기 상향 주파수 변환 수단(3)으로 출력하는 인바운드 변조 수단(8); 상기 하향 주파수 변환 수단(4)의 출력을 입력받아 상기 주파수 보정 정보 제공 수단(6)으로 부터 입력되는 트래픽 신호 수신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하여 복조한 후에 외부로 출력하는 트래픽 복조 수단(10); 외부로 부터 데이타를 입력받아 상기 주파수 보정 정보 제공 수단(6)으로 부터 입력되는 트래픽 신호 송신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하여 변조한 후에 상기 상향 주파수 변환 수단(3)으로 출력하는 트래픽 변조 수단(9); 및 상기 상,하향 주파수 변환 수단(3,4), 아웃바운드 복조 수단(5), 인바운드 변조 수단(8), 트래픽 변,복조 수단(9,10)을 동기시키는 기준 주파수 발진 수단(1)을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인바운드 변조 수단(8)은, 상기 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하는 송신 주파수 합성 수단; 및 외부로 부터 입력되는 데이타를 변조하는 인바운드 신호 변조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 트래픽 변조 수단(9)은, 상기 트래픽 신호 송신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하는 송신 주파수 합성 수단; 및 외부로 부터 입력되는 데이타를 변조하는 변조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 트래픽 복조 수단(10)은, 상기 트래픽 신호 수신 주파수 보정 정보에 따라 주파수를 보정하는 수신 주파수 합성 수단; 및 상기 하향 주파수 변환 수단(4)을 통하여 입력되는 데이타를 복조하는 복조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 아웃바운드 복조 수단(5)에 의하여 검출된 단말국 수신 주파수 보정 정보는, 중심국에 대한 위성의 상대적 운동에 따른 중심국의 송신 신호 주파수에 대한 상향 링크 도플러 주파수 편이, 위성 중계기 국부 발진기의 주파수 편이에 의한 오차, (i)번째 기지국의 기준 주파수 발진기의 주파수 편이에 따른 아웃바운드 신호에 대한 하향 주파수 변환기와 아웃바운드 복조기의 주파수 오차 및 (i)번째 단말국에 대한 위성의 상대적 운동에 따른 아웃바운드 신호의 하향 링크 도플러 주파수 편이를 합하여 구하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 데이타 분리 수단(7)의 중심국 수신 주파수 오차 정보는, 중심국에 대한 위성의 상대적 운동에 따른 중심국의 송신 신호 주파수에 대한 상향 링크 도플러 주파수 편이, 위성 중계기 국부 발진기의 주파수 편이에 의한 오차, 및 위성의 송신 신호 주파수에 대한 하향 링크 도플러 주파수 편이를 합하여 구하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 주파수 보정 정보 제공 수단(6)의 인바운드 신호 송신 주파수 보정 정보는, 아웃바운드 신호에 대한 단말국의 수신 주파수 오차와 중심국의 수신 주파수 오차의 차를 구한 후에 아웃바운드 신호의 수신 주파수와 인바운드 신호의 송신 주파수의 비를 곱하여 구하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 주파수 보정 정보 제공 수단(6)의 트래픽 신호 송신 주파수 보정 정보는, 아웃바운드 신호에 대한 단말국의 수신 주파수 오차와 중심국의 수신 주파수 오차의 차를 구한 후에 아웃바운드 신호의 수신 주파수와 타단말국으로 송신될 트래픽 신호의 송신 주파수의 비를 곱하여 구하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 주파수 보정 정보 제공 수단(6)의 트래픽 신호 수신 주파수 보정 정보는, 아웃바운드 신호에 대한 단말국의 수신 주파수 오차와 중심국의 수신 주파수 오차의 차를 구한 후에 아웃바운드 신호의 수신 주파수와 타단말국으로 부터 수신될 트래픽 신호의 수신 주파수의 비를 곱한 결과에 아웃바운드 신호에 대한 중심국의 수신 주파수 오차를 합하여 구하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시스템의 단말국에서의 주파수 오차 보정 장치.