KR100488629B1 - 위성기반스위칭시스템및스위칭방법 - Google Patents

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Abstract

위성에 포함된 디지털 스위치는 업링크 빔들을 처리하며, 비트 레벨 대신에 심볼 레벨로 포함된 트래픽 채널을 처리한다. 이러한 시스템에서, 상기 스위치는 각각의 사용자마다 사용자 베이스로 중계기로서 실행하고, 빔 레벨에서 스위치로서 실행된다.

Description

위성 기반 스위칭 시스템 및 스위칭 방법
본 발명은 신호의 다중 지점 입력-대-출력 스위칭, 특히, 확산 스펙트럼(spread spectrum) 신호(즉, CDMA)의 스위칭에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위성에 내장되는 스위치와 같은 공간 및 무게가 제한된 스위치 시스템의 효율적인 사용을 가능하게 하도록 심볼 레벨에서의 CDMA 신호의 스위칭에 관련하고 있다. 이는 동기 CDMA 전송 시스템에서 발생하는 스위칭에 명확하게 관련하고 있다.
통상적으로, 위성은 빔의 모든 채널이 공통 착신지를 공유하는 신호 빔들에 대하여 트랜스폰더(transponder) 또는 공중의 중계기(repeaters-in-the-sky)로서 이용되어 왔다. 이러한 장치는 어떠한 신호 스위칭이라도 지상 기반일 것을 요구하는 "벤트-파이프(bent-pipe)" 시스템으로서 호칭되어 왔다. 이것은 스위칭 처리가 지상 기반이어야 하는 다수의 산출 채널들을 처리하기 위해, 위성의 전체 활용을 제한한다. 스위칭이 지상 기반인 경우, 위성 접속 사용자를 함께 연결하기 위해, 두 개의 이중 홉 전송(double hop transmission)(즉, 위성-대-지상-대-위성)을 거쳐야 하고, 이 것은 바람직하지 못한 큰 선로지연을 유발한다.
"공중의 스위치(switch in the sky)" 위성은 두 말단 사용자가 서로 간에(실례로, 위성 접시 안테나(satellite dishes)를 통하여) 직접 연결되게 한다. 스위칭이 위성에 위치된 경우, 신호 지연은 지상 베이스 스위칭을 사용하는 벤트-파이프 시스템 지연의 절반으로 줄어든다. 이것은 허용 가능 품질로 음성 호출을 취급하는 위성 능력을 향상시킨다.
바람직한 공간 및 무게 특성을 갖는 스위치는 "공중의 스위치" 개념에서 필수적이며, 그렇지 않으면 오히려 대형의 무겁고 큰 위성 스위칭 구조가 요구된다. 그러한 스위치는 트래픽 채널(traffic channel) 상에서 말단 사용자들을 직접 접속할 수 있는 능력을 포함하고 있어야 한다. 트래픽 채널들은 특히, CDMA 시스템에서 빔들로 묶어지므로, 트래픽 채널들이 업링크 빔들(uplink beams)로부터 추출되어 다운링크 빔들(downlink beams)로 구성되어야 하며, 다운링크 빔들에서, 공통 착신지를 갖는 모든 다운링크 채널은 공통 착신지를 갖는 빔들로 결합된다.
디지털 변조된 신호들의 신호 스위칭은 샘플된 파형 레벨에서 수행되며, 리러한 수행은 일반적으로 스위칭 로드(switching load)를 지원하기 위하여 확장된 처리 회로를 필요로 한다. 회로 밀도를 증가시켜 상당한 처리량을 지원하는 VSLI 기술이 발전한다 할지라도, 샘플 파형 레벨에서의 스위칭은 어떠한 합당한 크기의 위성의 능력을 제한하는 크기, 무게 및 전력 제한 세트를 필요로 한다. 예컨데, 일정한 지연이 모든 디지털 비트스트림들(bit streams)에 대해 유지되어야 한다.
경제적인 관점과 크기/무게의 관점에서 위성 신호 처리기는 "벤트-파이프 및 공중의 스위치" 시스템들의 이점을 제공하고, 그 각각에 관련하는 단점을 극복하는 것이 바람직하다.
크기, 무게 및 전력 요구조건이 없는 상당한 용량을 갖는 디지털 스위칭 시스템은 청구항 1에 규정된 바와 같이 제공된다.
특정 실시예에 있어서, 위성에 포함된 디지털 스위치는 업링크 빔들을 처리하고, 또한 샘플된 파형 레벨 대신에 심볼 레벨에서 포함된 트래픽 채널들을 처리한다. 이러한 시스템에서, 스위치는 사용자마다에 기초한 중계기로서 그리고 빔 레벨에서의 스위치로서 실행한다. 개별 사용자 신호들(즉, 채널들)은 업링크 빔으로부터 분리되어, 적합한 다운링크 빔으로 재결합된다.
입력 파형의 샘플들이 취해지게 되고, 이러한 샘플들은 사용자마다에 기초하여 처리되어 심볼 정보가 추출된다. 그 다음, 심볼 정보는 적합한 출력 빔으로 루팅하기 위하여 스위칭 처리로 넘겨진다. 다음, 출력 베이스 처리기는 사용자 심볼들을 결합하고, 다운링크상에서 전송을 위해 샘플된 파형을 재구성한다.
송신 사용자 스테이션을 수신 사용자 스테이션에 연결하는 지점-대-지점 통신 시스템(point-to-point communication system)이 도 1에 개략적으로 도시된다. 도면은 별개의 송신 및 수신 스테이션들(101 및 102)을 도해적으로 나타내고 있지만, 이 스테이션들은 전화 시스템의 송신 지점 및 수신 지점이 될 수 있다. 이러한 스테이션들은 차량과는 대조적으로 공간적으로 또한 지형적으로 고정되어 있다. 또한, 스테이션들은 양방향 송수신기들이 될 수 있지만, 간략히 하기 위해 단지 한 방향만을 나타낸다.
스테이션(101-1)은 RF CDMA 빔 신호들을 위성(105)으로 보내는 위성 접시 안테나(103)를 포함한다. 스테이션(102-1)은 그 결합된 위성 접시 안테나(104)를 통하여 위성(105)으로부터 RF CDMA 빔 신호들을 수신한다. 각각의 빔 신호는 다수의 대역들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 위성은 다른 송신 스테이션들(101-N)로부터 RF CDMA 빔 신호들을 수신하며, RF CDMA 빔 신호들을 다수의 수신 스테이션들(102-N)에 송신한다.
각각의 빔 신호는 오버헤드 파일럿(overhead pilot), 액세스 및 페이징 채널들(access and paging channels), 및 다수의 음성 및 데이터 트래픽 채널들을 포함하는 다수의 대역들을 포함한다. 파일럿 채널을 통하여 동기화가 제공되며, 액세스 채널을 통하여 위성으로의 접속이 개시된다. 페이징 채널은 수신 사용자 스테이션으로의 접속을 개시하도록 위성에 의해 이용된다.
지상 스테이션과 위성간의 공중 인터페이스는 고정된 지점으로부터 참조된 동기 CDMA 빔을 포함한다. 인접한 빔들이 확산 코드들(예컨대, 골드 코드들(Gold codes))의 적용에 의해 서로간에 분리되며, 빔으로써 개별 채널들이 각각 할당되어 직교 벡터 셋으로부터 유일한 코드로 확산된다. 이러한 응용에서는 트래픽 용량을 크게 제한하는 다중 액세스 간섭을 제한하는 수단으로서 동기화가 중요하다. 모든 빔을 공통 기준 지점과 등기화함으로써, 업링크 빔은 심볼 레벨로 하향 복조될 수도 있으며, 그후, 스위치된 다운링크 전송 이전에 원래 비트 신호가 재생될 수 있게 된다. 다운링크 빔은 적합한 착신지 빔으로 루팅되고, 또한 다운링크 전송을 위해 코딩된다.
인입하는 업링크 CDMA 빔에 대하여 위성에 의해 실행된 1차 처리는 빔의 어떤 기준점에 대한 빔의 동기화이며 또한 빔의 복조이다. 크기와 무게를 제한하기 위하여, 타이밍 및 동기화는 각각의 사용자 채널 상에서 실행되지 않고, 오히려, 업링크 사용자들을 주기적으로 분석하여 주프로세서에 타이밍 정보를 제공하도록 다수 빔들 간에 분배된 동기화 및 타이밍 풀(pool)에 의존한다.
업링크 빔의 복조는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 채널이 IF 국부 발진기(202)에 의해 여기되어 혼합기(201)에 인가되는, IF로의 다운 변환으로 시작한다. 혼합된 신호는 대역 통과 필터(203)를 통하여 아날로그-디지털 변환기(205)에 인가되고, 여기서 신호는 8 비트 해상 디지털 샘플 스트림을 생성하도록 4X 오버샘플 레이트(oversample rate)로 디지털화 된다. 8 비트 디지털 영역 심볼 신호는 신호 스트림의 심볼간 간섭을 최소화시키는 루트 상승 코사인 ISI 필터(209)에 인가된다. 다음, 신호는 하나의 비트 승산기/혼합기(211 및 213)와 여기된 사인 및 코사인 1 비트 발생기(212 및 214) 각각을 구비하는 직교 복조기에 인가된다. 이러한 직교 처리는 신호의 동상(in-phase)(I) 및 직교위상(quadrature-phase)(Q) 성분을 분할한다. 본 실시예에 있어서는 4x 오버샘플링이 이용되므로, 단지 한 비트만이 사인 및 코사인 파형을 나타내는데 요구될 뿐이다.
승산기들(211 및 213)은 적분기들(217 및 218) 앞에 각각 있으며, 적분기들은 4x 오버샘플된 입력 샘플 스트림을 1x 심볼 스트림으로 변환하는데 이용된다. 이제 이러한 실볼 스트림은 현재 빔의 모든 사용자, 인접 빔의 모든 간섭 사용자 및 채널의 노이즈의 합을 나타낸다.
빔으로부터 사용자를 추출하기 위하여, 빔 코드 발생기들(221 및 223)에 의해 공급된 GN빔 코드들은 승산기들(222 및 224)의 적용을 통하여 한 비트씩 I 및 Q 심볼 스트림에 적용된다. 이러한 GN 빔 코드를 심볼 스트림에 적용하는 것은 인접한 빔들에서 사용자에 기인한 간섭을 약화시킨다.
빔 코드 처리 단계로부터의 출력은 버스(225)에 인가되고, 상기 버스는 승산기(222, 224) 출력 신호들을 트래픽 채널 회복 유닛들에 인가한다. 트래픽 채널 회복 유닛들 각각은 특정 사용자에 대한 기저대역 심볼 스트림을 추출한다. 이러한 처리는 인입하는 복합 샘플 신호를 특정 사용자 코드로 역확산(despreading)하고, 그 결과의 기저대역 신호의 위상을 검출하는 단계를 포함한다. 각각의 트래픽 채널 회복 유닛은 발생기(236-N)에 의해 발생된 Wi 사용자 직교 코드에 의해 여기된 승산기/혼합기들(235-N)을 포함하여, 사용자 특정 직교 코드를 인입하는 복합 샘플링 스트림에 한 비트씩 적용한다. 출력 샘플들은 합산기들(237-N)에 의해 축적되어, 코드의 끝에서 덤핑(dumping)된다. 기저대역 심볼 레이트로 도달하는 출력 복합 샘플들은 위상 디코더들(240-L)에 인가되며, 디코더들은 복합 샘플 스트림을 코드화된 기저대역 심볼로 변환한다. 이러한 심볼들은 착신지 빔으로 루팅하기 위한 스위치로 보내진다. 제1 스위치 성분은 도 3의 TDM 분리기(302)에 연결된 TDM 집중장치(242)이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다운링크 빔 처리는 개별 기저대역 심볼 스트림들을 수용하고, 이들을 적합한 착신지 빔의 적절히 변조된 채널로 변환한다. TDM 분리기의 출력은 복합 변조 평면상에 심볼들을 맵핑하는 심볼 인코더들(303-L)에 인가된다. 복합 심볼은 x128 심볼 중계기들(305-N)에 의해 칩 레이트로 반복되어, 개별 사용자들의 직교 확산 코드들(Wi 및 Wq)이 코드 발생기들(307-N)로부터 승산기들(309-N)로 인가될 수 있다. I 및 Q 관련 코드들로 확산한 결과는 합산기들(310 및 311)에서 개별적으로 합산되어, I 및 Q 샘플 스트림들로 결합된다. 빔 코드(GN)는 발생기들(314 및 315)에 의해 승산기들(312 및 313)을 통하여 I 및 Q 샘플 스트림들로 공급되고, 이어서, x4 심볼 중계기들(317 및 318)에 인가되어, 심볼간 간섭 필터들(321 및 323)에 의한 필터링을 위해 오버샘플링 헤드 룸(head room)을 제공한다. 이러한 필터들은 동상 샘플에 대한 한 필터(321) 및 직교위상 샘플에 대한 한 필터(323)를 갖는, 도 2의 업링크 회로에서와 동일한 루트 상승 코사인 종류(root raised cosine variety)이다.
동상 샘플들은 승산기(326)의 한 비트 사인 발생기(325)에 의해 공급된 신호로 승산된다. 직교위상 샘플들은 승산기(328)의 코사인 발생기(327)로부터의 한 비트 코사인 신호로 승산된다. 이들 두 신호들은 합산기(331)에 의해 결합되어, 합산기(332)를 통하여 출력 리드(333)상의 송신기로 전송을 위해 공급된다.
도 1은 지정된 채널과 공통으로 착신지를 갖는 업링크 빔으로부터 다운링크 빔으로 연결된 채널로 업링크 및 다운링크 CDMA 빔을 연결하도록 위성을 사용하는 다중 지점-대-지점 통신 시스템의 구성도.
도 2는 업링크 빔 처리 회로의 구성도.
도 3은 다운링크 빔 처리의 구성도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
101, 102 ; 송신 및 수신 스테이션
103 및 104 ; 위성 접시 안테나
105 ; 위성

Claims (11)

  1. 업링크 CDMA 빔의 사용자 채널들을 다운링크 CDMA 빔에 연결하는 위상 기반 스위칭 시스템에 있어서,
    송신 지상 스테이션으로부터 상기 업링크 CDMA 빔을 수신하고, 상기 업링크 빔 내에 포함된 개별 채널들의 CDMA 코드들을 사용하여 상기 업링크 빔으로부터 상기 개별 채널들을 분리하는 수단;
    상기 업링크 채널들로부터 심볼을 추출하는 수단;
    상기 업링크 채널들을 심볼 레벨에서 스위칭하는 수단;
    상기 업링크 채널들의 상기 심볼 레벨들을 다운링크 CDMA 빔들에 결합하는 수단; 및
    상기 다운링크 CDMA 빔들을 수신 지상 스테이션에 송신하는 수단을 구비하는, 위상 기반 스위칭 시스템.
  2. 인입하는 변조된 빔의 사용자 채널들을 인출되는 변조된 빔에 연결하는 스위칭 시스템으로서, 상기 각각의 빔은 다수의 사용자 채널들을 포함하는, 상기 스위칭 시스템에 있어서,
    인입하는 빔을 샘플링하는 수단;
    심볼 정보를 추출하기 위하여 사용자마다에 기초하여 상기 샘플들을 처리하는 수단;
    개별 채널들의 CDMA 코드들을 사용하여, 적합한 출력 빔으로 루팅하기 위한 상기 심볼 정보를 스위칭하는 수단;
    사용자 심볼들을 결합하는 수단; 및
    빔으로서 출력 전송을 위해 결합된 사용자 심볼들로부터 샘플된 파형을 재구성하는 수단을 구비하는, 스위칭 시스템.
  3. 인입하는 변조된 빔들로부터 인출되는 변조된 빔들로 사용자 채널들을 연결하는 방법에 있어서,
    상기 인입하는 빔을 샘플링하는 단계;
    심볼 정보를 추출하도록 사용자마다에 기초하여 상기 샘플들을 처리하는 단계;
    개별 채널들의 CDMA 코드들을 사용하여, 적합한 출력 빔으로 루팅하기 위해 상기 심볼 정보를 스위칭하는 단계;
    사용자 심볼들을 결합하는 단계; 및
    빔으로서 출력 전송을 위해, 결합된 사용자 심볼들로부터 샘플된 파형을 재구성하는 단계를 포함하는, 사용자 채널 연결 방법.
  4. 공중의 사용자 채널들을 업링크 인입 변조된 빔으로부터 인출 다운링크 변조된 빔으로 스위칭하는 방법에 있어서,
    각각의 사용자 채널에서 정보를 나타내는 심볼들을 발생하는 단계; 및
    각각의 업링크 사용자 채널의 심볼들을 개별 채널들의 CDMA 코드들을 사용하여, 상기 사용자 채널의 사전 설정된 착신지와 공통인 착신지를 갖는 다운링크 빔으로 스위칭하는 단계를 구비하는, 사용자 채널 스위칭 방법.
  5. 업링크 빔들로부터 추출된 업링크 사용자 채널들을, 집합된 업링크 사용자 채널들의 사전 설정된 착신지가 다운링크 빔을 형성하는 착신지를 갖는 다운링크 빔들로 스위칭하는 공중의 스위칭 시스템에 있어서,
    상기 업링크 빔들을 샘플링하는 수단;
    각각의 사용자 채널을 나타내는 심볼 정보를 발생하도록 사용자마다에 기초하여 상기 샘플들을 처리하는 수단; 및
    사전 설정된 공통 착신지를 갖는 업링크 사용자 채널들을 집합하는 상기 심볼 정보를, 개별 채널들의 CDMA 코드들을 사용하여, 착신지가 포함하고 있는 상기 사용자 채널들의 상기 사전 설정된 착신지와 공통의 착신지를 갖는 다운링크 빔들로 스위칭하는 수단을 구비하는, 공중의 스위칭 시스템.
  6. 업링크 CDMA 빔의 사용자 채널들을 다운링크 CDMA 빔에 연결하는 위상 기반 스위칭 시스템에 있어서,
    송신 지상 스테이션으로부터 상기 업링크 CDMA 빔을 수신하고, 상기 업링크 빔으로부터 개별 채널들을 분리하는 수단;
    상기 업링크 채널들로부터 심볼들을 추출하는 수단;
    상기 업링크 채널들을 심볼 레벨에서 스위칭하는 수단;
    상기 심볼의 표시를 샘플링하고, 상기 샘플을 스위치 처리하고, 그리고 스위치 처리에 이어 상기 심볼을 재구성하는 수단을 포함함으로써, 상기 업링크 채널들의 상기 심볼 레벨들을 다운링크 CDMA 빔들에 결합하는 수단; 및
    상기 다운링크 CDMA 빔들을 수신 지상 스테이션에 송신하는 수단을 구비하는, 위상 기반 스위칭 시스템.
  7. 업링크 CDMA 빔의 사용자 채널들을 다운링크 CDMA 빔에 연결하는 위상 기반 스위칭 시스템에 있어서,
    송신 지상 스테이션으로부터 업링크 CDMA 빔을 수신하고, 상기 업링크 빔으로부터 개별 채널들을 분리하는 수단;
    비트 조합의 심볼들을 구하도록 위상 시프트 키잉에 의해 채널을 변조함으로써 상기 업링크 채널들로부터 심볼들을 추출하는 수단;
    상기 업링크 채널을 심볼 레벨에서 스위칭하는 수단;
    상기 업링크 채널들의 상기 심볼 레벨들을 다운링크 CDMA 빔들에 결합하는 수단; 및
    상기 다운링크 CDMA 빔들을 수신 지상 스테이션에 송신하는 수단을 구비하는, 위상 기반 스위칭 시스템.
  8. 공중의 사용자 채널들을 업링크 인입 변조된 빔으로부터 인출 다운링크 변조된 빔으로 스위칭하는 방법에 있어서,
    업링크 인입 변조된 빔을 샘플링하고 상기 샘플들을 사용자마다에 기초하여 처리하여 심볼 정보를 추출함으로써, 각각의 사용자 채널의 정보를 나타내는 심볼들을 발생하는 단계; 및
    각각의 업링크 사용자 채널의 심볼들을 상기 사용자 채널의 사전 설정된 착신지와 공통인 착신지를 갖는 다운링크 빔으로 스위칭하는 단계를 구비하는, 사용자 채널 스위칭 방법.
  9. 공중의 사용자 채널들을 업링크 인입 변조된 빔으로부터 인출 다운링크 변조된 빔으로 스위칭하는 방법에 있어서,
    각각의 사용자 채널에서 정보를 나타내는 심볼들을 발생하는 단계;
    각각의 업링크 사용자 채널의 심볼들을 상기 사용자 채널의 사전 설정된 착신지와 공통인 착신지를 갖는 다운링크 빔으로 스위칭하는 단계; 및
    다운링크 빔의 전송을 위해 상기 스위칭된 심볼들로부터 생플링된 파형을 재구성하는 단계를 구비하는, 사용자 채널 스위칭 방법.
  10. 공중의 사용자 채널들을 업링크 인입 변조된 빔으로부터 인출 다운링크 변조된 빔으로 스위칭하는 방법에 있어서,
    위상 시프트 키잉에 의해 비트 조합들을 나타내는 심볼들을 발생함으로써 각각의 사용자 채널의 정보를 나타내는 심볼들을 발생하는 단계; 및
    각각의 업링크 사용자 채널의 심볼들을 상기 사용자 채널의 사전 설정된 착신지와 공통인 착신지를 갖는 다운링크 빔으로 스위칭하는 단계를 구비하는, 사용자 채널 스위칭 방법.
  11. 업링크 빔으로부터 추출된 업링크 사용자 채널들을 집합된 업링크 사용자 채널들의 사전 설정된 착신지가 다운링크 빔을 형성하는 착신지를 갖는 다운링크 빔들로 스위칭하는 공중의 스위칭 시스템에 있어서,
    상기 업링크 빔들을 샘플링하는 수단;
    각각의 사용자 채널을 나타내는 심볼 정보를 발생하도록 사용자마다에 기초하여 상기 샘플들을 처리하는 수단;
    상기 업링크 빔들로부터 개별 채널들을 분리하는 수단; 및
    사전 설정된 공통 착신지를 갖는 업링크 사용자 채널들을 집합하는 상기 심볼 정보를, 착신지가 포함하고 있는 상기 사용자 채널들의 사전 설정된 착신지와 공통의 착신지를 갖는 다운링크 빔들로 스위칭하며, 심볼 레벨의 샘플들로 스위칭 처리하는 수단과 스위칭후의 심볼들을 재구성하는 수단을 구비하는, 공중의 스위칭 시스템.
KR1019970016998A 1996-05-06 1997-05-02 위성기반스위칭시스템및스위칭방법 KR100488629B1 (ko)

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