KR100492256B1 - 위성 방송 중계기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위성 방송 중계기에 관한 것으로서, 상기 위성 방송 중계기는, 위성으로부터 수신된 방송 신호를 주파수 변환 및 복조하여 각 프레임에 대한 소정 갯수의 채널 데이터들을 직렬 형태로 출력하는 튜너, 상기 튜너로부터 전송되는 직렬 형태로 정렬된 채널 데이터들을 병렬 형태의 채널 데이터들로 변환시켜 출력하는 디멀티플렉서, 상기 디멀티플렉서의 제어에 따라 상기 튜너로부터 입력되는 채널 데이터들을 저장시키는 메모리, 및 상기 디멀티플렉서로부터 출력되는 병렬 형태로 정렬된 채널 데이터들에 소정의 코드를 할당하여 CDM 변조시키는 CDM 변조기를 구비한다. 상기 디멀티플렉서는 상기 메모리를 이용하여 튜너로부터 입력된 채널 데이터를 직렬 형태에서 병렬 형태로 변환시킨다.
본 발명에 의하여, 별도의 메모리를 사용하여 디멀티플렉서를 구현함으로써, 저가의 위성 방송 중계기를 제공할 수 있게 된다.

Description

위성 방송 중계기{SATELLITE BROADCASTING REPEATER}
본 발명은 위성 방송 중계기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 별도의 메모리를 사용하여 디멀티플렉서의 내부 메모리 용량을 감소시킬 수 있는 위성 방송 중계기에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 디지털 위성 방송 시스템에 대한 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 보면, 콘텐츠 제공 사업자가 지상국(110)으로부터 위성(100)으로 14GHz 주파수 대역을 이용하여 특정 방송 신호를 전송한다(Up-Link). 방송 신호를 수신한 위성(100)은 상기 방송 신호를 11GHz대역의 시간 분할 다중(Time Division Multiplex;이하 "TDM"이라 한다.)신호와 2.6GHz 대역의 코드 분할 다중(Code Division Multiplex;이하 "CDM"이라 한다.)신호로 증폭 및 변조시켜 지상의 수신장치들로 재방송한다(Down-Link). 이때, 지상의 수신장치들로는 휴대 수신 장치(130), 고정 수신 장치(140), 이동 수신 장치(150)등이 포함되며, 이들은 위성으로부터 2.6GHz대역의 CDM 변조 신호를 수신하게 되며, 수신된 신호를 복조한 후 하나의 채널을 선택하여 복원된 방송을 시청할 수 있게 된다.
한편, 디지털 비디오 방송(DVB)과 디지털 오디오 방송(DAB)를 제공하는 기존의 수신장치들은 근본적으로 신호 페이딩(fading) 및 심볼간 간섭(ISI)와 같은 심각한 신호 품질 저하를 초래하는 다중 경로 효과(muitlpath effects)에 의하여 크게 영향을 받게 된다. 특히, 위성으로부터의 가시선(Line of sight:LOS) 신호의 차단이 심한 도심 환경이나 높은 고도를 갖는 지역에서는 수신 장치에 대한 방송 채널상의 페이딩 효과가 주파수의 영향을 받기 쉽다. 하나의 위성 바로 아래의 위치(위성 직하 지점)가 본질적으로 매우 높은 앙각(elevation angle)을 갖는 반면에, 위성직하지점으로부터 떨어져 있는 위치들은 앙각이 감소함으로써, 위성직하지점과 수신위치 사이에 대응되는 지상 중심각이 증가하게 된다. 그 결과, 위성직하지점에 가까운 위치의 수신장치들은 사실상 차단되지 않은 LOS 수신을 향유할 수 있으나, 상기 LOS 신호들은 빌딩이나 지형적 고지대(약 30m 정도)에 의하여 잠재적으로 차단되거나, 터널, 지하철 역사, 지하 주차장과 같은 곳에 위치한 수신장치들에 대해서도 불가피하게 차단되게 된다. 이와 같이, LOS 신호가 차단되는 지역을 음영 지역(120)이라 한다.
이와 같은 음영 지역(120)내에 위치하는 휴대용 수신 장치, 이동 수신 장치, 고정 수신장치 등에 대한 만족스러운 커버리지(coverage)를 제공하기 위하여, 위성방송 중계기(122, 124, 126)를 설치하여 위성(100)으로부터 수신되는 신호를 음영 지역내의 수신장치들에게 재방사(re-radiation)시키게 된다.
전술한 위성방송 중계기는 그 형태에 따라 (1) 직접 증폭 위성방송 중계기(124), (2) 주파수 변환 위성방송 중계기(122), 및 (3) 집중 방사 위성방송 중계기(126)으로 크게 구분된다. 직접 증폭 위성방송 중계기(124)는 위성으로부터 CDM 변조된 2.6GHz 대역의 방송신호를 수신하여 증폭시킨 후 음영 지역내의 수신 장치들로 재방사하게 되며, 주파수 변환 위성방송 중계기(122)는 위성으로부터 TDM 변조된 11GHz 대역의 방송신호를 수신하여 CDM 신호로 변환시킨 후 2.6GHz 대역의 방송신호로 주파수 변환 및 증폭시켜 음영 지역내의 수신장치들로 재방사하게 되며, 집중 방사 위성방송 중계기(126)는 위성으로부터 TDM 변조된 11GHz 대역의 방송신호를 수신하여 CDM 신호로 변환시킨 후 2.6GHz 대역의 방송신호로 주파수 변환시켜 특정한 음영 지역의 수신장치만으로 집중적으로 재방사하게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 종래의 기술에 따른 위성방송 중계기의 구성 및 동작을 개략적으로 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 위성방송 중계기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하여 보면, 위성방송 중계기는 튜너(205), 디멀티플렉서(Demultiplexer;200), CDM 변조기(210), 제1, 제2 필터(220, 230), 및 디지털 상향 컨버터(240)를 포함한다.
상기 튜너(205)는 위성 안테나 및 저잡음블록을 이용하여 위성으로부터 수신된 11GHz 대역의 방송신호를 1GHz 대역의 신호로 주파수 변환시킨 후 QPSK 복조하고 에러정정(FEC Decoding)함으로써, 디지털 형태의 직렬데이터를 복원하여 상기 디멀티플렉서(200)로 전송한다. 상기 상기 디멀티플렉서(200)는 상기 튜너로부터 전송된 직렬 데이터를 역다중화시킨 후, N개의 I, Q 채널로 각각 분리하여 상기 CDM 변조기(210)로 전송한다. 상기 CDM 변조기(210)는 전송된 N개의 I, Q 채널의 데이터를 CDM 변조하여 m개의 I, Q 채널 데이터를 각각 제1, 제2 필터(220, 230)로 출력한다.
상기 CDM 변조기로부터 m개의 I, Q 채널 데이터가 전송된 상기 제1, 제2 필터는 상기 CDM 변조기(210)로부터 전송된 I, Q 채널 데이터들을 0.22의 Roll-off Factor로 RRC(Root-Raised Cosine) 필터링하여 각각 k개의 데이터열로 변환시켜 출력하게 된다. 이렇게 필터링된 데이터들은 디지털 상향 컨버터(240)에 의하여 직교위상편위변조(Quaternary Phase Shift Keying;이하 "QPSK"라 한다)된 후, 상향 주파수로 변환되어 출력하게 되어, 수신장치들로 재방사된다.
전술한 바와 같이, 디멀티플렉서(200)는 직렬 형태의 채널 데이터들을 병렬 형태의 채널 데이터로 변환시켜 CDM 변조기(210)로 출력시키게 되며, 이는 일반적으로 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하여 구현한다. FPGA를 이용하여 위성 방송 중계기에 사용되는 디멀티플렉서를 구현하는 경우, 상기 디멀티플렉서는 적어도 2개의 프레임(frame)에 대한 채널 데이터들을 저장시켜야 하므로 디멀티플렉서는 많은 메모리의 용량을 필요로 한다. 따라서, FPGA를 이용하여 위성 방송 중계기에 사용되는 디멀티플렉서를 구현하는 경우, 대용량의 메모리를 갖는 FPGA를 사용하여야 된다. 그런데, FPGA는 메모리의 용량에 따라 그 가격 차이가 매우 크므로, 위성 방송 중계기에서는 고가의 FPGA를 사용하여야 되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 이와 같이 부품의 가격이 증가하게 됨에 따라 위성 방송 중계기의 가격도 함께 상승하게 된다.
이에 본 출원인은 메모리 용량이 작은 FPGA를 사용하여 디멀티플렉서를 구현함으로써 저가의 위성 방송 중계기를 제공할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 별도의 메모리를 사용하여 디멀티플렉서를 구현하는 위성 방송 중계기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 위성으로부터 수신된 데이터를 재변환시켜 수신장치로 재전송시키는 위성 방송 중계기에 관한 것으로서, 상기 위성으로부터 수신된 방송 신호를 주파수 변환 및 복조하여 각 프레임에 대한 소정 갯수의 채널 데이터들을 직렬 형태로 출력하는 튜너, 상기 튜너로부터 전송되는 직렬 형태로 정렬된 채널 데이터들을 병렬 형태의 채널 데이터들로 변환시켜 출력하는 디멀티플렉서, 상기 디멀티플렉서의 제어에 따라 상기 튜너로부터 입력되는 채널 데이터들을 저장시키는 메모리, 및 상기 디멀티플렉서로부터 출력되는 병렬 형태로 정렬된 채널 데이터들에 소정의 코드를 할당하여 CDM 변조시키는 CDM 변조기를 구비하고, 상기 디멀티플렉서는 상기 메모리를 이용하여 튜너로부터 입력된 채널 데이터를 직렬 형태에서 병렬 형태로 변환시킨다.
이 때, 상기 디멀티플렉서는, 상기 튜너로부터 입력된 채널 데이터들을 상기 메모리로 저장시키거나 상기 메모리에 저장된 채널 데이터들을 출력시키는 메모리 제어기, 및 상기 메모리 제어기에 의하여 상기 메모리로부터 출력되는 채널 데이터들을 병렬 형태로 저장시킬 수 있는 출력 버퍼를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 메모리는 적어도 2개 이상의 프레임에 대한 채널 데이터들을 저장시킬 수 있는 용량의 RAM 인 것이 바람직하다.
더 바람직하게는, 상기 메모리는 제1 및 제2 메모리로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 메모리는 1개의 프레임에 대한 채널 데이터들을 각각 저장시킬 수 있으며, 상기 메모리 제어기는 하나의 메모리에 상기 입력 버퍼의 채널 데이터를 저장시킴과 동시에 다른 메모리에 저장된 채널 데이터를 출력 버퍼로 출력시키는 것이 좋다.
또한, 상기 디멀티플렉서는 FPGA(Field Programmable GateArray)를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 별도의 메모리를 사용하여 디멀티플렉서를 구현함으로써, 저가의 위성 방송 중계기를 제공할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위성 방송 중계기의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 위성 방송 중계기의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 위성 방송 중계기의 구성을 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 위성 방송 중계기는 튜너(305), 디멀티플렉서(300), CDM 변조기(310), 제1 필터(320), 제2 필터(330), 디지털 상향 컨버터(340), 제1 메모리(350), 제2 메모리(360)을 포함한다. 다만, 상기 구성 요소들 중 CDM 변조기(310), 제1 필터(320), 제2 필터(330), 디지털 상향 컨버터(340)는 종래 기술에 기재된 해당 구성 요소와 그 기능이 동일하므로, 이들에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
먼저, 튜너(305)는 위성 안테나 및 저잡음블록을 이용하여 위성으로부터 수신된 11GHz 대역의 방송신호를 1GHz 대역의 신호로 주파수 변환시킨 후 QPSK 복조하고 에러정정(FEC Decoding)함으로써, 디지털 형태의 직렬데이터를 복원하여 상기 디멀티플렉서(300)로 전송한다.
상기 상기 디멀티플렉서(300)는 메모리 제어기(302) 및 출력 버퍼(304)를 구비하여, 상기 튜너로부터 전송된 직렬 형태의 채널 데이터를 역다중화시킨 후, N개의 I, Q 채널로 각각 분리하여 상기 CDM 변조기(310)로 전송시킨다.
상기 디멀티플렉서(300)의 상기 메모리 제어기(302)는 도 4에 도시된 바와 같은 직렬 형태로 정렬된 소정 갯수의 채널 데이터들이 상기 튜너로부터 입력되고, 입력된 채널 데이터들을 상기 제1 메모리 또는 제2 메모리에 저장시키거나, 상기 제1 또는 제2 메모리에 저장된 채널 데이터들을 출력 버퍼(304)로 출력시킨다. 도 4는 상기 튜너로부터 상기 디멀티플렉서로 전송되는 직렬 형태로 정렬된 시분할 다중화된 채널 데이터들에 대한 일예로서, 1개의 프레임을 구성하는 32개의 채널 데이터들을 나타낸다.
또한, 상기 메모리 제어기는 상기 제1 메모리 또는 제2 메모리에 저장된 채널 데이터들을 상기 출력 버퍼(304)로 출력시킴으로써, 채널 데이터들을 병렬 형태로 정렬시키게 된다.
상기 디멀티플렉서의 출력 버퍼에 저장된 병렬 형태로 정렬된 채널 데이터들은 CDM 변조기(310)로 출력되며, 상기 채널 데이터들은 상기 CDM 변조기에 의해 소정의 코드가 할당되어 CDM 변조된 후, 제1 및 제2 필터(320, 330) 및 디지털 상향 컨버터(340)를 통해 지상의 수신장치로 전송될 수 있는 주파수 대역의 신호로 변환된다.
한편, 상기 제1 메모리(350) 및 제2 메모리(360)는 상기 메모리 제어기(302)의 명령에 따라 상기 튜너로부터 입력되는 채널 데이터들을 순차적으로 저장하게 된다. 일반적으로, 위성으로부터 수신되어 상기 디멀티플렉서의 메모리 제어기로 입력되는 시분할 다중화(TDM) 신호는 각 채널당 데이터율이 512Kbps이며 1개의 프레임의 길이가 12.75msec이므로, FIFO 메모리에 1개의 프레임을 저장시키기 위하여는 적어도 각 채널당 6.528Kbit가 필요하고 32 채널로 이루어지는 1개의 프레임을 저장시키기 위하여는 208.896Kbit의 용량을 갖는 메모리가 필요하다. 따라서, 제1 및 제2 메모리는 각각 1개의 프레임에 해당하는 채널 데이터들을 저장시키는 것이 바람직하므로, 제1 및 제2 메모리는 각각 208.896Kbit이상을 갖는 RAM(Random Access Memory)을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 제1 및 제2 메모리는 적어도 2개의 뱅크(bank)를 갖는 1개의 메모리로 구현될 수도 있으며, 성능 향상을 위하여 추가의 메모리를 더 구비할 수도 있음은 당연하다.
이하, 전술한 구성을 갖는 위성 방송 중계기의 디멀티플렉서의 동작을 구체적으로 설명한다.
상기 튜너로부터 상기 디멀티플렉서의 메모리 제어기로 인가되는 첫번째 프레임을 이루는 채널 데이터들은 제1 메모리에 입력되어 저장되며, 순차적으로 메모리 제어기로 인가되는 두번째 프레임을 이루는 채널 데이터들은 제2 메모리에 입력되어 저장된다. 상기 메모리 제어기는 두번째 프레임을 이루는 채널 데이터들을 제2 메모리에 저장시킴과 동시에, 상기 메모리 제어기는 제1 메모리에 저장된 채널 데이터들을 출력 버퍼로 출력시킨다. 다음, 세번째 프레임을 이루는 채널 데이터가 메모리 제어기로 입력되면 상기 메모리 제어기는 입력되는 채널 데이터들을 제1 메모리에 저장시킴과 동시에, 제2 메모리에 저장된 채널 데이터들을 출력 버퍼로 출력시킨다. 이러한 과정을 반복시킴으로써, 상기 메모리 제어기는 제1 메모리 및 제2 메모리에 교대로 채널 데이터들을 저장시키거나 출력시키게 된다.
한편, 입력된 프레임의 순서에 따라 출력 버퍼에 병렬 형태로 정렬되어 저장된 채널 데이터들은 CDM 변조기로 순차적으로 출력된다.
도 5는 본 발명에 따른 메모리의 블록별 구성을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 튜너로부터 메모리 제어기로 인가되는 시분할 다중화 신호는 16.384MHz로 샘플링되어 상기 제1 메모리와 상기 제2 메모리에 교대로 저장되거나 출력된다. 이때, 메모리 어드레스는 6528개의 블록으로 나누어 사용하게 된다. 즉, 파일로트 채널 데이터(PCH)는 상기 메모리의 0번지에서 6527번지까지 사용하고, 1번 채널 데이터(CH1)는 6528번지에서 13055번지까지 사용하며, 이와 같은 블록 설정에 의하여 마지막 채널인 31번 채널 데이터(CH31)은 202368번지에서 208895번지까지 사용하게 된다. 또한, 각 16.384MHz 클럭마다 채널에 맞추어 어드레스를 제어하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야만 한다.
본 발명에 의한 위성 방송 중계기는 디멀티플렉서의 외부에 장착된 별도의 메모리들을 사용함으로써, 디멀티플렉서의 내부 메모리 용량을 감소시킬 수 있게 된다. 그 결과, 디멀티플렉서를 구현할 수 있는 FPGA와 같은 부품의 단가를 절감시킬 수 있게 되고, 궁극적으로는 위성 방송 중계기의 비용을 감소시킬 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 디지털 위성 방송 시스템에 대한 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 기술에 따른 위성 방송 중계기의 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 위성 방송 중계기의 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 위성 방송 중계기의 디멀티플렉서로 입력되는 채널 데이터들의 정렬 형태를 도시한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 위성 방송 중계기의 메모리의 각 블록에 대한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 위성
120 : 음영 지역
122 : 주파수 변환 위성방송 중계기
124 : 직접 증폭 위성방송 중계기
126 : 집중 방사 위성방송 중계기
200 : 디멀티플렉서
205, 305 : 튜너
210, 310 : CDM 변조기
220, 320 : 제1 필터
230, 330 : 제2 필터
240, 340 : 디지털 상향 컨버터
302 : 메모리 제어기
304 : 출력버퍼
350 : 제1 메모리
360 : 제2 메모리

Claims (5)

  1. 위성으로부터 수신된 데이터를 재변환시켜 수신장치로 재전송시키는 위성 방송 중계기에 있어서,
    상기 위성으로부터 수신된 방송 신호를 주파수 변환 및 복조하여 각 프레임에 대한 소정 갯수의 채널 데이터들을 직렬 형태로 출력하는 튜너;
    상기 튜너로부터 전송되는 직렬 형태로 정렬된 채널 데이터들을 병렬 형태의 채널 데이터들로 변환시켜 출력하는 디멀티플렉서;
    상기 디멀티플렉서의 제어에 따라 상기 튜너로부터 입력되는 채널 데이터들을 저장시키는 메모리; 및
    상기 디멀티플렉서로부터 출력되는 병렬 형태로 정렬된 채널 데이터들에 소정의 코드를 할당하여 CDM 변조시키는 CDM 변조기
    를 구비하고, 상기 디멀티플렉서는 상기 메모리를 이용하여 튜너로부터 입력된 채널 데이터를 직렬 형태에서 병렬 형태로 변환시키는 것을 특징으로 하는 위성 방송 중계기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디멀티플렉서는,
    상기 튜너로부터 입력된 채널 데이터들을 상기 메모리로 저장시키거나 상기 메모리에 저장된 채널 데이터들을 출력시키는 메모리 제어기; 및
    상기 메모리 제어기에 의하여 상기 메모리로부터 출력되는 채널 데이터들을 병렬 형태로 저장시킬 수 있는 출력 버퍼
    를 구비하여, 직렬 형태로 정렬된 채널 데이터들을 병렬 형태로 변환시키는 것을 특징으로 하는 위성 방송 중계기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메모리는 적어도 2개 이상의 프레임에 대한 채널 데이터들을 저장시킬 수 있는 용량의 RAM 인 것을 특징으로 하는 위성 방송 중계기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메모리는 제1 및 제2 메모리로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 메모리는 1개의 프레임에 대한 채널 데이터들을 각각 저장시킬 수 있으며, 상기 메모리 제어기는 하나의 메모리에 상기 입력 버퍼의 채널 데이터를 저장시킴과 동시에 다른 메모리에 저장된 채널 데이터를 출력 버퍼로 출력시키는 것을 특징으로 하는 위성 방송 중계기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 디멀티플렉서는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 중계기.
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