KR100341088B1 - 리턴 링크에 직접순차 코드분할다중접속 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법 - Google Patents

리턴 링크에 직접순차 코드분할다중접속 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리턴 링크에 DS/CDMA 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 망동기를 이루기 위해 주기적으로 설정된 기준 타이밍 사이에 특정 초기 액세스 프레임을 지정하여 버스트를 송신할 수 있는 타임 슬롯을 할당하고, 단말국이 최초의 접속을 시도하는 시점에 이를 통하여 초기 액세스 버스트를 송신하고 이를 수신한 중심국은 복조 과정을 통해 해당 단말국간의 위성 전송로상에서 발생되는 반송파 주파수와 타이밍의 편차 정보를 추출하고 순방향 링크를 통해 해당 단말국에 전달하여 이를 보상할 수 있도록 한다.
본 발명에 의하면, 차후에 리턴 링크에서 발생되는 버스트의 짧은 프리앰블에서도 신속하고 신뢰성 있게 PN 코드 동기를 획득할 수 있어 버스트 패킷의 전송 효율을 높일 수 있다.

Description

리턴 링크에 직접순차 코드분할다중접속 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법{Method of initial access synchronization in return link using DS/CDMA in satellite communications system}
본 발명은 직접순차 코드분할다중접속(이하 DS/CDMA라 함) 위성통신 시스템에 관한 것으로, 특히 실제 신호정보 및 트래픽 데이터가 전송되기 전에 초기 액세스 시간 슬롯을 이용하여, 반송파 주파수 및 타이밍의 편차 정보를 추출하고 이를 단말국에 제공하여 보정함으로써, 실제 신호 정보 및 트래픽 버스트에서 짧은 길이의 프리앰블로 PN 동기를 획득할 수 있게 하여 패킷의 데이터 전송 효율 높이고 이들의 전송 신뢰도를 증대시킬 수 있는 리턴 링크에서 DS/CDMA 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법에 관한 것이다.
중심국과 다수의 단말국간에 성형망으로 구성되고, 단말국으로부터 중심국으로의 리턴 링크에 DS/CDMA 전송 방식을 사용하는 비대칭형 멀티미디어 위성통신 시스템에서는 리턴 링크상에서 발생하는 반송파 주파수 천이 및 단말국의 광역 산재로 인한 중심국으로 수신되는 신호의 타이밍 천이로 인해 실제 신호 정보 데이터와 트래픽 데이터가 유실되거나 DS/CDMA 신호의 PN 동기 획득에 많은 시간을 소요하게 된다. 따라서, 버스트의 프리앰블 길이가 길어져야 하고 이는 결국 버스트 패킷의 전송 효율을 감소시킨다.
종래의 DS/CDMA 방식을 사용하는 지상 셀룰라 CDMA 시스템은 리버스 채널에서 단말기는 기지국으로부터의 응답 신호를 받을 때까지 전송하고자 하는 CDMA 신호를 연속적으로 전송한다. 또한, 양방향 DS/CDMA 방식을 사용하도록 제안된 준동기식 DS/CDMA 위성통신 시스템에서는 중심국이 송출하는 마스터 신호와 자기 단말국에서 송출한 에코 신호를 단말국이 수신하여 위성 링크상의 주파수 및 타이밍 편차 정보를 추출하고 보상하도록 한다.
이러한 방식들을 위성통신 시스템에 적용한다면, 시스템 구성의 복잡도가 증가할 수 있으며, 시스템 및 위성 트랜스폰더 전력을 과용하게 된다. 또한, 순방향 링크와 리턴 링크에서 다른 전송 방식을 사용하고, 리턴 링크에서 유한 길이의 버스트 신호를 간헐적으로 전송해야 하는 위성통신 시스템에의 적용은 부적합하다.
따라서, 본 발명은 실제 신호정보 및 트래픽 데이터가 전송되기 전에 초기 액세스 시간 슬롯을 이용하여, 반송파 주파수 및 타이밍의 편차 정보를 추출하고 이를 단말국에 제공하여 보정함으로써, 실제 신호 정보 및 트래픽 버스트에서 짧은 길이의 프리앰블로 PN 동기를 획득할 수 있게 하여 패킷의 데이터 전송 효율 높이고 이들의 전송 신뢰도를 증대시키기 위한 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 단말국 PC의 시동 또는 리셋후, 중심국으로부터 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 통해 주기적으로 송출되는 기준 타이밍 정보를 단말국에서 수신하는 단계와, 상기 단말국에서 수신한 기준 타이밍 정보를 추출하여 송신 타이밍을 생성한 후 액세스 채널의 초기 액세스 타임 슬롯에 초기 액세스 CDMA 버스트를 송출하는 단계와, 상기 초기 액세스 CDMA 버스트를 송출한 단말국은 타이머를 구동하고 상기 중심국으로부터의 응답 메시지 수신을 위한 대기 상태로 천이하는 단계와, 상기 초기 액세스 CDMA 버스트를 수신한 중심국 수신부에서 PN 코드 동기를 획득하고 주파수 오차를 추출하는 단계와, 상기 중심국 수신부에서 타이밍 편차량 및 주파수 편차량을 계산하여 복조된 데이터와 함께 중심국 관리국으로 전달하는 단계와, 상기 타이밍 편차량, 주파수 편차량 및 복조된 데이터를 수신한 상기 중심국 관리부에서 이들을 IP 패킷으로 재구성하여 중심국 송신부로 전달하는 단계와, 상기 IP 패킷을 수신한 중심국 송신부에서 상기 IP 패킷을 MPEG-2 트랜스포트 스트림으로 다중화하여 상기 단말국으로 송출하는 단계와, 상기 단말국은 타이머 동작이 종료되기 전에 응답 메시지를 수신하면 타이머 해제와 함께 요구되는 다음 동작을 수행하고, 응답 메시지 수신 전에 타이머 동작이 종료되면 다음 초기 액세스 프레임에 재시도하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 비대칭형 멀티미디어 위성통신 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 초기 액세스 동기 확립 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 리턴 링크의 채널 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 초기 액세스 버스트 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 중심국 수신부의 기능 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 중심국 송신부의 기능 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 단말국 셋톱 박스의 기능 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 단말국 102 : 단말국 PC
103 : 셋톱 박스 104 : 중심국
105 : 중심국 송신부 106 : 중심국 수신부
107 : 중심국 관리부 108 : 위성
본 발명에서는 망동기를 이루기 위해 주기적으로 설정된 기준 타이밍 사이에 특정 초기 액세스 프레임을 지정하여 버스트를 송신할 수 있는 타임 슬롯을 할당하고, 단말국이 최초의 접속을 시도하는 시점에 이를 통하여 초기 액세스 버스트를 송신하고 이를 수신한 중심국은 복조 과정을 통해 해당 단말국간의 위성 전송로상에서 발생되는 반송파 주파수와 타이밍의 편차 정보를 추출하고 순방향 링크를 통해 해당 단말국에 전달하여 이를 보상할 수 있도록 한다. 이로써, 차후에 리턴 링크에서 발생되는 버스트의 짧은 프리앰블에서도 신속하고 신뢰성 있게 PN 코드 동기를 획득할 수 있어 버스트 패킷의 전송 효율을 높인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 비대칭형 멀티미디어 위성통신 시스템의 구성도로서, 하나의 중심국(104)과 다수의 단말국(101)으로 이루어진다.
중심국(104)내에 존재하는 중심국 송신부(105)는 중심국의 망동기 타이밍 생성부(도시안됨)에서 생성된 기준 동기 타이밍 정보와 추출된 주파수/타이밍 편차 정보를 다중화하여 송출한다. 단말국(101)은 생성된 송신 슬롯 타이밍에 맞추어 초기 액세스 CDMA 버스트를 송신하고 추출된 편차 정보를 수신 저장하고 보상한다. 중심국 수신부(106)는 초기 액세스 동작 모드에 수신된 CDMA 버스트의 주파수 및 타이밍 편차 정보를 추출한다. 중심국 관리국(107)은 시스템 관리 및 자원 할당등 시스템 동작을 총괄하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명에 따른 초기 액세스 동기 확립을 위한 절차를 도시한 흐름도이다.
단말국 PC의 시동 또는 리셋후, 단말국은 중심국으로부터 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 통해 주기적으로 송출되는(201) 기준 타이밍 정보를 수신(202) 추출하여 도 3에서 설명될 리턴 링크 채널 구조에 따른 송신 타이밍을 생성한다(203). 단말국은 액세스 채널의 초기 액세스 타임 슬롯(303)에 도 4에서 설명될 구성을 갖는 초기 액세스 CDMA 버스트를 송출한다(204). 단말국은 타이머를 구동하고 중심국으로부터의 응답 메시지 수신을 위한 대기 상태로 천이한다(205). 중심국 수신부는 수신된 초기 액세스 CDMA 버스트(206)의 프리앰블(401)을 이용하여 PN 코드 동기를 획득하고 주파수 오차를 추출한다(207). 중심국 수신부는 획득된 PN 코드 동기 획득 시점과 기준 타이밍 시작 시점을 이용하여 타이밍 편차량 그리고 추출된 주파수 오차로부터 중심국과 해당 단말국간 리턴 링크 전송로상의 주파수 편차량을 계산하여(208) 복조된 데이터와 함께 중심국 관리부로 전달한다. 중심국 관리부는 이들을 해당 단말국으로 전달하기 위한 IP 패킷으로 재구성하여(209) 중심국 송신부로 전달한다. 중심국 송신부는 이를 다시 MPEG-2 트랜스포트 스트림으로 다중화하여 송출한다(210). 단말국은 타이머 동작이 종료되기 전에 응답 메시지를 수신하면 타이머 해제와 함께 요구되는 다음 동작을 수행하고, 만일 응답 메시지 수신 전에 타이머 동작이 종료되면 다음 초기 액세스 프레임에 재시도한다(212).
도 3은 본 발명에 따른 리턴 링크의 채널 구조도로서, 적용 예를 통하여 설명하면 다음과 같다.
리턴 링크는 크게 분류하여 액세스 채널과 트래픽 채널로 구성된다. 액세스 채널은 단말국이 실제 트래픽 정보를 전송하기 위한 트래픽 채널 할당 요구를 위한 신호 정보 메시지와 접속 초기에 해당 단말국과 중심국간의 전송 타이밍 및 주파수 편차 정보 추출을 위한 신호 정보 메시지 등을 전송하는 채널이다. 트래픽 채널은단말국 사용자의 요구에 의해 발생되는 트래픽 정보 메시지를 전송하는 채널이며, 이는 요구 할당 방식에 의거하여 각 단말국 사용자에게 할당되고 사용후 해제된다. 리턴 링크의 채널은 여러 개의 타임 슬롯으로 이루어져 있으며, 이들은 기준 타이밍(306)을 기준으로 다수 개의 프레임(301, 302)을 형성한다. 각 프레임은 다수 개의 타임 슬롯(304, 305)을 포함하고, 이들 중 프레임 시작의 M개의 타임 슬롯(304)은 액세스 채널로 다음의 N개의 타임 슬롯(305)은 트래픽 채널로 사용된다. 기준 타이밍 주기내의 임의의 프레임(301)(적용 예: 프레임0)은 초기 액세스 동기 확립을 위해 사용되는 구간으로서, 초기 액세스 타임 슬롯(303)과 가드 타임(307) 또는 트래픽 타임 슬롯(305)과 함께 구성되어 있다. 가드 타임(307)은 단말국 분포의 광역성으로 인해 발생할 수 있는 위성 전송로상의 지연을 충분히 감안하여 초기 액세스 CDMA 버스트가 이전/이후의 타임 슬롯에 겹치지 않도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 초기 액세스 CDMA 버스트의 구조로서, 프리앰플(401), 유니크 워드(402), 제어 필드(403), 데이터 길이 필드(404), 데이터(405), 인코더 첵섬(406), 테일 비트(407)들로 구성되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 중심국 수신부의 기능 구성도로서, 중심국 망동기 수신용 셋톱 박스(501), CDMA 버스트 처리 유니트(502) 그리고 수신 데이터 처리 유니트(503)로 구성된다. 중심국 망동기 수신용 셋톱 박스(501)는 중심국 송신부에서 송출된 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 수신하여 기준 타이밍을 추출하고 이를 CDMA버스트 처리 유니트에 제공하는 기능을 수행한다. CDMA 버스트 처리 유니트(502)는 리턴 링크를 통해 단말국들로부터 전송된 초기 액세스 CDMA 버스트들을 수신하여 이들을 복조하는 기능을 수행한다. 수신된 버스트의 프리앰블 시간동안 PN 코드 동기를 획득하고 이를 시점으로 역확산된 데이터를 이용하여 주파수 오차를 추출한다. 이러한 기능을 수행한 후, 일련의 복조 절차를 밟아 데이터를 복조한다. CDMA 버스트 처리 유니트(502)는 복조된 데이터와 함께 추출된 주파수 오차와 기준 타이밍과 PN 코드 동기 획득 시간간의 타이밍 오차 정보를 수신 데이터 처리 유니트(503)에 전달한다. 수신 데이터 처리 유니트(503)는 이를 IP 패킷으로 구성하여 중심국 관리부로 전달한다. 중심국 관리부는 수신한 IP 패킷을 해당 단말국에 대한 편차 정보 IP 패킷으로 재구성하여 중심국 송신부로 전달한다.
도 6은 본 발명에 따른 중심국 송신부의 기능 구성도로서, 망동기 정보 발생 유니트(601), MPEG-2 트랜스포트 스트림 발생 유니트(602), MPEG-2 트랜스포트 스트림 재다중화 유니트(603) 및 변조 유니트(604)들로 구성된다.
망동기 정보 발생 유니트(601)는 기준 클럭 발생기, 계수기 및 비트 레지스터들로 구성되어 기준 클럭에 계수기는 무한 반복적으로 기준 클럭을 계수하고, MPEG-2 트랜스포트 스트림 발생 유니트(602)로부터의 주기적인 망동기 정보 래치 신호에 의해 그 시점의 계수기 값을 출력한다. MPEG-2 트랜스포트 스트림 발생 유니트(602)는 망동기 정보 및 주파수/타이밍 편차 정보를 망동기 정보 발생 유니트(601)와 중심국 관리부로부터 각각 입력받아 MPEG-2 트랜스포트 스트림 패킷으로 구성한다. 이렇게 구성된 MPEG-2 트랜스포트 스트림은 MPEG-2 트랜스포트 스트림 재다중화 유니트(603), 변조 유니트(604)를 거쳐 위성을 통해 모든 단말국으로 방송된다.
도 7은 TDM 순방향 링크의 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 수신하고 CDMA 패킷을 리턴 링크를 통해 송신하는 기능을 수행하는 단말국 셋톱 박스의 기능 구성도로서, 단말국 TDM 수신부(701), 송신 슬롯 타이밍 발생부(702) 및 DS/CDMA 버스트 송신부(703)로 이루어져 있다.
단말국 TDM 수신부(701)는 중심국으로부터 연속적으로 송출되는 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 수신하여 복조하고 역다중화하는 기능을 수행한다. 역다중화된 패킷은 프로그램 인식자에 의해 분리된다. 트래픽 정보 패킷은 단말국 PC로, 망동기용 패킷은 송신 슬롯 타이밍 발생부(702)로, 주파수/타이밍 편차 정보를 위한 신호정보 패킷은 DS/CDMA 버스트 송신부(703)에 각각 전달된다. 송신 슬롯 타이밍 발생부(702)는 망동기용 패킷을 입력받아 단말국에서 사용되는 기준 타이밍 및 송신 슬롯 타이밍을 발생시켜 DS/CDMA 버스트 송신부(703)에 제공한다. DS/CDMA 버스트 송신부(703)는 반송파 주파수 편차와 기준 반송파 주파수 정보를 이용하여 전송 반송파 주파수를 보정하고, 단말국 PC(102)에서 입력되는 초기 액세스 버스트, 액세스 버스트 및 트래픽 버스트를 송신 슬롯 타이밍 발생부(702)에서 입력되는 송신 슬롯 타이밍을 기준으로 타이밍 편차 정보를 이용하여 보정된 해당 시간 슬롯에 맞추어 송신한다.
단말국(101)은 동작 시점에 따라, 초기 액세스 모드, 액세스 모드 및 트래픽 모드로 동작된다. 초기 액세스 모드는 단말국 PC(102)의 전원이 켜지거나, 리셋이 되어 부팅된 직후의 초기 상태이며, 사용자가 실직적인 서비스를 수신 또는 요구하기 전의 상태를 의미한다. 이때, 단말국(101)은 초기에 설정된 주파수/타이밍 편차 및 동작 파라미터로 초기화되고, 서비스 중단이 이루어진 상태에서 발생한 중심국(104)과 해당 단말국(101)간 주파수 및 타이밍 편차를 서비스가 개시되기 전에 추출하기 위해 초기 액세스 CDMA 버스트를 도 7과 관련 언급된 일련의 과정을 통해 중심국(104)으로 송출한다. 도 2의 초기 액세스 동기 확립 절차에 따라 주파수/타이밍 편차를 수신한 단말국(101)은 이 정보를 저장한다. 액세스 모드와 트래픽 모드는 이후에 순차적으로 천이되는 동작 모드로서 서비스 개시에 의해 발생되는 신호정보 및 트래픽 CDMA 버스트가 보정된 주파수 및 타이밍에 맞추어 해당 시간 슬롯에 전송된다. 이들 동작 모드에서도 주파수 및 타이밍 편차 추출을 위한 기능이 계속적으로 수행되며, 이들 정보의 값이 변화되면, 단말국(101)은 변화된 새로운 편차 정보를 기존의 값에 대체하고 편차를 보정한다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정하고 있는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명은 DS/CDMA 방식을 리턴 링크에 사용하는 비대칭형 멀티미디어 위성통신 시스템에서 각각의 단말국과 중심국간의 위성 링크 사이에 존재하는 주파수와 타이밍 편차를 리턴 링크의 채널에 일부분의 시간 슬롯을 구성하여 서비스가 개시되기 전에 주파수 및 타이밍의 편차를 추출하고 보정하여, 차후에 발생되는 버스트 패킷에 대해 빠르고 신뢰성 있는 PN 코드 동기 획득을 보장하고 신호정보 및 트래픽 버스트의 프리앰블 길이를 짧게 구성할 수 있어 버스트 패킷의 전송 효율을 높이는 효과를 가진다.

Claims (3)

  1. 단말국 PC의 시동 또는 리셋후, 중심국으로부터 MPEG-2 트랜스포트 스트림을 통해 주기적으로 송출되는 기준 타이밍 정보를 단말국에서 수신하는 단계와,
    상기 단말국에서 수신한 기준 타이밍 정보를 추출하여 송신 타이밍을 생성한 후 액세스 채널의 초기 액세스 타임 슬롯에 초기 액세스 CDMA 버스트를 송출하는 단계와,
    상기 초기 액세스 CDMA 버스트를 송출한 단말국은 타이머를 구동하고 상기 중심국으로부터의 응답 메시지 수신을 위한 대기 상태로 천이하는 단계와,
    상기 초기 액세스 CDMA 버스트를 수신한 중심국 수신부에서 PN 코드 동기를 획득하고 주파수 오차를 추출하는 단계와,
    상기 중심국 수신부에서 타이밍 편차량 및 주파수 편차량을 계산하여 복조된 데이터와 함께 중심국 관리국으로 전달하는 단계와,
    상기 타이밍 편차량, 주파수 편차량 및 복조된 데이터를 수신한 상기 중심국 관리부에서 이들을 IP 패킷으로 재구성하여 중심국 송신부로 전달하는 단계와,
    상기 IP 패킷을 수신한 중심국 송신부에서 상기 IP 패킷을 MPEG-2 트랜스포트 스트림으로 다중화하여 상기 단말국으로 송출하는 단계와,
    상기 단말국은 타이머 동작이 종료되기 전에 응답 메시지를 수신하면 타이머 해제 및 편차 보상과 함께 요구되는 다음 동작을 수행하고, 응답 메시지 수신 전에 타이머 동작이 종료되면 다음 초기 액세스 프레임에 재시도하는 단계를 포함하여이루어진 것을 특징으로 하는 리턴 링크에 DS/CDMA 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 타이밍은 하나의 초기 액세스 시간 슬롯과 가드 타임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리턴 링크에 DS/CDMA 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 타이밍은 하나의 초기 액세스 시간 슬롯과 가드 타임 및 1개 이상의 트래픽 시간 슬롯으로 구성되는 것을 특징으로 하는 리턴 링크에 DS/CDMA 방식을 사용하는 위성통신 시스템의 초기 액세스 동기 확립 방법.
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