KR100567216B1 - 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상등화기를 내장한 중계기 - Google Patents
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Abstract
위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기와 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기가 개시되어 있다. 본 중계기는 수신된 위성 통신 신호의 왜곡된 파형을 보상 등화시키는 페이딩보상 등화기와, 상기 페이딩보상 등화기로부터 수신된 상기 위성 통신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기와, 상기 위성 통신 신호의 전력에 대응하는 파형 데이터를 출력하고, 상기 파형 데이터 중 불요파를 추출하기 위한 스펙트럼 분석기와, 상기 추출된 불요파를 제어하여 상기 전력 증폭기와 페이딩 보상 등화기로 재인입 시키기 위한 불요파 제어부와, 상기 스펙트럼 분석기로부터 출력되는 상기 파형 데이터를 수집하기 위한 파형 데이터 수집부와, 상기 파형 데이터를 사용자 단말기로 전송하기 위한 파형 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전력 증폭기, 혼변조 왜곡성분, 주파수 스윕(Sweep), 주파수 분석기, 페이딩 보상 등화기
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기가 내장된 중계기를 포함하는 위성 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 증폭 장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 프리 디스토션(Pre-distortion) 방식으로 전력 증폭기의 비선형 특성을 제어하는 경우에 제공되는 도 1의 증폭 장치 구성도이다.
도 4는 피드 포워드(Feed-forward) 방식으로 전력 증폭기의 비선형 특성을 제어하는 경우에 제공되는 도 1의 증폭 장치 구성도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 페이딩 보상 등화기를 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 중계기
110 : 위성 통신 신호 수신부
111 : 페이딩 보상 등화기
120 : 증폭 장치
122 : 전력 증폭기
124 : 스펙트럼 분석기
126 : 불요파 제어부
130 : 파형 데이터 수집부
140 : 파형 데이터 전송부
150 : 스펙트럼 분석기
160 : 위성
170 : 사용자 단말기
본 발명은 위성 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위성 통신 신호를 수신하여 중계하는 과정에서 원신호의 왜곡된 형태와 전력 증폭기에서 증폭하는 과정에서 발생하는 혼변조 왜곡신호를 감소시키기 위한 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기에 관한 것이다.
일반적으로, 위성 통신 시스템은 콘텐츠 제공자 또는 서비스 제공자에 의하여 발생되는 위성 통신 신호를 위성을 통하여 사용자의 단말기로 제공한다. 이 때, 위성에서 직접 위성 통신 신호를 제공할 수 없는 지역에 있는 사용자 단말기에 위성 통신 신호를 제공하기 위하여 갭 필러(Gap Filler)라는 위성 통신 시스템 용 중계기를 사용한다. 중계기에서는 소전력의 위성 통신 신호를 증폭하여 안테나로 공급하도록 하는데, 이 때 페이딩 보상 등화기와 고주파용 전력 증폭기가 사용된다. 고주파용 전력 증폭기는 위성 통신 신호를 증폭함과 동시에 혼변조 왜곡 신호(Intermodulation Distortion, 이하 IMD 라 한다)를 포함하는 불요파(Spurious) 신호를 발생시킨다. 따라서, 상기 발생된 불요파 신호를 위성 통신 장비의 규격 또는 전파 관련 법규에서 규정하고 있는 규정치 이하로 감소시켜야 된다. 또한 위성 원래의 신호가 전송과정에서 왜곡된 상태로 변형되었을 때 보상등화시켜야 한다. 이러한 신호왜곡 및 불요파 발생을 억제시키고 또한 모니터 하기 위해서는 시험용 계측기를 중계기에 직접 연결하여야 하는 불편함이 존재하여왔다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프리디스토션(Pre-Distortion) 및 피드 포워드(Feed-Forward)와 같은 여러 가지 선형화 방식을 사용하여 전력 증폭기의 구조적인 문제인 불요파의 발생과 위성에서 전송되는 데이터의 왜곡은 최소화하고, 발생되는 불요파를 정량적으로 측정하여 사용자의 단말기로 불요파를 억제, 보상 및 모니터링 할 수 있도록 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기는 수신된 위성 통신 신호의 왜곡된 파형을 보상 등화시키는 페이딩 보상 등화기; 상기 페이딩보상 등화기로부터 수신된 상기 위성 통신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기; 상기 위성 통신 신호의 전력에 대응하는 파형 데이터를 출력하고, 상기 파형 데이터 중 불요파를 추출하기 위한 스펙트럼 분석기; 상기 추출된 불요파를 제어하여 상기 전력 증폭기로 재인입 시키기 위한 불요파 제어부; 상기 스펙트럼 분석기로부터 출력되는 상기 파형 데이터를 수집하기 위한 파형 데이터 수집부; 및 상기 파형 데이터를 사용자 단말기로 전송하기 위한 파형 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기가 내장된 중계기를 포함하는 위성 통신 시스템의 구성도이다.
위성 방송 콘텐츠 제공자, 위성 방송 서비스 제공자, 또는 이동통신 서비스 제공자에 의해 제공되는 위성 통신 신호를 수신한 위성(160)은 상기 위성 통신 신호를 전송하기 위하여 갭 필러(Gap Filler)라는 중계기(100)를 거쳐 사용자 단말기(170)로 전송한다.
상기 중계기(100)는 위성 통신 신호를 수신하는 위성 통신 신호 수신부(110), 페이딩 영향을 보상하기 위한 페이딩 보상 등화기(111), 수신한 통신 신호의 전력을 증폭하기 위한 증폭 장치(120), 중계기 내부의 데이터 및 상기 증폭 장치(120)로부터 발생된 파형 데이터를 수집하는 파형 데이터 수집부(140) 및 상기 파형 데이터를 사용자 단말기(170)로 전송하기 위한 파형 데이터 전송부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 사용자 단말기(170)의 일 예로는 휴대폰, PDA 등의 이동통신 단말기 및 노트북, 컴퓨터 등을 포함한다.
상기 중계기 내부 데이터의 일 예로는 전력 증폭기를 포함하는 중계기 내부 장치들의 에러 데이터, 및 상기 위성 통신 신호의 수신 에러 데이터를 포함한다.
상기 증폭 장치(120)는 전력 증폭기(122), 스펙트럼 분석기(124), 및 불요파 제어부(126)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 전력 증폭기(122)는 위성 통신 신호의 전력을 증폭하는데 있어 IMD(Intermodulation Distortion, 혼변조 왜곡 성분)가 포함되는 불요파를 발생시킨다. 상기 스펙트럼 분석기(124)는 상기 전력 증폭기(122)에서 증폭된 전력에 대응하는 파형 데이터를 출력하고, 발생된 불요파를 추출한다. 상기 불요파 제어부(126)는 상기 스펙트럼 분석기(124)에서 추출된 불요파를 제어하여 상기 전력 증폭기(122)로 재인입 시킨다.
상기 파형 데이터 수집부(130)는 상기 스펙트럼 분석기(124)로부터 출력되는 상기 파형 데이터를 수집하고, 상기 파형 데이터 전송부(140)를 통하여 상기 파형 데이터를 사용자 단말기(170)로 전송한다.
도 2는 도 1의 증폭 장치를 도시한 구성도이다.
위성 통신 신호 수신부에서 수신한 위성 통신 신호를 증폭 장치(120)의 전력 증폭기(210)로부터 증폭된 전력 중 일부는 커플러(220)에서 출력된다. 상기 커플러(220)로부터 출력된 전력은 감쇄기(230)에서 감쇄되어 믹서(240)로 입력된다. 상기 믹서(240)는 교류 전압 발생기(280)로부터 인입된 기본 교류 전압 파형과 상기 감쇄기(230)로부터 감쇄된 전력에 대응하는 파형을 믹싱(Mixing)하여 중간 주파수를 갖는 소정의 파형을 발생시킨다.
협대역 대역통과 필터(250)는 상기 발생된 중간 주파수 중 특정 주파수를 샘플링하고, 검파기(260)는 상기 샘플링된 특정 주파수를 갖는 파형 중 소정의 진폭 값을 갖는 주파수 신호를 검파한다. 또한, 교류-직류 변환기(270)는 상기 검파기를 통해 출력되는 상기 주파수 신호를 직류 신호로 변환하여 불요파를 추출한다.
추출된 불요파는 신호처리장치(293, Digital Signal Processor, 이하 DSP라 한다) 및 불요파 조절부(295)를 포함하는 불요파 제어부(290)로 인입 된다. 먼저 DSP(293)에서 상기 교류-직류 변환기(270)를 통해 출력된 불요파인 직류 신호의 진폭 값을 저장부에 저장하고, 상기 진폭 값을 기 저장된 진폭 값과 비교한다. 상기 비교 결과를 상기 불요파 조절부(295)로 전송하며, 비교 결과를 수신한 상기 불요파 조절부(295)는 소정의 제어 신호를 상기 전력 증폭기(210)로 출력한다. 동시에 상기 기본 교류 전압 파형을 출력하도록 교류 전압 발생기(280)에 신호를 제공한다.
도 3은 프리 디스토션(Pre-distortion) 방식으로 전력 증폭기의 비선형 특성을 제어하는 경우에 제공되는 도 1의 증폭 장치 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스펙트럼 분석기(300)가 적용된 프리 디스토션(Pre-distortion) 방식의 전력 증폭기(310)의 비선형 특성을 IMD 제어부(320)가 제어한다. 이 때, DSP를 포함하는 상기 IMD 제어부(320)로부터 발생하는 제어 신호는 상기 전력 증폭기(310)의 드라이브 단인 GaAs FET 증폭기의 게이트 및 상기 전력 증폭기(310)의 최종단인 LDMOS FET 증폭기의 게이트로 각각 공급되는 바이어스(Bias) 전압이다. 따라서, 불요파(Spurious)를 최소화하기 위하여 상기 IMD 제어부(320)는 상기 두 증폭기의 위상에 대한 매칭과 상기 GaAs FET 증폭기 및 상기 LDMOS FET 증폭기로 인입되는 바이어스를 조정한다.
도 4는 피드 포워드(Feed-forward) 방식으로 전력 증폭기의 비선형 특성을 제어하는 경우에 제공되는 도 1의 증폭 장치 구성도이다.
스펙트럼 분석기가 피드 포워드(Feed-forward) 방식으로 전력 증폭기(410)의 비선형 특성을 제어하는 경우, 피드 포워드(Feed-forward) 방식의 증폭 장치(120)는 신호 제거부(Signal cancellation part) 및 에러 제거부(Error cancellation part)로 구성된다.
증폭 장치(120)의 외부로 출력되는 IMD를 포함하는 불요파를 최소화하기 위하여, 전력 증폭기(Power Amplifier, 410)에 발생된 불요파의 일부를 커플러(415)에서 추출한 후 일정량을 감소시킨다.
또한, 상기 증폭 장치(120)로 입력되는 통신 신호는 다른 경로인 루프1(Loop 1) 즉, 제1 지연선로를 거쳐 시간지연을 보상한 후 상기 통신 신호와 진폭은 같고 위상은 180도 차이가 나도록 하여 결합기에서 두 신호를 합하면 상기 통신 신호 중 주파수 신호는 결합하여 상쇄되고 불요파 신호만 남게 된다.
상기 불요파 신호의 시간 지연을 루프 2 즉, 제2 지연선로(435)에서 보상한 후 감쇄기(440)와 위상 변환기(445)를 통하여 상기 불요파 신호와 진폭은 같고 위상이 180도 차이가 나도록 에러 증폭기(450)를 사용하여 증폭하여 출력단의 커플러(Canceling Coupler; 470)에서 결합하면 불요파를 제거할 수 있다. 이 때, 발생되는 불요파 성분을 본 발명의 스펙트럼 분석기(400)를 통하여 검출해 내고 가변 진폭감쇄기와 위상 변환기를 통하여 그 진폭과 위상을 조정하여 불요파를 최소화할 수 있다.
증폭 장치(120)의 외부로 출력되는 IMD를 포함하는 불요파를 최소화하기 위하여, 전력 증폭기(Power Amplifier, 410)에 발생된 불요파의 일부를 커플러(415)에서 추출한 후 일정량을 감소시킨다.
또한, 상기 증폭 장치(120)로 입력되는 통신 신호는 다른 경로인 루프1(Loop 1) 즉, 제1 지연선로를 거쳐 시간지연을 보상한 후 상기 통신 신호와 진폭은 같고 위상은 180도 차이가 나도록 하여 결합기에서 두 신호를 합하면 상기 통신 신호 중 주파수 신호는 결합하여 상쇄되고 불요파 신호만 남게 된다.
상기 불요파 신호의 시간 지연을 루프 2 즉, 제2 지연선로(435)에서 보상한 후 감쇄기(440)와 위상 변환기(445)를 통하여 상기 불요파 신호와 진폭은 같고 위상이 180도 차이가 나도록 에러 증폭기(450)를 사용하여 증폭하여 출력단의 커플러(Canceling Coupler; 470)에서 결합하면 불요파를 제거할 수 있다. 이 때, 발생되는 불요파 성분을 본 발명의 스펙트럼 분석기(400)를 통하여 검출해 내고 가변 진폭감쇄기와 위상 변환기를 통하여 그 진폭과 위상을 조정하여 불요파를 최소화할 수 있다.
도5는 본 발명에 적용되는 페이딩 보상 등화기를 도시한 것으로, 위성으로부터 입력되는 위성 통신 신호의 왜곡된 파형을 보상 등화시키게 된다. 보다 상세하게 설명하면, 위성 통신 신호 수신부(110, 도 1 참조)로부터 수신된 위성 통신 신호를 상/하향 컨버터(501, Converter)에서 등화시키기 적당한 소정의 주파수로 변환한 후, 증폭기(502)와 등화기(503)를 동작시켜 상기 위성 통신 신호를 파형을 정 상으로 복구시킨다. 이 때, 상기 증폭기(502)는 등화기(503)에서 발생되는 이득의 증감을 DSP(293)으로부터 전송된 명령에 따라 조절한다.
본 발명에 의한 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기에 의하면, 전력 증폭기를 통해 증폭 정차 고유의 비선형성에 의하여 나타나는 혼변조 왜곡성분(IMD)을 포함하는 불요파 특성을 감시하고, 불요파가 최소화 되도록 제어하는 것이 가능하다. 또한, 증폭 장치의 스펙트럼 분석기로부터 발생되는 파형 데이터를 사용자 단말기로 전송하여 검출된 대역내 주파수 분석결과를 디스플레이 하며, 위성 통신용 중계기를 감시하고 제어하는 중앙 장비 운용 센터에서 기지국이나 중계기를 거치지 않고도 사용자 단말기를 통하여 바로 확인할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (8)
- 수신된 위성 통신 신호의 왜곡된 파형을 보상 등화시키는 페이딩보상 등화기;상기 페이딩보상 등화기로부터 수신된 상기 위성 통신 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기;상기 위성 통신 신호의 전력에 대응하는 파형 데이터를 출력하고, 상기 파형 데이터 중 불요파를 추출하기 위한 스펙트럼 분석기;상기 추출된 불요파를 제어하여 상기 전력 증폭기로 재인입 시키기 위한 불요파 제어부;상기 스펙트럼 분석기로부터 출력되는 상기 파형 데이터를 수집하기 위한 파형 데이터 수집부; 및상기 파형 데이터를 사용자 단말기로 전송하기 위한 파형 데이터 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스펙트럼 분석기는상기 전력 증폭기로부터 수신된 상기 위성 통신 신호의 상기 전력 중 일부를 출력하기 위한 커플러;상기 커플러로부터 출력된 전력을 감쇄하기 위한 감쇄기;외부로부터 인입되는 기본 교류 전압 파형과 상기 감쇄된 전력에 대응하는 파형을 믹싱(Mixing)하여 중간 주파수를 갖는 소정의 파형을 발생시키기 위한 믹서;상기 중간 주파수 중 특정 주파수를 샘플링하기 위한 협대역 대역통과 필터;상기 샘플링된 특정 주파수를 갖는 파형 중 소정의 진폭 값을 갖는 주파수 신호를 검파하기 위한 검파기; 및상기 검파기를 통해 검파된 상기 주파수 신호를 직류 신호로 변환하여 불요파를 추출하기 위한 교류-직류 변환기를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 2 항에 있어서, 상기 불요파 제어부는상기 교류-직류 변환기를 통해 출력된 상기 직류 신호의 진폭 값을 저장수단에 저장하고,상기 진폭 값을 기 저장된 진폭 값과 비교하고,상기 비교 결과에 따라 소정의 제어 신호를 상기 전력 증폭기로 출력하며,동시에 상기 기본 교류 전압 파형을 출력하도록 교류 전압 발생기에 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 3 항에 있어서, 상기 소정의 제어 신호는상기 전력 증폭기의 드라이브 단인 GaAs FET의 게이트 및 상기 전력 증폭기의 최종단인 LDMOS FET의 게이트로 각각 공급되는 바이어스 전압인 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 파형 데이터 수집부는상기 전력 증폭기의 에러 데이터, 및 상기 위성 통신 신호의 수신 에러 데이터를 포함하여 수집하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 사용자의 단말기는 이동통신 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중계기는상기 스펙트럼 분석기로부터 추출된 불요파의 일부를 상기 위성 통신 신호와 결합하여 상쇄시킨 후 발생된 불요파 신호를 소정의 증폭기를 통해 증폭하여 결합하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중계기는상기 전력 증폭기에서 발생된 불요파의 일부를 커플러에서 추출한후 상기 불요파의 전력을 감소시키는 동안 다른 경로인 제1 지연선로를 거쳐 시간지연을 보상한 후, 진폭은 같고 위상은 180도 차이가 나도록 하여 결합기에서 두 신호를 합함으로서 불요파 신호만 남긴 채 주파수 신호는 결합하여 상쇄하며, 상기 불요파 신호를 시간지연을 보상한 후 감쇄기와 위상변환기를 통하여 진폭은 같고 위상이 180도 차이가 나도록 증폭후 출력단의 커플러에서 결합시켜 불요파를 제거하고, 이때 발생되는 불요파 성분을 검출하여 가변 진폭감쇄기와 위상변환기를 통하여 그 진폭과 위상을 조정하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템에서 스펙트럼 분석기 및 페이딩 보상 등화기를 내장한 중계기.
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