KR100476356B1 - 갭필러 신호처리에 따른 시간지연 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갭필러를 포함하는 위성방송 시스템에 있어서, 각 갭필러들에 의한 시간지연을 측정하는 장치에 관한 것으로서 특히, 측정장치 자체에서 발생하는 시간지연 오차를 보정하여 보다 정밀한 시간지연을 측정할 수 있는 갭필러 시간지연 측정 장치에 관한 것이다.

본 발명의 시간지연 측정장치는 시간지연을 측정하기 위한 신호를 생성하여 송신하고 피드백(feedback)된 신호를 수신하여 그 시간차를 측정하는 제어기와 제어기로부터의 신호를 입력으로 하여 갭필러로 TDM 방식의 신호를 송신하는 TDM 송신기 및 갭필러로부터의 CDM 방식의 신호를 수신하여 제어기로 입력하는 CDM 수신기를 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 시간지연 측정장치는 측정의 정밀성을 향상시키기 위해 CDM 송신기를 이용하여 시간지연 측정장치 자체에서 발생하는 시간지연 오차를 보정해 준다.

Description

갭필러 신호처리에 따른 시간지연 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING THE SIGNAL PROCESSING DELAY OF GAP FILLER}

본 발명은 디지털 위성방송 시스템의 구성 요소인 갭필러(Gap Filler)에 관한 것으로, 더 상세하게는 갭필러에서의 신호처리에 따라 발생하는 시간지연 값을 측정하는 갭필러 시간지연 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 디지털 위성방송 서비스는 정지궤도상의 방송위성이나 혹은 통신위성을 사용하여 방송 서비스를 제공한다. 이러한 디지털 위성방송 서비스의 이점은 지상에 방송설비를 포함한 대규모의 인프라를 구축하지 않아도 광범위한 지역에 대해 방송 서비스를 제공할 수 있다는 것이다.

국제전기통신연합(International Telecommunication Union)의 무선통신부문에서는 ITU-R BO.1130-4 표준안을 통해 방송위성 서비스 대역으로 할당된 1400~2700MHz 주파수 대역에서의 차량용 수신기와 휴대용 수신기 및 고정용 수신기를 위한 디지털 위성방송 시스템의 표준을 제시하고 있다. ITU-R BO.1130-4 표준안에서는 위성방송을 위한 디지털 시스템 A, B, D_S, D_H 및 E의 다섯 가지 시스템을 권고하고 있는데, 이 중 디지털 시스템 E는 차량용, 휴대용 및 고정용 수신기에 고품질의 음성과 멀티 미디어 데이터를 제공하고 2630~2655MHz의 주파수 대역에서 최적화 되어 있다. 그리고, 디지털 시스템 E는 QPSK(Quaternary Phase Shift Keying)변조를 기반으로 한 코드분할다중화(이하 CDM)방식을 사용한다.

도 1은 ITU-R BO.1130-4 표준안에서 제시하고 있는 디지털 시스템 E에 대한 위성방송 시스템의 개략적 구성도 이다. 도 1에 보인 것처럼, 디지털 시스템 E는 지구국(Earth Station:104)과 방송위성(Broadcasting Satellite:102), 그리고 두 가지 형태의 갭필러(Gap Filler:120,122) 및 수신기들(Receivers)로 구성된다.

도 1의 위성방송 시스템에서, 먼저 지구국(104)으로부터 정지위성 서비스 링크(11GHz 또는 14GHz)를 사용하여 방송위성(100)으로 신호가 전송되고, 이 전송된 신호는 방송위성(100)을 통해 2.6GHz 주파수 대역의 CDM 신호로 변환된 후 원하는 수준까지 증폭되어 수신기들(108,110,112)로 송신되어진다.

앞서 언급한 것처럼, 위성을 이용하면 지상에 대규모의 인프라 구축 없이 광범위한 지역에 대해 방송 서비스를 제공할 수 있다. 그러나, 빌딩 밀집지역과 같은 일부 조건하(106)에서는 쉐도우잉(Shadowing)이나 블로킹(Blocking)으로 인한 신호의 감쇠로 위성으로부터의 직접수신이 힘든 지역이 발생한다. 이렇게 위성 신호를 직접 수신할 수 없는 지역에서는 위성신호의 수신을 위해 보조 중계시설 즉, 갭필러(120,122)를 사용한다. 이러한 갭필러(120,122)는 직접 증폭형 갭필러(Direct amplifying gap filler:122)와 주파수 변환형 갭필러(Frequency conversion gap filler:120)로 구분된다.

일반적으로 갭필러 시스템은 방송위성으로부터 11GHz대역의 시분할 다중화(Time Division Multiple:이하 TDM)방식의 방송 신호를 수신하여 2.6GHz 주파수 대역의 CDM 신호로 변환한 후 송신한다. 이러한 역할을 수행하기 위해, 갭필러 시스템은 도 2와 같이 위성으로부터의 TDM 신호를 수신하기 위한 TDM 수신기(202)와 수신된 TDM 신호를 역다중화하여 복원하고 병렬데이터로 변환하는 TDM 역다중화기(204) 및 TDM 신호를 CDM 신호로 변환하여 각 단말기로 송출하는 CDM 송신기(206)로 구성된다.

디지털 위성방송 시스템에서 단말기는 갭필러로부터의 CDM 신호뿐만 아니라, 방송위성으로부터의 CDM 신호도 수신한다. 단말기에서는 방송위성이나 여러 갭필러들로부터 수신된 방송 신호들을 검출하여 같은 시간단위에 해당되는 신호들을 결합하여 복조를 수행한다. 이때 단말기가 여러 경로의 신호들 중에서 같은 시간단위에 해당되는지를 구별할 수 있는 최대 시간단위는 CDM 신호의 확산 시퀀스(Sequence) 주기인 125㎲에 해당된다. 일반적인 CDM 신호의 경우에는 이 주기의 절반에 해당되지만, 시스템 E방식의 위성방송 시스템에서는 도 3에 보인 파일럿 채널의 구조적인 특성(도 3을 참조하면, 파일럿 채널은 256kbps에서 32비트인 파일럿 심볼(Pilot Symbol:이하 PS)과 제어 데이터(D_i)가 125㎲단위로 교대로 존재하고 있다.)으로 인해 신호 구별 가능시간이 확산 시퀀스 주기인 125㎲ 만큼으로 증가된다.

따라서, 효율적인 위성 방송망을 설계하기 위해서는 여러 경로의 신호들을 수신한 단말기에서 이 수신된 신호들이 같은 시간 단위에 해당하는지를 정확하게 판별하는 것이 중요하다. 이를 위해, 위성 방송 시스템에서 갭필러에 의한 시간지연 값을 정확하게 측정하여 보정해 주어야만 한다. 그러나, 갭필러 시스템은 도 2에 보인 것처럼, TDM 방식의 신호를 수신하여 CDM 방식의 신호로 송신하기 때문에 시간지연을 측정하기 위해서는 TDM 부분과 CDM 부분으로 나누어 측정해야 하는데 이러한 측정방식은 번거로울 뿐더러 오차가 발생할 가능성이 많아 시간지연에 대한 정확한 측정이 어렵다.

본 발명의 목적은 갭필러 시스템에서의 신호처리 과정에서 발생하는 갭필러 시스템의 시간지연 값을 정확하게 측정하여 보정하기 위한 시간지연 측정장치를 제공하는데 있다. 또한, 본 발명에서는 시간지연 측정장치의 정밀성을 높이기 위해 측정장치 자체의 오차를 측정하여 보정하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 도 4와 같이 구성된 갭필러 시간지연 측정장치(402)를 개시한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 시간지연 측정장치(402)는 갭필러(410)로 TDM 신호를 송신하기 위한 TDM 송신기(406)와 갭필러로부터의 CDM 신호를 수신하기 위한 CDM 수신기(408), 및 이를 제어하여 시간지연 값을 측정할 수 있는 제어기(404)로 구성되어진다.

본 발명의 시간지연 측정장치(402)를 이용한 갭필러(410)의 시간지연 측정은 먼저, 시간지연 측정장치(402)의 제어기(404)에서 생성된 일정패턴의 신호를 TDM 송신기(406)를 거쳐 갭필러(410)로 인가하고 갭필러(410)에서는 자체의 신호처리 과정을 거쳐 CDM 방식의 신호로 변환하여 신호를 출력한다. 그리고, 이 갭필러(410)로부터의 CDM 신호는 시간지연 측정장치(402)의 CDM 수신기(408)에 의해 수신되고 원래의 신호로 복원되어진다. 그리고, 이때 시간지연의 측정은 측정장치(402)의 TDM 송신기(406)에서 일정패턴의 신호가 송신될 때 발생하는 동기신호와 측정장치(402)의 CDM 수신기(408)에 의해 복원된 신호에서 추출한 동기신호 사이의 클락을 제어기(404)에서 카운트하여 측정하게 된다. 그러나, 이렇게 측정된 시간지연 값(t)에는 갭필러(410)에 의한 시간지연 값(t_GF) 뿐만 아니라, 측정장치(402) 자체의 시간지연 값(t_M)도 포함되어 있다. 그리고, 이 측정장치 자체의 시간지연 값(t_M)은 측정장치(402)에 있는 TDM송신기(406)의 시간지연 값(t_{TDM_Tx})과 CDM 수신기(408)의 시간지연 값(t_{CDM_Rx})의 합이다.

따라서, 갭필러(410)만의 시간지연 값(t_GF)을 정확하게 측정하기 위해서는 측정장치(402)에 의해 발생하는 오차 즉, 측정장치(402) 자체의 시간지연 값(t_M)을 측정하여 보정해주어야 한다. 이러한 측정장치(402) 자체의 오차(t_M)를 보정해 주기 위해 본 발명에서는 CDM 송신기를 이용한다.

측정장치(402) 자체의 시간지연(t_M)을 측정하기 위해 CDM 송신기를 사용하는 이유는 측정장치(402)에 있는 TDM 송신기(406)와 CDM 수신기(408)는 신호방식의 차이로 직접 연결이 불가능하여 자체 루프의 형성을 통해서는 시간지연을 측정할 수 없기 때문이다. 따라서, TDM 송신기(406)와 유사한 구조를 가진 CDM 송신기를 이용하여 CDM 수신기(408)와의 루프를 통해 측정장치 자체의 시간지연(t_M)을 측정한다.

도 5는 도 4의 시간지연 측정장치(402)에서 갭필러(410)로 TDM 신호를 송신하기 위하여 사용되는 TDM 송신기(406)의 상세 블록도이고, 도 6은 도 4의 시간지연 측정장치(402)에서 갭필러(410)로부터의 CDM 신호를 수신하여 복원하기 위해 사용되는 CDM 수신기(408)의 상세 블록도이다. 그리고, 도 7은 도 4의 시간지연 측정장치(402) 자체의 오차 즉, TDM 송신기(406)에 의한 시간지연 값(t_{TDM_Tx})과 CDM 수신기(408)에 의한 시간지연 값(t_{CDM_Rx})을 측정하여 보정해 주기 위해 사용되는 CDM 송신기(702)의 상세 블록도이다.

도 5와 도 7을 참조하면, TDM 송신기(406)와 CDM 송신기(702)는 CDM 송신기(702)의 CDM 변조기(CDM Modulator:704) 부분과 TDM 송신기(406)의 RRC 필터(Root Raised Cosine:502)부분을 제외하고는 동일한 회로 구성을 가지고 있음을 알 수 있다. 그리고, 도 7의 CDM 변조기(704)와 도 5의 RRC 필터(502)에 의한 시간지연 값(t_RRC)은 최초 디지털 로직 설계시 클럭단위로 정확하게 계산되어질 수 있으며, 시뮬레이터(Simulator)를 통해 검증할 수도 있다. 이와 같은 사실을 이용하여 CDM 송신기(702)와 CDM 수신기(408)를 루프 시켜 측정장치에 의한 시간지연 값(t_M)을 측정하는데, 이러한 측정 방법에는 무선 경로(Radio Frequency path)를 통해 시간지연을 측정하는 방법과 중간 주파수 경로(Intermediate Frequency path)를 통해 시간지연을 측정하는 두 가지 방법이 있다.

도 8은 무선 경로를 통해 시간지연 측정장치(402)의 시간지연을 측정하는 경우에 있어서, 신호의 측정 경로를 나타내는 블록도이다.

도 8에 보인 것처럼, 무선 경로를 통해 시간지연을 측정할 때는 CDM 변조기(704)의 32개 채널 중 파일럿 심볼(Pilot Symbol)과 제어워드(Control Word)를 위한 하나의 채널을 제외한 31개 채널의 일부 또는, 전부를 사용하여 테스트 신호를 입력하고 RF 접속부(Radio Frequency Interface:710,602)를 거친 후 CDM 복조기(CDM Demodulator:608)에 의해 복원된 테스트 신호의 시간지연 값(t_{RF_path})을 측정한다. 이때 측정된 시간지연 값(t_{RF_path})은 CDM 송신기(702)에 의한 시간지연 값(t_{CDM_Tx})과 CDM 수신기(408)에 의한 시간지연 값(t_{CDM_Rx})을 합친 것이다. 앞서 언급한 것처럼, CDM 송신기(702)와 TDM 송신기(406)는 CDM 변조기(704) 부분과 RRC필터(502)를 제외하고는 동일한 구성을 갖는다. 그리고, CDM 변조기(704)의 시간지연 값(t_{CDM_M})과 RRC 필터(502)의 시간지연 값(t_RRC)은 정확한 계산이 가능하다. 따라서, 시간지연 측정장치(402) 자체의 시간지연 값(t_M)은 도 8의 무선 경로를 통해 측정된 시간지연 값(t_{RF_path})에서 CDM 변조기(704)의 시간지연 값(t_{CDM_M})을 빼고 RRC 필터(502)의 시간지연 값(t_RRC)을 더함으로써 정확하게 얻어질 수 있다.

도 9는 중간 주파수 경로를 통해 시간지연 측정장치(402)의 시간지연을 측정하는 경우에 있어서, 신호의 측정 경로를 나타내는 블록도이다.

도 9에 보인 것처럼, 중간 주파수 경로를 통해 시간지연을 측정할 때는 TDM 송신기(406)의 일부 블록을 사용한다. 앞서의 무선 경로를 통한 측정과 마찬가지로 먼저, CDM 변조기(704)의 31개 채널을 이용하여 테스트 신호를 입력한다. 그리고, CDM 변조기(704)에 의해 변조된 테스트 신호는 CDM 송신기(702)가 아니라, TDM 송신기(406)의 일부 블록(504,506)을 이용하여 아날로그 신호로 변환된 후, RF 접속부(710,602)를 거치지 않고 중간 주파수 경로를 통해 CDM 수신기(408)의 아날로그/디지털 변환기(A/D Converter:604)로 전달된다. CDM 수신기(408)로 전달된 아날로그 신호는 아날로그/디지털 변환기(604)에 의해 디지털 신호로 변환된 후, CDM 복조기(608)에 의해 복원되어 시간지연 값(t_{IF_path})의 측정에 사용된다.

이렇게 도 9와 같은 중간 주파수 경로를 통해 지연시간을 측정하는 경우에는 RF 접속부(710.602)에 의한 시간지연 값(t_RF)이 제외되게 되는데, 이는 기존의 측정장비를 통해 따로 정확하게 측정되어질 수 있다. 따라서, 시간지연 측정장치(402)의 시간지연 값(t_M)은 도 9의 중간 주파수 경로를 통해 측정된 시간지연 값(t_{IF_path})에 별도의 측정과정을 통해 알고 있는 RF 접속부(710,602)에 의한 시간지연 값(t_RF)과 RRC 필터(502)의 시간지연 값(t_RRC)을 더한 후 CDM 변조기(704)의 시간지연 값(t_{CDM_M})을 빼면 정확하게 얻어질 수 있다.

위와 같은 방법들로 얻어진 시간지연 값(t_M)을 시간지연 측정장치(402)에 저장하였다가, 도 4에서 보인 방법으로 갭필러(410)의 시간지연 값(t_GF)을 측정할 때, 전체 경로의 시간지연을 측정한 후, 측정된 시간지연 값(t)에서 저장되어 있는 시간지연 측정장치(402) 자체의 시간지연 값(t_M)을 제외하여 보정해줌으로써, 갭필러(410)만의 시간지연 값(t_GF)을 정확하게 알아낼 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 장치와 방법을 통해, 갭필러만의 시간지연 값을 정확하게 측정함으로써 효율적인 위성 서비스망의 설계를 가능하게 할 수 있다. 또한, 측정장치의 보정을 통해 갭필러 시간지연 측정장치의 정밀성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 국제전기통신연합에서 권고하는 무선방송 표준안인 ITU-R BO.1130-4에서 제시하고 있는 디지털 시스템 E에 따른 위성방송 시스템의 구성도이다.

도 2는 도 1의 위성방송 시스템의 구성 요소인 갭필러의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3은 도 1의 ITU-R BO.1130-4 표준안에서 제시하고 있는 파일럿 채널의 구조도이다.

도 4는 본 발명에서 갭필러에 의한 신호처리에 따른 시간지연을 측정하기 위한 시간지연 측정장치의 블록도이다.

도 5는 도 4의 시간지연 측정장치에서 갭필러로 TDM 신호를 송신하기 위한 TDM 송신기의 상세 블록도이다.

도 6은 도 4의 시간지연 측정장치에서 갭필러로부터의 CDM 신호를 수신하여 복원하기 위한 CDM 수신기의 상세 블록도이다.

도 7은 본 발명에서 도 4의 시간지연 측정장치 자체의 시간지연 오차를 측정하여 보정하기 위한 CDM 송신기의 상세 블록도이다.

도 8은 본 발명에서 무선 경로를 통해 측정장치의 시간지연 오차를 측정하는 경우에 있어서, 신호의 측정 경로를 나타내는 블록도이다.

도 9는 본 발명에서 중간 주파수 경로를 통해 측정장치의 시간지연 오차를 측정하는 경우에 있어서, 신호의 측정 경로를 나타내는 블록도이다.

Claims (7)

1. 위성 방송 시스템을 구성하는 갭필러의 시간지연을 측정하기 위한 시간지연 측정장치에 있어서,

   상기 시간지연 측정장치는 일정패턴의 측정신호를 생성하여 송신하고 수신하며, 상기 송신된 신호와 수신된 신호의 시간차를 측정하는 제어기; 와

   상기 제어기의 송신신호를 입력으로 하여 갭필러로 TDM 방식의 신호를 송출하는 TDM 송신기; 및

   상기 갭필러로부터의 CDM 신호를 입력으로 하여 원래의 신호로 복원하여 상기 제어기로 입력하는 CDM 수신기;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제어기는 상기 송신신호와 수신신호의 시간차를 측정할 때, 상기 신호들에 포함되어 있는 동기신호를 카운트하여 측정함을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제어기는 상기 시간지연 측정장치 자체의 시간지연 오차를 저장하고 상기 측정된 시간지연 값에서 상기 시간지연 측정장치 자체의 시간지연 오차를 보정해줌을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 시간지연 측정장치는 CDM 방식의 신호를 송신하는 CDM 송신기를 이용하여 상기 시간지연 측정장치 자체의 시간지연 오차를 측정함을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 시간지연 측정장치 자체의 시간지연 오차의 측정은 측정신호의 무선 경로를 통해 측정되어지거나 또는, 상기 측정신호의 중간 주파수 경로를 통해 측정되어짐을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 무선 경로를 통한 측정은 CDM 송신기와 상기 시간지연 측정장치의 CDM 수신기를 이용함을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 중간 주파수 경로를 통한 측정은 CDM 송신기와 상기 시간지연 측정장치의 TDM 송신기 및 CDM 수신기를 이용함을 특징으로 하는 상기 시간지연 측정장치.