KR100534597B1 - 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법 - Google Patents

도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은, 수신한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 따른 이동 단말국에서의 위성신호 지연 시간 변동량을 보상하는, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치에 있어서, 위성으로부터 수신한 아날로그 위성신호를 디지털 위성신호로 복조하기 위한 복조수단; 상기 복조수단에서 복조한 위성신호를 방송신호로 복호하기 위한 복호수단; 상기 복조수단에서 복조한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 의한 주파수 에러를 추정하기 위한 주파수 에러 추정수단; 상기 주파수 에러 추정수단에서 추정한 주파수 에러를 이용하여 이동 방향 및 속도를 산출하고, 상기 산출한 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하기 위한 도플러 쉬프트 변환수단; 상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 클럭 기준값을 통하여 중심국의 클럭을 복원하기 위한 클럭 복원수단; 상기 클럭 복원수단에서 복원한 중심국의 클럭을 이용하여 이동 단말국 자체 클럭 기준값을 생성하기 위한 클럭 기준값 생성수단; 상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 망 동기 관련정보 및 상기 도플러 쉬프트 변환수단에서 변환한 위성신호 지연 시간 변동량을 이용하여 송신 타이밍을 산출하기 위한 송신 타이밍 산출수단; 및 상기 클럭 생성수단에서 생성한 이동 단말국 자체 클럭 기준값 및 상기 송신 타이밍 산출수단에서 산출한 송신 타이밍에 따라 최종 송신 타이밍을 결정하기 위한 송신 타이밍 결정수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 이동 위성통신 시스템 등에 이용됨.

Description

도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법{Apparatus and Method of synchronization using dopler shift}
본 발명은, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 따른 이동 단말국에서의 위성신호 지연 시간 변동량을 보상하는, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에 위성 통신 기술의 발전에 따라 위성을 이용한 다양한 서비스가 사용자에게 제공되고 있다. 예를 들어, 방송국 등에서 제작한 방송 데이터를 중심국의 안테나를 통해 위성으로 송신하여 위성이 방송 데이터를 지상으로 송출함에 따라 버스와 같은 이동체 내에 구비된 셋탑박스(Set-Top Box)(이하, 이동 단말국이라 함)를 통해 수신해 버스에 탑승한 사용자들에게 방송을 시청할 수 있도록 한다.
한편, 상기와 같은 위성 통신 기술에서는 이동 단말국이 이동됨에 따라 중심국과 이동 단말국간에 상호 송수신하는 신호가 동기화되어야 된다.
종래 방식에 따른 위성 통신망에서의 망 동기화 기술로는 중심국이 이동 단말국으로 파일롯 신호를 방송하는 방식, 중심국이 주기적으로 이동 단말국으로 동기워드를 방송하는 방식, 중심국과 이동 단말국간의 폐루프 동기화 방식, 중심국이 순방향 티디엠(TDM ; Time Division Multiplex Stream, 이하 TDM이라 함) 스트림 데이터의 프레임 타이밍을 이용하는 방식 및 중심국이 엠펙-2(MPEG-2) 규약에 정의된 적응 필드 구문을 이용하여 망 동기화 정보를 이동 단말국으로 방송하는 방식이 있다.
상기 중심국이 이동 단말국으로 파일롯 신호를 방송하는 방식은 중심국이 고정밀도의 기준 주파수 발생기를 이용해 파일롯 신호를 생성하여 전용 채널을 통해 이동 단말국으로 방송하면 그에 따라 이동 단말국이 상기 파일롯 신호를 수신해 클럭과 주파수 동기를 맞추는 방식이다.
상기 중심국이 주기적으로 이동 단말국으로 동기워드를 방송하는 방식은 중심국이 정수개의 슬롯으로 구성된 프레임의 주기로 동기워드를 이동 단말국으로 방송하면 그에 따라 이동 단말국이 상기 동기워드를 수신해 주파수 동기를 맞추는 방식이다.
상기 중심국과 이동 단말국간의 폐루프 동기화 방식은 이동 단말국이 국부적으로 발생시킨 송신 데이터 심볼 타이밍 데이터를 중심국으로 송신하면 그에 따라 중심국이 기준 심볼 타이밍 발생기에서 발생하는 타이밍 데이터와 상기 이동 단말국의 송신 데이터 심볼 타이밍 데이터간의 오차를 측정한다. 그런 후, 상기 중심국이 순방향 스트림 데이터에 측정한 오차를 실어서 해당 이동 단말국으로 송신하면 그에 따라 상기 이동 단말국이 수신한 타이밍 오차를 보상해 중심국과 망 동기를 맞추는 방식이다.
상기 중심국이 순방향 TDM 스트림 데이터의 프레임 타이밍을 이용하는 방식은 이동 단말국이 수신한 TDM 스트림 데이터와 프레임 타이밍을 검출해 버스트 데이터의 송신 슬롯 타이밍을 이용하는 방식이다.
상기 중심국이 엠펙-2(MPEG-2) 규약에 정의된 적응 필드 구문을 이용하여 망 동기화 정보를 이동 단말국으로 방송하는 방식은 이동 단말이 수신한 적응 필드 구문의 프로그램 클럭 기준값(PCR; Program Clock Reference)과 원래 프로그램 클럭 기준값과 원래 프로그램 클럭 기준값 영역에 삽입되어 있는 망 동기화 정보를 이용해 중심국과 망 동기를 맞추는 방식이다.
그런데, 상기 같은 종래 기술 중 중심국이 이동 단말국으로 파일롯 신호를 방송하는 방식은 주파수 스펙트럼의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
한편, 중심국이 주기적으로 이동 단말국으로 동기워드를 방송하는 방식은 TDM 스트림 데이터 프레임의 길이가 슬롯 길이의 정수배로 설계되어야만 위성 통신망에서 이용될 수 있으며, 다수개의 TDM 스트림 데이터를 재다중화하는 경우에는 동기워드의 위치가 변경되기 때문에 이용되기가 불가능하다.
한편, 중심국이 순방향 TDM 스트림 데이터의 프레임 타이밍을 이용하는 방식은 상기 중심국이 주기적으로 이동 단말국으로 동기워드를 방송하는 방식과 마찬가지로 TDM 스트림 데이터 프레임의 길이가 슬롯 길이의 정수배로 설계되어야만 위성 통신망에서 이용될 수 있다.
한편, 중심국이 엠펙-2(MPEG-2) 규약에 정의된 적응 필드 구문을 이용하여 망 동기화 정보를 이동 단말국으로 방송하는 방식은 다수개의 엠펙-2 스트림 데이터가 재다중화되어서 망 동기용 패킷의 위치가 변경되더라도 망 동기 기준값과 원래 망 동기 기준값의 차를 이용해 원래 망 동기 패킷의 위치를 찾아 내어서 송수신 슬롯 타이밍이 발생되도록 할 수 있다. 그런데, 이러한 방식은 이동 단말국이 고정되어 있는 경우에는 이용될 수 있으나, 이동 단말국이 이동하는 경우에는 이동 단말국의 이동에 따라 위성신호가 지연되고 그에 따라 위성신호 지연 시간이 생겨서 이동 단말국에서 이용될 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 수신한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 따른 이동 단말국에서의 위성신호 지연 시간 변동량을 보상하는, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치에 있어서, 위성으로부터 수신한 아날로그 위성신호를 디지털 위성신호로 복조하기 위한 복조수단; 상기 복조수단에서 복조한 위성신호를 방송신호로 복호하기 위한 복호수단; 상기 복조수단에서 복조한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 의한 주파수 에러를 추정하기 위한 주파수 에러 추정수단; 상기 주파수 에러 추정수단에서 추정한 주파수 에러를 이용하여 이동 방향 및 속도를 산출하고, 상기 산출한 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하기 위한 도플러 쉬프트 변환수단; 상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 클럭 기준값을 통하여 중심국의 클럭을 복원하기 위한 클럭 복원수단; 상기 클럭 복원수단에서 복원한 중심국의 클럭을 이용하여 이동 단말국 자체 클럭 기준값을 생성하기 위한 클럭 기준값 생성수단; 상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 망 동기 관련정보 및 상기 도플러 쉬프트 변환수단에서 변환한 위성신호 지연 시간 변동량을 이용하여 송신 타이밍을 산출하기 위한 송신 타이밍 산출수단; 및 상기 클럭 생성수단에서 생성한 이동 단말국 자체 클럭 기준값 및 상기 송신 타이밍 산출수단에서 산출한 송신 타이밍에 따라 최종 송신 타이밍을 결정하기 위한 송신 타이밍 결정수단을 포함한다.
한편, 본 발명의 방법은, 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법에 있어서, 위성으로부터 수신한 방송신호를 복조/복호하기 위한 방송신호 복조/복호 단계; 상기 복조한 방송신호에 포함된 클럭 기준값을 통하여 중심국의 클럭을 복원하는 중심국 클럭 복원 단계; 상기 복원한 클럭을 이용하여 자체 클럭 기준값을 생성하는 클럭 기준값 생성 단계; 상기 복호한 방송신호를 통하여 주파수 에러를 추정하는 주파수 에러 추정 단계; 상기 추정한 주파수 에러를 통하여 이동 방향 및 속도를 산출하는 이동 방향 및 속도 산출 단계; 상기 산출한 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하는 위성신호 지연 시간 변동량 변환 단계; 상기 복호한 방송신호에 포함된 위성신호 오차정보 및 상기 변환한 위성신호 지연 시간 변동량을 이용하여 송신 타이밍을 산출하는 송신 타이밍 산출 단계; 및 상기 생성한 자체 클럭 기준값 및 상기 산출한 송신 타이밍에 따라 송신 타이밍을 결정하는 송신 타이밍 결정 단계를 포함한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 이동 단말국 및 중심국을 포함하는 위성 통신망에 대한 일실시예 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 이동 단말국 및 중심국을 포함하는 위성 통신망은, 컨텐츠 제공업체 등이 공급한 패킷 데이터 등을 위성신호로 변환하여 안테나(110)를 통해 위성(200)으로 송출하고, 상기 위성(200)으로부터 수신한 이동 단말국(300)의 위성신호를 패킷 데이터로 변환하여 상기 컨텐츠 제공업체 등으로 전송하기 위한 중심국(100)과, 상기 중심국(100)으로부터 수신한 위성신호를 지상으로 송출하고, 상기 이동 단말국(300)으로부터 수신한 위성신호를 상기 중심국(100)으로 송출하기 위한 위성(200)과, 상기 위성(200)으로부터 수신한 위성신호를 안테나(310)를 통해 수신해 패킷 데이터로 복조하여 티브이 등과 같은 디스플레이기기에 출력하고, 가입자 등이 입력한 신호를 위성신호로 변환하여 안테나(310)를 통해 위성(200)으로 송출하기 위한 이동 단말국(300)을 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치는, 위성(200)에서 송출하는 중심국(100)측의 아날로그 위성신호를 안테나(310)를 통해 수신하기 위한 위성신호 수신부(튜너)(30)와 상기 위성신호 수신부(30)에서 수신한 아날로그 위성신호를 디지털 위성신호로 복조하고, 상기 복조한 디지털 위성신호를 방송신호(예; 엠펙-2 트랜스포트 스트림(MPEG-2 TS; Transport Stream) 데이터)로 복호해 디스플레이기기(도면에 도시되지 않음)에 출력하도록 하기 위한 복조/복호부(31)와, 상기 복조/복호부(31)에서 복조한 디지털 위성신호를 통하여 이동 단말국(300)의 이동에 따라 발생한 도플러 쉬프트에 의한 주파수 에러를 추정하기 위한 주파수 에러 추정부(32)와, 상기 주파수 에러 추정부(32)에서 추정한 주파수 에러를 이용하여 이동 단말국(300)의 이동 방향 및 속도를 산출하고, 상기 산출한 이동 단말국(300)의 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간의 변동량으로 변환하기 위한 도플러 쉬프트 변환부(33)와, 상기 복조/복호부(31)에서 복호한 방송신호에 포함된 클럭 기준값(예; 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터의 적응 필드(Adaptation Field)에 삽입되어 있는 프로그램 클럭 기준값(PCR; Program Clock Reference), 네트워크 클럭 기준값(NCR; Network Clock Reference) 등)을 통하여 중심국(100)에서 발생시킨 클럭을 복원하기 위한 클럭 복원부(34)와, 상기 클럭 복원부(34)에서 복원한 중심국(100)의 클럭을 통하여 이동 단말국 자체 클럭 기준값(PCR, NCR)을 생성하기 위한 클럭 기준값 생성부(35)와, 상기 복조/복호부(31)에서 복호한 방송신호에 포함된 중심국(100)의 PSI/SI 테이블(Program Service Information/Service Information table, 이하, PSI/SI 테이블이라 함)에 저장되어 있는 타임 슬롯 정보 및 송신 타이밍 오차정보와 상기 도플러 쉬프트 변환부(33)에서 변환한 위성신호 지연 시간의 변동량을 이용하여 송신 타이밍을 산출하기 위한 송신 타이밍 산출부(36)와, 상기 클럭 기준값 생성부(35)에서 생성한 이동 단말국 클럭 기준값 및 상기 송신 타이밍 산출부(36)에서 산출한 송신 타이밍에 따라 최종 송신 타이밍을 결정하기 위한 송신 타이밍 결정부(37) 및 상기 송신 타이밍 결정부(37)에서 결정한 송신 타이밍에 따라 이동 단말국(300)에서 발생한 신호를 위성통신에 적합한 신호로 변환해 안테나(310)를 통해 위성(200)으로 송출하기 위한 위성신호 송신부(38)를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 상기 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치와 통신하는 중심국(100)은, 클럭을 발생시키기 위한 클럭 생성부(10)와, 상기 클럭 생성부(10)에서 발생시키는 클럭에 따라 클럭 기준값을 생성하기 위한 클럭 기준값 생성부(11)와, 송신 타이밍 오차정보 산출부(20)에서 산출한 이동 단말국(300)의 송신 타이밍 오차정보 및 타임 슬롯 정보를 포함한 PSI/SI 테이블을 생성하기 위한 PSI/SI 테이블 생성부(12)와, 인터넷을 통하여 컨텐츠 제공업체 등이 공급한 패킷 데이터 등을 위성 통신망에 적합한 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터로 변환하기 위한 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터 생성부(13)와, 상기 클럭 기준값 생성부(11)에서 생성한 클럭 기준값과 상기 PSI/SI 테이블 생성부(12)에서 생성한 PSI/SI 테이블 정보를 상기 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터 생성부(13)에서 생성한 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터의 부가정보 필드에 포함시켜 다중화하기 위한 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터 다중화부(14)와, 상기 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터 다중화부(14)에서 다중화한 데이터를 위성통신에 적합한 위성신호로 변조하기 위한 변조부(15)와, 상기 변조부에서 변조한 위성신호를 안테나(110)를 통하여 위성(200)으로 송출하기 위한 위성신호 송신부(16)와, 위성(200)에서 송출한 이동 단말국(300)측의 위성신호를 안테나(110)를 통하여 수신하기 위한 위성신호 수신부(17)와, 상기 위성신호 수신부(17)에서 수신한 이동 단말국(300)측의 위성신호 복조 시작 시간에 상응하는 수신 타이밍을 생성하기 위한 수신 타이밍 생성부(18) 및 상기 수신 타이밍 생성부(18)에서 생성한 수신 타이밍에 따라 상기 위성신호 수신부(17)에서 수신한 이동 단말국(300)측의 위성신호를 복조하기 위한 복조부(19) 및 상기 복조부(19)에서 복조한 이동 단말국(300)의 송신 타이밍 기준값(Offset)을 통하여 상기 이동 단말국(300)의 송신 타이밍 오차정보를 산출하기 위한 송신 타이밍 오차정보 산출부(20)를 포함한다.
한편, 상기 주파수 에러 추정부(32)는 상기 복조/복호부(31)에서 복조한 디지털 위성신호를 통하여 이동 단말국(300)의 이동에 따라 발생한 도플러 쉬프트에 의한 주파수 에러를 추정한다. 이 때, f0가 실제 위성(200)에서 송출하는 중심국(100)측 위성신호의 주파수이고, f'가 이동 단말국(300)의 이동에 따라 도플러 쉬프트에 의해 지연된 중심국(100)측 위성신호의 주파수라고 하면 주파수 에러 =f0-f'이다.
여기서, 위성(200)에서 송출하는 중심국(100)측 위성신호에는 다양한 환경 요인(기후 등)에 의해 주파수 에러 성분이 포함되어 있을 수 있다. 그러나, 중심국(100)과 위성(200)에서 사용하는 기준 클럭은 매우 안정적이기 때문에 이동 단말국(300)이 온(ON) 또는 웜업(Warm-Up)된 이후에 특정 상태에 도달하게 되면 대부분 위성(200)의 이동 및 이동 단말국(300)의 이동에 따라 주파수 에러 성분이 결정된다. 한편, 위성(200)의 이동 속도는 초속 1.74 미터(m/sec)이므로 이동 단말국(300)의 이동 속도에 비해 매우 작은 값이다. 따라서, 상기 주파수 에러 추정부(32)에서 추정한 주파수 에러는 모두 이동 단말국(300)의 이동에 따라 발생한 도플러 쉬프트에 의한 주파수 에러이다.
상기 도플러 쉬프트 변환부(33)는 주파수 에러 추정부(32)에서 추정한 주파수 에러를 통하여 이동 단말국(300)의 이동 방향 및 속도를 산출하고, 상기 산출한 이동 단말국(300)의 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간의 변동량으로 변환한다. 상기 도플러 쉬프트 변환부(33)에서 이동 단말국(300)의 위성신호 지연 시간의 변동량을 도출하는 과정을 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 이용되는 이동 단말국에서 발생되는 도플러 쉬프트에 대한 일실시예 설명도이다.
이동 단말국(300)의 이동에 따른 도플러 쉬프트 산출식은 다음의 [수학식 1]과 같다.
여기서, f'은 이동 단말국(300)의 이동에 따라 도플러 쉬프트에 의한 주파수를 나타내며, f0는 실제 위성(200)에서 송출하는 중심국 신호의 주파수를 나타내며, v는 실제 위성(200)에서 송출하는 중심국 신호의 속도를 나타내며, vd 는 이동 단말국(300)의 이동 속도를 나타내며, vs는 음원의 이동 속도를 나타낸다.
양방향 이동 위성통신 시스템에서 중심국(100)은 고정되어 있고 이동 단말국(300)이 이동하므로, 상기 [수학식 1]에서 vs=0이며, vd(이동 단말국(300)의 이동 속도)만 계산하면 이동 단말국(300)의 위성(200)에 대한 이동 방향을 산출할 수 있다.
상기 주파수 에러 추정부(32)에서 추정한 주파수 에러 =f0-f'로 나타내어 상기 주파수 에러()를 통하여 상기 [수학식 1]을 정리하면 다음의 [수학식 2]와 같다.
상기 [수학식 2]에서 이동 단말국(300)의 이동 속도 vd는 이다. 따라서, 초 동안의 이동 단말국(300)의 이동 거리 는 이다. 따라서, 이동 단말국(300)의 이동에 따라 발생되는 위성신호 지연 시간 변동량은 다음의 [수학식 3]과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 시간에 'A' 위치에 있던 이동 단말국(300)이 이동하여 시간에 'B' 위치로 이동하는 경우에 위성으로부터의 거리 변동량은 다음의 [수학식 4]와 같다.
상기 도플러 쉬프트 변환부(32)는 상기와 같은 과정을 통해 이동 단말국(300)의 이동에 따라 추정한 위성신호 지연 시간 변동량을 송신 타이밍 산출부(36)로 전달한다.
상기 클럭 복원부(34)는 복조/복호부(31)에서 복호한 중심국(100)측 방송신호에 포함된 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터 형태의 PCR중심국 값(중심국(100)의 프로그램 클럭 기준값)을 복원한다.
상기 이동 단말국(300)의 클럭 기준값 생성부(35)는 상기 클럭 복원부(34)에서 복원한 PCR중심국 값(중심국(100)의 프로그램 클럭 기준값)을 입력받아 27 메가헤르쯔(MHz)의 클럭을 이용하여 자체적으로 발생시킨 PCR이동 단말국 값(이동 단말국(300)의 프로그램 클럭 기준값)의 동기를 맞춘다. 즉, 클럭 기준값 생성부(35)는 종래 엠펙-2 시스템에서 이용하는 방식과 동일하게 클럭을 생성한다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 클럭 복원부(34)에서 복원한 2개의 PCR중심국 값들의 차이값과 자체적으로 발생시킨 2개의 PCR이동 단말국 값의 차이값들을 이용해 각각의 차이값들이 서로 같아지도록 프로그램 클럭 기준값을 동기화시킨다.
- Delta PCR중심국 = (Current PCR중심국_Base - Previous PCR중심국_Base) * 300 + (Current PCR중심국_Ext - Previous PCR중심국_Ext)
- Delta PCR이동 단말국 = (Current PCR이동 단말국_Base - Previous PCR이동 단말국_Base) * 300 + (Current PCR이동 단말국_Ext - Previous PCR이동 단말국 _Ext)
여기서, 정확히 주파수가 맞는 경우( Delta PCR중심국 = Delta PCR이동 단말국)에는 클럭을 조정할 필요가 없으며, 정확히 주파수가 맞지 않는 경우(Delta PCR중심국 ≠ Delta PCR이동 단말국)에는 VCXO(도면에 도시되지 않음) 등의 콘트롤 전압(Control Voltage)을 조정하여 주파수를 맞춰서 클럭을 동기화시킨다.
상기 송신 타이밍 산출부(36)는 복조/복호부(31)에서 복호한 방송신호에 포함된 PSI/SI 테이블에 저장되어 있는 중심국(100)이 이동 단말국(300)에게 기 할당한 타임 슬롯을 확인한다. 그런 후, 상기 송신 타이밍 산출부(36)는 복조/복호부(31)에서 복호한 방송신호에 포함된 PSI/SI 테이블에 저장되어 있는 중심국(100)의 송신 타이밍 오차정보를 통하여 이동 단말국(300)에서 중심국(100)으로 기 송신했던 신호에 대한 송신 타이밍 오차를 보정함과 아울러 상기 도플러 쉬프트 변환부(33)에서 변환한 위성신호 지연 시간의 변동량을 보상해 다음 송신 신호를 위한 송신 타이밍을 산출한다.
예를 들어, 중심국(100)에서 '1000'이라는 시점에 신호를 전송하라고 이동 단말국(300)에게 타임 슬롯을 할당한 경우에 이동 단말국(300)이 이동함에 따라 이동 단말국(300)과 중심국(100)간에 위성신호 지연 시간이 '10'만큼 증가되었다고 하자. 그러면, 송신 타이밍 산출부(36)는 중심국(100)이 할당한 시간에 이동 단말국(300)의 송신 신호가 중심국(100)에 도달되도록 하기 위해 실제적으로 할당받은 '1000' 이라는 시점이 아닌 위상 지연 시간이 고려된 '990'이라는 시점에 신호가 송신되도록 송신 타이밍을 산출한다.
한편, 상기 중심국(100)의 클럭 기준값 생성부(11)는 프로그램 클럭 기준값을 생성한다. 여기서, 상기 프로그램 클럭 기준값은 엠펙-2 전송 규격에 정의된 값으로서, 엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터의 적응 필드(Adaptation Field)에 삽입되어 주기적으로 이동 단말국(300)으로 전송된다.
상기 송신 타이밍 오차정보 산출부(20)는 복조부(19)에서 복조한 이동 단말국(300)의 신호에 포함된 버스트 데이터 시작 정보(Preamble)의 유니크 워드(Unique Word)를 검출하여 상기 유니크 워드를 검출한 시간이 이동 단말국(300)의 송신 타이밍과 어느 정도의 오차가 있는지를 산출한다.
그런 후, 상기 송신 타이밍 오차정보 산출부(20)는 상기 산출한 이동 단말국 송신 타이밍의 오차정보를 PSI/SI 테이블 생성부(12)로 전달한다. 그러면, 상기 PSI/SI 테이블 생성부(12)는 상기 전달받은 이동 단말국 송신 타이밍의 오차정보를 PSI/SI 테이블에 삽입하여 이동 단말국(300)측으로 전송하도록 한다. 이러한 송신 타이밍 오차정보 산출부(20)는 이동 단말국(300)측으로부터 수신한 모든 신호에 대해서 송신 타이밍 오차정보를 산출하여 이동 단말국(300)측으로 송신 타이밍 오차정보를 전송하도록 한다. 여기서, 이동 단말국(300)이 망 동기를 획득해 송신 타이밍에 따라 신호를 중심국(100)으로 송신하는 경우에 다른 환경 요인(예; 강우 등)에 의해 이동 단말국(300)의 송신 타이밍에 오차가 발생될 수 있으므로 중심국(300)에서 수신한 이동 단말국(300)의 송신 타이밍 오차정보를 산출하여 이동 단말국(300)으로 전송한다. 그러면, 이동 단말국(300)은 송신 타이밍 오차정보를 통하여 다음 신호를 위한 송신 타이밍을 보정한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 중심국(100)이 클럭 기준값(PCR) 및 타임 슬롯 정보(PSI/SI 테이블)를 생성한다(400).
그런 후, 상기 중심국(100)이 생성한 클럭 기준값 및 타임 슬롯 정보를 기 생성한 방송신호(엠펙-2 트랜스포트 스트림 데이터)에 삽입하여 다중화한다(401).
그런 후, 상기 중심국(100)이 다중화한 방송신호를 위성(200)을 통하여 이동 단말국(300)측으로 전송한다(402).
그러면, 상기 이동 단말국(300)이 위성(200)을 통하여 상기 중심국(100)의 방송신호를 수신한다(403).
이 후, 상기 이동 단말국(300)이 수신한 방송신호를 복조 및 복호한다(404).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 복호한 방송신호에 포함된 클럭 기준값을 통하여 중심국(100)의 클럭을 복원한다(405).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 복원한 클럭을 이용하여 자체 클럭 기준값(이동 단말국(300)의 PCR)을 생성한다(406).
한편, 상기 이동 단말국(300)이 상기 '404' 과정에서 복조한 방송신호를 통하여 주파수 에러를 추정한다(407).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 상기 추정한 주파수 에러를 통하여 이동 단말국(300)의 이동 방향 및 속도를 산출한다(408).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 상기 산출한 이동 방향 및 속도를 위성 신호 지연 시간의 변동량으로 변환한다(409).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 상기 '404' 과정에서 복호한 방송신호에 포함된 타임 슬롯 정보 및 상기 변환한 위성신호 지연 시간의 변동량을 통하여 송신 타이밍을 산출한다(410).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 상기 '406' 과정에서 생성한 자체 클럭 기준값 및 상기 산출한 송신 타이밍에 따라 최종 송신 타이밍을 결정한다(411).
그런 후, 상기 이동 단말국(300)이 상기 결정한 최종 송신 타이밍에 따라 이동 단말국(300)의 신호를 위성(200)을 통하여 중심국(100)측으로 전송한다(412).
그러면, 상기 중심국(100)이 위성(200)을 통하여 이동 단말국(300)의 신호를 수신한다(413).
이 후, 상기 중심국(100)이 상기 이동 단말국(300)의 신호 복조를 위한 수신 타이밍을 생성한다(414).
그런 후, 상기 중심국(100)이 생성한 수신 타이밍에 따라 이동 단말국(300)의 신호를 복조한다(415).
그런 후, 상기 중심국(100)이 복조한 신호에 포함된 송신 타이밍 기준값을 통하여 상기 이동 단말국(300)의 송신 타이밍 오차정보를 산출한다(416).
이 후, 상기 중심국(100)이 산출한 이동 단말국(300)의 송신 타이밍 오차정보를 위성(200)을 통하여 상기 이동 단말국(300)측으로 전송한다(417).
그러면, 상기 이동 단말국(300)이 위성(200)을 통하여 상기 중심국(100)의 송신 타이밍 오차정보를 수신한다(418).
이 후, 상기 이동 단말국(300)이 상기 수신한 송신 타이밍 오차정보를 보상하여 다음 신호 전송을 위한 송신 타이밍을 산출한다(419).
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 수신한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 따른 이동 단말국에서의 위성신호 지연 시간 변동량을 보상하여 송신 타이밍을 결정함으로써, 이동 단말국의 이동에 상관없이 안정적으로 망 동기를 획득할 수 있을 뿐만 아니라 위성 통신망에 쉽게 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 이동 단말국 및 중심국을 포함하는 위성 통신망에 대한 일실시예 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치에 대한 일실시예 구성도.
도 3은 본 발명에 이용되는 이동 단말국에서 발생되는 도플러 쉬프트에 대한 일실시예 설명도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법에 대한 일실시예 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
30 : 위성신호 수신부 31 : 복조/복호부
32 : 주파수 에러 추정부 33 : 도플러 쉬프트 변환부
34 : 클럭 복원부 35 : 클럭 기준값 생성부
36 : 송신 타이밍 산출부 37 : 송신 타이밍 결정부
38 : 위성신호 송신부

Claims (8)

  1. 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치에 있어서,
    위성으로부터 수신한 아날로그 위성신호를 디지털 위성신호로 복조하기 위한 복조수단;
    상기 복조수단에서 복조한 위성신호를 방송신호로 복호하기 위한 복호수단;
    상기 복조수단에서 복조한 위성신호를 통하여 도플러 쉬프트에 의한 주파수 에러를 추정하기 위한 주파수 에러 추정수단;
    상기 주파수 에러 추정수단에서 추정한 주파수 에러를 이용하여 이동 방향 및 속도를 산출하고, 상기 산출한 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하기 위한 도플러 쉬프트 변환수단;
    상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 클럭 기준값을 통하여 중심국의 클럭을 복원하기 위한 클럭 복원수단;
    상기 클럭 복원수단에서 복원한 중심국의 클럭을 이용하여 이동 단말국 자체 클럭 기준값을 생성하기 위한 클럭 기준값 생성수단;
    상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 망 동기 관련정보 및 상기 도플러 쉬프트 변환수단에서 변환한 위성신호 지연 시간 변동량을 이용하여 송신 타이밍을 산출하기 위한 송신 타이밍 산출수단; 및
    상기 클럭 생성수단에서 생성한 이동 단말국 자체 클럭 기준값 및 상기 송신 타이밍 산출수단에서 산출한 송신 타이밍에 따라 최종 송신 타이밍을 결정하기 위한 송신 타이밍 결정수단
    을 포함하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도플러 쉬프트 변환수단은,
    상기 산출한 이동 방향 및 속도를 다음과 같은 [수학식]을 이용하여 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하는 것을 특징으로 하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치.
    (여기서, f0는 위성에서 송출하는 위성신호의 주파수, f'은 이동에 따라 도플러 쉬프트에 의한 주파수, =f0-f'는 주파수 에러, v는 위성에서 송출하는 위성신호의 속도, 는 이동 시간)
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 송신 타이밍 산출수단은,
    상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 기 할당된 타임 슬롯을 확인한 후에 상기 복호수단에서 복호한 방송신호에 포함된 송신 타이밍 오차정보를 통하여 기 송신했던 신호에 대한 송신 타이밍 오차를 보정함과 아울러 상기 도플러 쉬프트 변환수단에서 변환한 위성신호 지연 시간의 변동량을 보상해 다음 송신 신호를 위한 송신 타이밍을 산출하는 것을 특징으로 하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중심국은,
    상기 이동 단말국측으로부터 위성신호를 수신함에 따라, 상기 이동 단말국의 송신 타이밍 오차정보를 지속적으로 산출한 후에 상기 산출한 송신 타이밍 오차정보를 방송신호에 포함시켜 상기 이동 단말국측으로 지속적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중심국은,
    상기 이동 단말국측으로부터 위성신호를 수신함에 따라, 상기 이동 단말국의 위성신호에 포함된 버스트 데이터 시작 정보(Preamble)의 유니크 워드(Unique Word)를 검출한 시간과 이동 단말국의 송신 타이밍을 비교해 상기 이동 단말국의 송신 타이밍 오차정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 장치.
  6. 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법에 있어서,
    위성으로부터 수신한 방송신호를 복조/복호하기 위한 방송신호 복조/복호 단계;
    상기 복호한 방송신호에 포함된 클럭 기준값을 통하여 중심국의 클럭을 복원하는 중심국 클럭 복원 단계;
    상기 복원한 클럭을 이용하여 자체 클럭 기준값을 생성하는 클럭 기준값 생성 단계;
    상기 복조한 방송신호를 통하여 주파수 에러를 추정하는 주파수 에러 추정 단계;
    상기 추정한 주파수 에러를 통하여 이동 방향 및 속도를 산출하는 이동 방향 및 속도 산출 단계;
    상기 산출한 이동 방향 및 속도를 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하는 위성신호 지연 시간 변동량 변환 단계;
    상기 복호한 방송신호에 포함된 망 동기 관련정보 및 상기 변환한 위성신호 지연 시간 변동량을 이용하여 송신 타이밍을 산출하는 송신 타이밍 산출 단계; 및
    상기 생성한 자체 클럭 기준값 및 상기 산출한 송신 타이밍에 따라 최종 송신 타이밍을 결정하는 송신 타이밍 결정 단계
    를 포함하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위성신호 지연 시간 변동량 변환 단계는,
    상기 산출한 이동 방향 및 속도를 다음과 같은 [수학식]을 이용하여 위성신호 지연 시간 변동량으로 변환하는 것을 특징으로 하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법.
    (여기서, f0는 위성에서 송출하는 위성신호의 주파수, f'은 이동에 따라 도플러 쉬프트에 의한 주파수, =f0-f'는 주파수 에러, v는 위성에서 송출하는 위성신호의 속도, 는 이동 시간)
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 송신 타이밍 산출 단계는,
    상기 복호한 방송신호에 포함된 기 할당된 타임 슬롯을 확인하는 단계;
    상기 복호한 방송신호에 포함된 송신 타이밍 오차정보를 통하여 기 송신했던 신호에 대한 송신 타이밍 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 변환한 위성신호 지연 시간의 변동량을 보상하는 단계
    를 포함하는 도플러 쉬프트를 이용한 망 동기화 방법.
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