KR100572697B1

KR100572697B1 - 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100572697B1
Application number: KR1020040100584A
Authority: KR
Inventors: 유준규; 김병학; 이남경; 오덕길; 이호진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2006-04-24
Also published as: JP2006166397A

Abstract

본 발명은 이동형 위성 통신망에서 개루프(open loop)로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 이동형 단말의 GPS 위치정보와 수신된 위성추적신호의 전력 세기를 이용하여 이동형 단말의 송신 전력을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이동형 단말이 어느 위치에서 초기 접속을 하더라도 현위치에서 송출해야 하는 EIRP 값을 자동으로 결정할 수 있으며, 강우와 같은 환경에서도 강우에 의한 열화를 반영할 수 있는 효과를 제공한다.

이동형 위성 통신, 개루프, 전력 제어

Description

이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신 전력을 제어하는 방법 및 장치{Open Loop Power Control Method and Apparatus for Mobile Satellite System}

도1은 위성의 빔 커버리지를 나타내는 도면.

도2는 본발명의 일실시예에 따른 이동형 단말 블럭 구성도.

도3은 본발명의 일실예에 따른 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 흐름도.

이동형 위성 시스템에서는 이동형 단말과 허브 시스템간에 적응형 전력 제어를 사용할 필요가 있다. TDMA 위성 시스템에서, 전력 제어는 모든 사용자에 대해 연속적으로 성능을 유지시키기 위해 필요하다. 그리고, DS-CDMA 위성 시스템에서, 사용자 상호간에 간섭이 일어날 수 있기 때문에, 정확한 전력 제어는 좋은 성능을 위한 중요한 요소이다.

일반적으로, 폐루프(closed loop) 전력 제어 방법은 고정형 위성 통신 서비스에서 사용된다. 고정형 위성 시스템에서, 단말의 초기 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power)는 단말의 위치를 알 수 있기 때문에 용이하게 결정될 수 있다. 사용자는 단말의 위치 데이터를 이용하여 단말의 기본 EIRP를 설정할 수 있다. 설치후, 단말의 전력 레벨은 폐루프 전력제어 방법에 의해 갱신된다.

그러나, 이동형 위성 시스템에서는 사용자의 단말이 초기에 고정되지 않기 때문에 폐루프 전력 제어 방법은 이동형 위성 시스템에서의 전력제어에 적용하기 곤란하다.

한편, Bean 등은 이동형 위성 시스템에서 개루프로 전력을 제어하는 방법을 제시하고 있다(Bean, N.P. and Casewell, I.I. "Power control in a highly elliptical orbit satellite system", IEE Colloquium, 24 May 1989). Bean 등이 제시한 전력제어 방법에 따르면, 단말이 이동형으로 초기 접속시 사용자가 단말의 위치를 위치 코드를 참조하여 입력하여 초기 접속하면, 중심국(Hub)에서는 이를 고려한 포워드 전력을 결정하여 전송한다. 수신되는 중심국 신호를 측정하여 단말에 서는 이를 고려한 출력 레벨을 결정한다. Bean 등이 제시한 전력 제어방법은 데이터의 지연을 방지할 수 없으며, 특히 강우와 같은 환경에서, 강우에 의한 열화를 반영할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이동형 단말의 GPS 위치정보와 수신된 위성추적신호의 전력 세기를 이용하여 이동형 단말의 송신 전력을 개루프 제어함으로써 강우와 같은 환경에서도 강우에 의한 열화를 반영할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명은 이동형 위성 시스템에서 개루프(open loop)로 이동형 단말의 송신 전력을 제어하는 방법에 있어서, 이동형 단말의 GPS(Global Positioning System) 위치 정보를 수신하는 단계, GPS 위치정보를 이용하여 송신하여야 하는 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power) 값(EIRPcal)을 예측하는 단계, EIRPcal에 해당하는 이득값(GCini)을 정하는 단계, GPS 위치정보를 이용하여 맑은 날을 기준으로 현위치에서 수신하여야 하는 위성추적신호의 수신전력 세기(BCest)를 예측하는 단계, 이동형 단말이 초기 접속시 수신한 위성추적신호의 수신전력 세기(BCini)와 예측된 BCest의 차이값을 GCini에 반영하여 송신할 이득값(GCcur)을 설정하는 단계와 GCcur에 해당하는 EIRP값으로 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 단계로 이루어진다.

또한, 본 발명은 상기 GCcur에 해당하는 EIRP로 이동형 단말의 전력을 송신하는 동안 상기 이동형 단말이 이동하는 경우, 이동형 단말이 이동하는 중에 수신한 위성추적신호의 수신 전력 세기값(BCcur)과 BCini의 차이 값을 GCcur에 반영하여 송신할 이득값(GCcur')을 설정하는 단계와, GCcur'에 해당하는 EIRP값으로 이동형 단말의 전력을 송신하는 단계를 더 포함한다.

이하에서는 본발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 차량, 기차, 선박과 같은 이동형 단말에 적용되는 전력제어 방식으로 다이나믹하게 변화하는 이동형 위성 통신망에서 적용될 수 있도록 개루프(open loop) 형태로 단말의 전력을 제어하는 단말 구조를 제시한다. 이동형 단말 안테나는 능동 안테나로 이동 중에도 위성을 추적할 수 있다. 이 추적 방법은 위성추적 신호로서, 위성의 비콘(beacon) 신호 또는 포워드 링크(forward link) 신호를 사용한다. 포워드 링크 신호는 비콘이 없는 위성에서 비콘 신호 대용으로 사용될 수 있다. 이동형 단말은 이들 신호를 수신하면서 신호의 세기가 최고 강한 방향을 예측하여 위성을 추적하게 된다. 추적용으로 사용되는 비콘 신호나 포워드 링크 신호는 이동형 단말 수신위치에서 어느 정도의 신호레벨이 단말에서 수신될 지 미리 예측할 수 있게 한다.

비콘 신호의 경우는 일정한 전력으로 위성에서 송출하고 있고 커비리지(coverage)는 도1과 같이 위성의 빔(beam) 커버리지와 동일하므로, 단말의 현재 위치를 알면 현 위치에서 맑은 날의 경우 신호의 세기를 예측할 수 있다. 이를 통해 현재 수신되는 신호와 예측된 신호를 비교하면 강우환경에 단말이 위치하여 있는지 맑은 날에 단말이 위치하는지 또한 알 수 있다.

포워드 링크 신호 세기를 이용하여 위치를 추적할 경우에도 포워드 링크신호에서 업링크 신호, 즉 중심국에서 위성으로 전송되는 신호는 UPC(Uplink Power Control)에 의해 항상 일정하게 신호가 송출되도록 조절되므로 이동형 단말은 송신전력을 제어할 때 이 신호를 비콘 신호와 동일하게 이용할 수 있다.

도2는 본발명에 따른 개루프 전력제어를 위한 이동형 단말의 블럭구성도를 나타낸다. 이동형 단말은 위성신호를 수신 및 송신하는 능동 안테나(11), 이동형 단말의 출력 신호를 변조하고 그 세기를 조절하는 데이터 송신 모듈(12), 이동형 단말에서의 모든 신호를 처리 및 연산하는 데이터 처리 모듈(13), 이동형 단말의 위치정보를 수신하는 GPS 처리 모듈(14)로 이루어진다.

능동 안테나(11)는 위성추적신호인 위성의 비콘 신호 또는 포워드링크 신호를 수신하고, 데이터 송신 모듈(12)로부터 이동형 단말의 출력신호를 입력받아 위성에 송신한다.

데이터 송신 모듈(12)은 데이터 처리 모듈(13)로부터 전달된 이득값으로부터, 내재된 이득조절블럭을 통해 송신 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power)를 설정한다.

데이터 처리 모듈(13)은 GPS 처리모듈(14)로부터 수신된 위치 정보로부터, 이동형 단말이 송신하여야 하는 EIRP 값과, 맑은 날을 기준으로 현위치에서 수신하여야 하는 위성추적신호의 수신전력 세기를 계산한다. 데이터 처리 모듈(13)은 상기 계산된 값과, 능동 안테나에서 측정된 초기의 위성추적신호의 수신전력 세기를 이용하여 데이터 송신 모듈(12)에서 송신해야 하는 EIRP를 설정한다.

흐름도인 도3을 참조하여 본 발명의 일시예의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, GPS 처리 모듈(14)로부터 수신된 이동형 단말의 현재 위치 정보가 데이터 처리 모듈(13)에 입력된다(S1).

수신된 이동형 단말의 현재 위치 정보로부터 데이터 처리 모듈(12)은 이동형 단말이 송신하여야 하는 EIRP 값(EIRPcal)을 예측한다(S2). 시스템 개발시 이동형 단말의 위치에 따른 링크 버짓 결과를 저장한 룩업테이블(look-up table)에 대해, GPS 처리 모듈(14)로부터 입력되는 위치정보를 받아 룩업테이블을 참조함으로써 현 위치에서 송신하여야 하는 EIRPcal을 정할 수 있다.

EIRPcal로부터, 데이터 처리 모듈(13)은 EIRPcal 값으로 송신하기 위해 필요한 이득조절블럭의 이득 값(GCini)을 정한다(S3). 데이터 송신 모듈(13)에서 GC=0 인 경우의 EIRP를 EIRPmin이라고 정하면 원하는 EIRP로 송신하기 위해서는 GCini를 더하면 된다.

한편, 데이터 처리 모듈(13)은 GPS 처리 모듈(14)로부터 수신된 이동형 단말의 현재 위치 정보로부터 맑은 날을 기준으로 현위치에서 수신하여야 하는 위성추적 신호의 수신전력 세기(BCest)를 하기식에 의해 계산한다(S4).

상기 수학식1에서 Pr은 맑은 날을 기준으로 이동형 단말의 현위치에서 수신하여야 하는 위성추적신호의 수신전력 세기로서, BCest에 해당한다. R은 위성과 이동형 단말간의 거리, λ는 위성추적신호의 파장, c는 광속(3X10⁸ m/s), f는 위성추적신호의 주파수, P_T는 위성송신전력, G_T는 위성 송신 안테나 이득, G_R는 위성 수신 안테나 이득이다.

능동안테나에서 초기 접속시 수신한 위성추적신호 수신 전력 세기 값(BCini) 정보가 데이터 처리 모듈(13)로 전달되고(S5), 데이터 처리 모듈(13)은 BCest와 BCini 값을 비교하여 두 값의 차이(ΔBC)를 하기 수학식에 의해 계산한다(S6).

데이터 처리 모듈(13)은 S3 단계에서 얻은 GCini에 S6 단계에서 얻은 ΔBC를 하기 수학식에서와 같이 반영하여 데이터 송신 모듈(12)의 이득값(GCcur)을 설정한다(S7).

S7단계에서 설정된 데이터 송신 모듈(12)의 이득값을 바탕으로, 데이터 송신 모듈(12)은 능동 안테나(14)를 통해, 데이터 또는 링크 유지를 위한 신호를 해당 EIRP로 중심국에 송신하다(S8).

한편, 데이터 송신 중에 이동형 단말이 이동하는 경우, 능동안테나에서 수신한 위성추적 신호 수신 전력 세기 값(BCcur) 정보가 데이터 처리 모듈(13)로 전달 되고(S9), 데이터 처리 모듈(13)은 BCcur와 BCini 값을 비교하여 두 값의 차이(ΔBC)를 하기 수학식에 의해 계산한다(S10).

ΔBC = BCini-BCcur

데이터 처리 모듈(13)은 S7 단계에서 얻은 GCcur에 S10 단계에서 얻은 ΔBC를 하기 수학식에서와 같이 반영하여 데이터 송신 모듈(12)의 이득값(GCcur')을 설정한다(S11).

GCcur' = GCcur + ΔBC

S11단계에서 설정된 데이터 송신 모듈(12)의 이득값을 바탕으로, 데이터 송신 모듈(13)은 능동 안테나(14)를 통해, 데이터 또는 링크 유지를 위한 신호를 해당 EIRP로 중심국에 송신하다(S12).상기 S9-S12단계는 이동형 단말이 이동하는 동안 계속하여 이루어진다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

이동형 위성 시스템에서 개루프(open loop)로 이동형 단말의 송신 전력을 제어하는 방법에 있어서,

(a) 상기 이동형 단말의 GPS(Global Positioning System) 위치 정보를 수신하는 단계;

(b) 상기 GPS 위치정보를 이용하여 송신하여야 하는 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power) 값(EIRPcal)을 예측하는 단계;

(c) 상기 EIRPcal에 해당하는 이득값(GCini)을 정하는 단계;

(d) 상기 GPS 위치정보를 이용하여 맑은 날을 기준으로 현위치에서 수신하여야 하는 위성추적신호의 수신전력 세기(BCest)를 예측하는 단계;

(e) 상기 이동형 단말이 초기 접속시 수신한 위성추적신호의 수신전력 세기(BCini)와 상기 예측된 BCest의 차이값을 상기 GCini에 반영하여 송신할 이득값(GCcur)을 설정하는 단계; 및

(f) 상기 GCcur에 해당하는 EIRP값으로 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 단계를 포함하는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 (b)단계의 EIRPcal 예측은 상기 이동형 단말의 위치에 따른 버짓 결과를 저장한 룩업 테이블을 참조함으로써 이루어지는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 위성 추적신호는 위성의 비콘(beacon)신호 또는 포워드 링크(forward link) 신호 중에서 선택된 어느 하나인 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 (d)단계에서의 상기 BCest는 하기 수학식에 의해 산출되는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법.

BCest =

(단, R은 위성과 이동형 단말간의 거리, λ는 위성추적신호의 파장, c는 광속(3X10⁸ m/s), f는 위성추적신호의 주파수, P_T는 위성송신전력, G_T는 위성 송신 안테나 이득, G_R는 위성 수신 안테나 이득)
제1항에 있어서,

상기 (f)단계에서 상기 GCcur에 해당하는 EIRP로 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 동안 상기 이동형 단말이 이동하는 경우,

(g) 상기 이동형 단말이 이동하는 중에 수신한 위성추적신호의 수신 전력 세기값(BCcur)과 상기 BCini의 차이 값을 상기 GCcur에 반영하여 송신할 이득값(GCcur')을 설정하는 단계; 및

(h) 상기 GCcur'에 해당하는 EIRP값으로 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 단계를 더 포함하는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 방법.
이동형 위성 시스템에서 개루프(open loop)로 이동형 단말의 송신 전력을 제어하는 장치에 있어서,

상기 이동형 단말의 GPS(Global Positioning System) 위치 정보를 수신하는 GPS 처리 모듈;

상기 GPS 위치 정보로부터, 송신하여야 하는 EIRP(Equivalent Isotropically Radiated Power) 값(EIRPcal)과 맑은 날을 기준으로 현위치에서 수신하여야 하는 위성추적신호의 수신전력 세기(BCest)를 예측하는 데이터 처리 모듈; 및

상기 이동형 단말의 전력을 능동안테나를 통해 위성으로 송신하는 데이터 송 신모듈을 포함하며,

상기 데이터 처리 모듈은 상기 EIRPcal에 해당하는 이득값(GCini)을 정하고, 상기 이동형 단말이 초기 접속시 수신한 위성추적신호의 수신전력 세기(BCini)와 상기 예측된 BCest의 차이값을 상기 GCini에 반영하여 상기 데이터 송신 모듈의 이득값(GCcur)을 설정하고,

상기 데이터 송신 모듈은 상기 GCcur에 해당하는 EIRP값으로 상기 능동 안테나를 통해 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 장치.
제6항에 있어서,

상기 데이터 처리 모듈은 상기 이동형 단말의 위치에 따른 버짓 결과를 저장한 룩업 테이블을 참조함으로써 상기 EIRPcal을 예측하는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 장치.
제6항에 있어서,

상기 위성 추적신호는 위성의 비콘(beacon)신호 또는 포워드 링크(forward link) 신호 중에서 선택된 어느 하나인 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 장치.
제6항에 있어서,

상기 BCest는 하기 수학식에 의해 산출되는 이동형 위성 시스템에서 개루프로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 장치.

BCest =

(단, R은 위성과 이동형 단말간의 거리, λ는 위성추적신호의 파장, c는 광속(3X10⁸ m/s), f는 위성추적신호의 주파수, P_T는 위성송신전력, G_T는 위성 송신 안테나 이득, G_R는 위성 수신 안테나 이득)
제6항에 있어서,

상기 GCcur에 해당하는 EIRP로 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 동안 상기 이동형 단말이 이동하는 경우,

상기 데이터 처리 모듈은 상기 이동형 단말이 이동하는 중에 수신한 위성추적신호의 수신 전력 세기값(BCcur)과 상기 BCini의 차이 값을 상기 GCcur에 반영하여 송신할 이득값(GCcur')을 설정하고,

상기 데이터 송신 모듈은 상기 GCcur'에 해당하는 EIRP값으로 상기 능동 안테나를 통해 상기 이동형 단말의 전력을 송신하는 이동형 위성 시스템에서 개루프 로 이동형 단말의 송신전력을 제어하는 장치.