KR100646852B1

KR100646852B1 - 재동기화를 이용하는 양방향위성통신시스템에서의클럭동기장치 및 그 방법과 이를 적용한양방향위성통신시스템

Info

Publication number: KR100646852B1
Application number: KR1020040103729A
Authority: KR
Inventors: 정훈; 오덕길
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-11-23
Also published as: KR20060065024A

Abstract

본 발명은 양방향위성통신시스템에 관한 것으로, 특히, 순방향링크로 DVB-S 규격을 따르며, 역방향링크의 다중접속방식으로 TDMA를 사용하여 고속의 데이터통신을 가능하게 하는 양방향위성통신시스템 단말국의 구축에 있어 일반 상용 DVB-S수신카드를 이용하여 안정적인 클럭 복원을 유지하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법은 DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터를 버퍼에 저장하는 단계; 수신데이터 클럭을 안정적으로 복원하는 단계; 상기 수신데이터 클럭을 안정적으로 복원하기 위해 DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터의 시작점을 검출하여 시작점 사이에 발생되는 버퍼 클럭의 수를 소정 값과 비교하는 단계; 상기 비교결과를 평균하는 단계;디지털루프필터를 이용하여 상기 평균값을 필터링하는 단계를 포함한다.

DVB-RCS, RCST, 위성시스템, 양방향 위성 통신 시스템, 망동기

Description

재동기화를 이용하는 양방향위성통신시스템에서의 클럭동기장치 및 그 방법과 이를 적용한 양방향위성통신시스템{Method and apparatus for synchronizing clock using resynchronization in interactive satellite system, and interactive satellite system using thereof}

도 1은 본 발명에 사용되는 중심국과 단말국의 구성을 개략적으로 보여주는 도면,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재동기화 방법을 통한 클럭동기를 행하는 도 1에 도시된 재동기화 및 클럭 복원부의 구조를 보여주는 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MPEG2 재동기화부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PCR Clock 복원부의 개략적인 구조를 보여주는 도면이다.

종래의 위성 통신 시스템에서는 동기식 통신을 위한 동기 방법은 다음의 세가지가 있다. 먼저, 파일롯 신호를 중심국에서 단말국들로 방송하는 방법과, GPS와 같은 별도의 타이밍 발생모듈을 사용하는 방법과, MPEG-2 시스템 규격에서 정되된 적응필드구문을 이용하여 망동기 정보를 모든 단말국들에게 방송하는 방법들이 이용되고 있다.

첫째, 파일롯 신호를 이용하는 방법은 중심국에서 고정밀도의 기준 주파수 발생기를 이용해 파일롯 신호를 만들어 전용채널을 통해 방송하면, 각 단말국들은 이 파일롯 신호를 수신하여 클럭과 타이밍동기를 확립하는 방법이다. 둘째, GPS 모듈을 사용하는 방식은 중심국과 단말국 모두 GPS 모듈을 이용하여 GPS 모듈에서 출력되는 시간 정보와 PPS 정보를 이용하여 클럭과 타이밍동기를 맞추는 방법이다. 그리고, 마지막 MPEG-2 시스템 규격에서 정의된 적응필드구문을 이용하여 망동기 정보를 모든 단말국들에게 방송하는 방법은, 각 단말국들의 상기 적응필드 구문의 프로그램 클럭 기준값과 원 프로그램 클럭 기준값과 원 프로그램 클럭 기준값 영역 에 삽입되어 있는 망동기 정보를 이용해 중심국과 단말국간 클럭과 타이밍동기를 지속적으로 유지 하기 위한 방법이다.

상술한 방법들 중, 파일롯 신호를 이용한 방법은 주파수 스펙트럼의 효율을 저하시킨다. GPS와 같은 별도의 타이밍 발생모듈을 사용하는 방법은 안정적이며 정확한 타이밍을 제공할 수 있으나 별도의 모듈을 사용함으로 생산단가가 상승하게 된다.

그리고, 마지막으로 MPEG-2 시스템 규격에서 정의된 적응필드구문을 이용하여 망동기 정보를 모든 단말국들에게 방송하는 방법은 다수개의 MPEG-2 스트림의 재다중화되어 망동기용 패킷의 위치가 변경되더라도 망동기 기준값과 원 망동기 기준값의 차를 이용하여 원래의 망동기 패킷 위치를 찾아내어 송수신 슬롯타이밍을 발생하도록 설계되어 있다. 그러나 MPEG-2 시스템 규격에서 정의된 적응필드구문을 이용하여 망동기 정보를 모든 단말국들에게 방송하는 방법에 있어 상용 DVB-S 수신카드를 사용하는 경우에는 MPEG2 시스템 규격에서 요구하는 규격과 리턴링크로 TDMA를 사용하는 양방향 위성 시스템에서 요구하는 규격이 달라 안정적인 클럭과 타이밍 생성에 문제가 발생된다.

따라서, 상술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 상용 DVB-S 수신카드를 사용하여서도 안정적인 클럭 복원을 가능하게 하여 GPS와 같은 별도의 위치추 적 및 클럭 생성시스템을 사용하지 않고도, 상용 수신카드에서 출력되는 MPEG2-TS 데이터를 버퍼에 저장하고 복원된 수신 클럭으로 이를 출력하여 사용함으로써 위성채널과 상용 DVB-S 수신카드에서 발생되는 지터 성분을 제거하여 안정적인 클럭 동기를 이루는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장치는,

양방향위성통신시스템의 단말국에서 클럭동기장치로서,
단말국으로부터 신호를 수신하여 타이밍 오프셋을 계산하는 중심국 수신부와, 상기 타이밍 오프셋을 참조하여 MPEG2-TS 패킷을 생성하는 중심국 송신부와, 수신된 MPEG2-TS 패킷을 버퍼에 저장하고, 수신 데이터 클럭을 복원하여 안정적인 클럭으로 버퍼에 저장된 데이터를 읽음으로서, 많은 지터 성분들을 제거하는 단말국을 포함한다.

삭제

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은,
DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터를 버퍼에 저장하는 단계; 상기 DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터의 시작점을 검출하여 시작점 사이에 발생되는 버퍼 클럭의 수를 소정 값과 비교하는 단계; 상기 비교결과를 평균하고, 디지털루프필터를 이용하여 상기 평균값을 필터링하여 상기 버퍼에 저장된 MPEG2 패킷데이터를 읽어내기 위한 수신데이터 클럭을 제공하는 단계; 및 상기 수신데이터 클럭에 따라 상기 버퍼에 저장된 MPEG2 패킷을 출력하고, 출력되는 MPEG2패킷으로부터 PCR값을 추출하는 단계;를 포함한다.

삭제

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

역방향링크의 다중접속방식으로 TDMA를 사용하는 양방향위성통신시스템에서는 순방향링크로 주어지는 PCR(Program Clock Reference)값을 포함하는 MPEG2-TS 패킷을 이용하여 역방향링크를 위한 기준클럭의 복원과 절대적인 기준 시간 정보를 획득하여야한다. 그러나 상용 DVB-S 수신카드는 일반적인 MPEG2-TS 시스템의 PCR 규격만을 만족시키며 이는 TDMA를 이용하여 고속의 데이터통신을 가능하게 하는 역방향링크에 적용하기에는 적합하지 않는 규격이다. 따라서 이러한 상용 DVB-S수신카드를 사용하여 TDMA를 역방향링크로 하는 시스템을 구축하기 위해서는 수신되는 MPEG2-TS 데이터에 대한 안정화가 추가적으로 요구된다. 이러한 제약을 해결하기 위한 본 발명의 기본적인 원리는 수신된 MPEG2-TS 데이터에 대한 안정화를 위하여 수신된 MPEG2-TS 패킷을 버퍼에 저장하고 수신 데이터 클럭을 복원하여 안정적인 클럭으로 버퍼에 저장된 데이터를 읽음으로써 많은 지터 성분들을 제거하는 것이다. 이와 같은 본 발명의 원리에 따라 상용 DVB-S 수신카드에서 출력되는 MPEG2-TS 데이터를 버퍼에 저장하여 위성 채널과 수신카드에서 발생되는 지터성분들을 제거함으로서, 안정적인 클럭복원이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 사용되는 중심국과 단말국의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 중심국의 송신부 200은, 초기 망동기 획득을 위한 PCR값 생성부 230과 타임슬롯(Time Slot; TS)에 대한 정보를 나타내는 Table을 생성하는 Table 생성부 220을 포함한다. 그리고, 상기 중심국의 수신부 100은 단말국에서 송신되어지는 신호의 복조를 위해 수신타이밍을 생성하는 수신타이밍 생성부 110과, 상기 수신타이밍 생성부 110에서 주어지는 타이밍을 기준으로 단말국에서 주어지는 신호의 타이밍 Offset을 계산하여 이를 상기 Table생성부 220으로 전달하는 수신데이터 복조부 120을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 중심국의 수신부 100은 안테나를 통해 고주파 신호를 수신하는 RF 수신부 130을 더 포함한다. 그리고, 상기 중심국의 송신부 200은, MPEG-2 타임슬롯을 생성하는 MPEG-2 TS생성부 210과, 상기 PCR 생성부 230으로 클럭을 제공하는 클럭생성부 240과, 상기 MPEG-2 TS생성부에 의해 생성되는 MPEG-2 TS를 재다중화하는 MPEG-2 TS 재다중화부 260 및 이를 변조하여 고주파 신호로 송신하기 위한 변조 및 RF 송신부 250을 더 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 단말국 300은 상기 중심국의 송신부 200으로부터 송신되어지는 신호를 수신하는 튜너부 310과, 이를 복조 및 복호하는 복조 및 복호부 320과, 수신된 MPEG2 데이터를 버퍼에 저장하고 수신된 데이터 클럭을 복원하여 출력하는 재동기화부 330 및 클럭복원부340과 복원된 클럭을 입력받아 단말의 자체 PCR값을 생성하는 단말PCR생성부 370과, 주어진 Table정보를 바탕으로 송신타이밍 정보를 계 산하는 데이터처리부 250과, 상기 데이터처리부 250에서 주어지는 데이터에 기준하여 송신타이밍을 생성하는 송신타이밍생성부와, 생성된 송신타이밍에 따라 데이터를 송신히는 데이터 송신부 380을 포함하여 구성된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재동기화 방법을 통한 클럭동기를 행하는 상기 도 1에 도시된 재동기화 및 클럭 복원부의 구조를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 재동기화부 330 및 클럭복원부 340은, 상용 DVB-S수신기에서 입력되는 MPEG2 데이터를 버퍼에 저장하고, 이중, 수신된 데이터 클럭을 복원하여 출력하는MPEG2 재동기화블록과, 상기 재동기화블록에서 주어지는 MPEG2 데이터중 클럭복원에 사용되는 PCR값만을 뽑아내 중심국 송신부의 PCR Clock을 복원하는 PCR Clock 복원블록으로 구성된다.

도 3은 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MPEG2 재동기화부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 MPEG2 재동기화부 330은, 상용 DVB-S 수신기에서 출력되는 MPEG2데이터와 데이터 클럭인 RCLK를 입력으로 받아들이며, 이를 바탕으로 FIFO 331에 MPEG2 데이터를 저장한다. 이렇게 저장된 MPEG2 데이터는 안정적으로 복원된 수신데이터 클럭을 사용하여 PCR Clock 복원부로 340으로 MPEG2 데이터를 출력하는 기능을 수행한다. 따라서, PCR Clock 복원부 340의 안정적인 동작을 위해서는 안정적인 수신 데이터 클럭의 복원이 요구된다. 안정적인 수신 데이터 클럭의 복원은 MPEG2-TS 패킷이 항상 188Byte의 크기를가지는 것과 패킷에 항상 일정한 패턴의 데이터를 가지는 것을 이용하여 복원될 수 있다. 입력되는 MPEG2-TS 데이터 중 0x47값은 MPEG2-TS 패킷의 시작을 나타내며, 이들 MPEG2-TS 패킷의 시작점 사이에는 항상 188개의 Byte 클럭이 생성되도록 하면 안정적인 클럭의 복원이 가능하게 된다. 패킷시작점 검출기 332는 이러한 원리를 이용하여 패킷의 시작점을 검출한다. 오차 검출기 333은 MPEG2-TS 패킷의 시작점 사이에 발생되는 FIFO Read 클럭의 수가 188보다 크거나 작은지 판별하는 기능을 수행한다. 그리고 오차 평균기 334는 상기 오차 검출기 333에서 출력되는 오차 정보를 N회 평균하여 안정적인 클럭의 생성을 가능하게 한다. 또한, 안정적인 수신 데이터 클럭의 복원을 위하여 디지털 루프 필터 335가 사용된다. 상기 디지털 루프 필터 335는 2차 IIR 필터로 지터에 강한 수신 데이터 클럭의 복원이 가능하다. 위성채널과 상용 DVB-S 수신기에서 발생가능한 지터의 범위가 ±80ns ~ ±500ns 의 범위에 있는 경우에는 하기 <수학식 1>과 같은 2차 IIR 필터를 사용하면 100개의 MPEG2-TS 패킷이내에서 안정적인 수신데이터 클럭의 복원이 가능하게 된다. 상기 디지털루프 필터 335의 출력은 DA컨버터 336에 의해 아날로그 신호로 변환되고, 저역통과 필터인 LPF 337에 의해 필터링 된다. 이후, 전압제어발진기 VCXO 338에 의해 FIFO Read Local 클록으로 제공된다.

도 4를 참조하면, 상기 PCR Clock 복원부 340은 MPEG2 재동기화부 330에서 주어지는 MPEG2-TS 패킷과 복원된 수신 데이터 클럭을 바탕으로 상기 중심국 송신부 200에서 PCR 생성에 사용된 27MHz 클럭을 복원하는 기능을 수행한다. PCR Clock 복원부 340은 일반적인 PCR을 기준으로 한 클럭의 복원 방법을 따른다. 일반적인 PCR을 기준으로 한 클럭의 복원방식은 아래와 같다. PCR-DEMUX 341은 MPEG2 재동기화 블록에서 주어지는 데이터중 PCR값을 포함하는 데이터만을 추출하며, 오차검출기 342는 이를 이용하여 자체 27MHz 클럭(27MHz VCXO 347에서 발생)을 이용하여 자체적으로 발생시킨 PCR 값과 비교하여 동기를 맞춘다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 PCR Clock 복원블록에서 복원한 2개의 PCR중심국 값들의 차이값과 자체적으로 발생시킨 2개의 PCR 값의 차이값들을 이용해 각각의 차이값들이서로 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. 또한, 상기 MPEG2재동기화부 330과 마찬가지로, 상기 PCR Clock복원부 340역시, 안정적인 클럭의 생성 및 복원을 위해, 오차 평균기 334, 디지털루프 필터 335를 포함하며, 디지털 루프 필터 335의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 DAC 336, 저역통과필터 LPF 337을 더 포함하여 구성된다.

따라서, 본 발명은 순방향링크로 DVB-S 규격을 따르며 역방향링크의 다중접속방식으로 TDMA를 사용하는 양방향위성통신시스템 단말국의 구축에 있어 일반 상용 DVB-S수신카드를 사용하는 경우, DVB-S 수신카드의 출력MPEG2데이터가 MPEG2 시스템 규격에서 요구하는 규격만을 따름으로 리턴링크로 TDMA를 사용하는 양방향 위성 시스템에서 요구하는 규격이 달라 안정적인 클럭복원에 발생되는 문제점을 해결할수 있다. 즉, DVB-S 수신카드의 출력을 버퍼링하고 수신데이터 클럭을 복원함으로 보다 안정적인 PCR 기반의 클럭복원을 가능하게 하여 안정적인 위성양방향 통신환경을 제공한다.

위에서 양호한 실시 예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시 예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위 뿐만 아니라, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 상용 DVB-S 수신카드를 이용하여 양방향위성통신시스템 단말국의 구성시 발생되는 PCR기반의 기준클럭복원에 대한 문제점을 수신카드에서 출력되는 데이터를 버퍼에 한번 저장하여 다시 출력함으로써 안정화시켜 안정적인 기준클럭복원을 가능하게 한다.

Claims

양방향 위성통신 시스템으로서,

단말국으로부터 신호를 수신하여 타이밍 오프셋을 계산하는 중심국 수신부와,

상기 타이밍 오프셋을 참조하여 MPEG2-TS 패킷을 생성하는 중심국 송신부와,

수신된 MPEG2-TS 패킷을 버퍼에 저장하고, 수신 데이터 클럭을 복원하여 안정적인 클럭으로 버퍼에 저장된 데이터를 읽음으로서, 많은 지터 성분들을 제거하는 단말국을 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향위성통신시스템.
제1항에 있어서, 상기 중심국의 송신부는,

안정화된 시스템의 기준클럭을 제공하는 클럭생성부;

상기 클럭생성부의 클럭을 입력받아, 양방향 위성통신시스템의 기준이 되는 PCR값을 생성하는 PCR생성부;

외부 인터넷망에서 주어지는 신호를 이용하여 MPEG-2스트림을 변화하는 MPEG -TS생성부;

MPEG 스트림을 재다중화하는 MPEG-2 TS재다중화부;

MPEG-2스트림을 변조 및 고주파 신호로 변환하는 변조 및 RF 송신부를 포함함을 특징으로 하는 양방향위성통신 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 중심국의 수신부는,

단말국으로부터 송신되어지는 고주파 신호를 수신하는 RF수신부;

수신된 신호의 복조를 위한 수신타이밍 신호를 생성한는 수신타이밍 생성부;

수신된 데이터를 수신타이밍 신호에 따라 복조하는 수신데이터복조부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 양방향위성통신 시스템.
제1항에 있어서, 상기 단말국은,

위성 신호를 수신하여 복조하고, MPEG2-TS 데이터를 출력하는 DVB-S 수신카드;

MPEG-2스트림을 버퍼에 저장, 출력하고 수신데이터 클럭을 복원하는 MPEG-TS 재동기화부;

상기 MPEG-TS 재동기화부로부터 제공되는 데이터를 이용하여 기준클럭을 복원하는 클럭복원부;

단말국자체의 PCR값을 생성하는 단말PCR생성부;

중심국에서 주어지는 송신타이밍 생성관련 테이블에 따라 단말국의 송신타이밍 데이터를 생성하는 데이터처리부;

상기 단말 PCR생성부의 PCR값과 상기 데이터처리부에서 주어지는 단말국의 송신타이밍생성 데이터를 이용하여 송신타이밍 신호를 생성하는 송신타이밍 생성 부;

상기 송신타이밍신호에 따라 신호를 송신하는 데이터송신부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 양방향위성통신시스템.
양방향위성통신시스템의 단말국에서 클럭동기장치로서,

DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터를 버퍼에 저장하는 저장수단과,

상기 상기 DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터의 시작점을 검출하여 수신데이터 클럭을 안정적으로 복원하고, 복원된 수신데이터 클럭을 사용하여 상기 버퍼에 저장된 패킷데이터를 출력하는 출력수단과,

상기 복원된 수신 데이터 클럭과, 출력되는 패킷데이터에서 추출하는 PCR값을 포함하는 데이터를 이용하여 기준클럭을 복원하는 기준클럭복원수단을 포함함을 특징으로 하는 클럭동기장치.
제5항에 있어서,

DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG 패킷데이터의 시작점을 찾아내는 수단과,

각 패킷데이터의 시작점 사이에 발생되는 FIFO Read 클럭의 수가 소정 값보다 크거나 작은지 판별하는 오차검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 클럭동기장치.
제6항에 있어서,

상기 오차검출수단의 출력을 오차정보를 소정 횟수 평균하는 오차평균수단과,

상기 오차평균수단의 출력을 필터링하는 디지털루프필터수단을 더 포함함을 특징으로 하는 클럭동기장치.
양방향위성통신시스템의 단말국에서 클럭동기 방법으로서,

DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터를 버퍼에 저장하는 단계;

상기 DVB-S수신기로부터 입력되는 MPEG2 패킷데이터의 시작점을 검출하여 시작점 사이에 발생되는 버퍼 클럭의 수를 소정 값과 비교하는 단계;

상기 비교결과를 평균하고, 디지털루프필터를 이용하여 상기 평균값을 필터링하여 상기 버퍼에 저장된 MPEG2 패킷데이터를 읽어내기 위한 수신데이터 클럭을 제공하는 단계; 및

상기 수신데이터 클럭에 따라 상기 버퍼에 저장된 MPEG2 패킷을 출력하고, 출력되는 MPEG2패킷으로부터 PCR값을 추출하는 단계;

를 포함함을 특징으로 하는 클럭 동기 방법.