KR100766484B1

KR100766484B1 - 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법

Info

Publication number: KR100766484B1
Application number: KR1020050132170A
Authority: KR
Inventors: 이창복; 양성훈; 이영규
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-10-15
Also published as: KR20070069732A

Abstract

본 발명은 정보통신, 정밀과학 분야와 국민의 실생활에서 정확한 시간을 필요로 하는 모든 분야에 표준시를 시계 일치 정확도 10ns(10^-8 초) 이내로 보급할 수 있는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법에 대한 것으로서, 통신위성 송수신 시스템을 이용하여 위성 위치를 결정하고 각국의 위성-지구국 간의 전파 지연을 실시간으로 보정하여 각국에 국가 표준시를 방송하는 방법에 대한 것이다. 이러한 본 발명에 의하면, 현재 각국의 표준기관에 설치되어 운용되고 있는 통신위성 송수신 시스템을 이용함으로써 아시아를 비롯한 세계 전역에 각 나라의 정확한 표준시를 동시에 방송할 수 있다.

표준시, 통신 위성, 주제어국, 전파 지연, 시각 비교, 시각 보정

Description

위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법{Dissemination Method of Coordinated Universal Time Via Communication Satellite}

도 1은 본 발명의 기초를 이루는 아시아 지역 표준시간 방송 시스템의 개념을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명이 적용되는 전파 시간 지연값을 보정한 표준시 생성의 구조를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법의 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 위성,

2 :송수신장치,

10 :멀티채널모뎀,

20 :원자시계,

30 :시각 보정치 측정부,

40 : 위성정보 생성부.

본 발명은 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법에 대한 것으로서, 특히 정보통신, 정밀과학 분야와 국민의 실생활에서 정확한 시간을 필요로 하는 모든 분야에 표준시를 시계 일치 정확도 10ns(10^-8 초) 이내로 보급할 수 있는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법에 대한 것이다.

국내에서 이용하고 있는 휴대전화기의 경우 통신사업자들(SK, 한국통신 등)의 약 12,000 개가 넘는 이동 통신 기지국들이 1 us(10^-6초) 이내의 정도로 시계를 일치시키고 있으며, 이들 시계의 일치를 위해 GPS 위성을 이용하고 있다.

GPS 이용 시각정보의 정밀도는 현재 수십 ns의 성능을 보유하고 있으나 시스템 운용 국가인 미국에서는 정확도 및 안정성을 보장하지는 않는 취약점을 갖고 있다. 따라서 미국의 필요에 따라서 유사시에는 시계의 성능을 임의로 변경시킬 수 있으므로 이용자 측면에서 신호의 신뢰성을 보장받을 수 없다.

한편 통신위성을 시각 동기에 이용할 경우 전세계 시간 표준기관의 위성이용 시각비교시스템을 활용할 수 있기 때문에 각국의 표준시각을 고정도로 전파할 수 있다. 또한 위성이 상업용이고 시간전파의 주체들이 각국의 시간표준을 유지하는 국가대표 시간표준기관이기 때문에 안정적이고 연속적인 서비스가 가능하다. 또한 소형 안테나로 국가표준시를 높은 정밀도로 수신할 수 있기 때문에 이동통신, 통신망 동기 등 산업 여러 분야에서 활용할 수 있다.

상기와 같은 배경 하에서 이루어진 본 발명은 전세계 시간표준기관이 있는 지역에서 통신위성을 이용해서 국가표준시에 10 ns 이내로 시각을 일치시킬 수 있는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명에서는 위성을 이용하여 동시에 복수의 국가에 표준시를 방송하는 방법으로서, 국가별로 고유 코드가 지정된 시각 동기망 참여 지구국 간의 시각 비교를 수행하여 데이터를 확보하는 단계;

얻어진 데이터를 주제어국에서 전송받아 지구국 간의 시각비교 데이터를 통해 각 지구국 원자시계의 시각보정 정보와 위성위치 정보를 생성하는 단계;

주제어국에서는 생성된 시각 보정 정보가 포함된 표준시각 정보를 위성을 통해 각 지구국으로 방송하며, 각 지구국에 접속되는 이용자 통신장치에 시각정보를 복조시켜 표준시각을 동기화하는 단계를 포함하는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법을 제공한다.

삭제

한편, 본 발명에서 시각 비교 데이터는 다음 식으로부터 얻어진다.

[수학식]

TA(i)-TA(j) =1/2[TI(i)-TI(j)]

+1/2[TS(i)-TS(j)]+1/2[TU(i)-TD(i)]-1/2[TU(j)-TD(j)]+1/2[TT(i)-TT(j)]

-1/2[TT(j)-TR(j)]-1/2[TCD(i)-TCU(i)]+1/2[TCD(j)-TCU(j)]

여기에서, TT(j): 지구국(j)에서 모뎀지연을 포함한 전송지연,

TU(j): 지구국(j) 에서 업링크(uplink) 전파지연,

TCU(j): 지구국(j) 에서 업링크(uplink)의 Sagnac 보정,

TS(j) : 위성지연,

TD(i) : 지구국(i)에서 다운링크(downlink) 전파지연,

TCD(i): 지구국(i)에서 다운링크(downlink)의 Sagnac 보정,

TR(i) : 지구국(i)에서 모뎀지연을 포함한 수신지연이다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 기초를 이루는 아시아 지역 표준시간 방송 시스템의 개념을 설명하기 위한 도면, 도 2는 시각 동기망에 참여하는 각 지구국 내의 시각비교 시스템을 일례로 보인 것이며, 도 3은 위의 과정을 순서도로 표현한 것이다.

본 발명에서는 전세계 시간표준기관이 있는 지역에서 통신위성을 이용해서 국가표준시에 10 ns 이내로 시각을 일치시킬 수 있도록 통신위성을 이용한 다채널 송수신시스템을 갖춘 시각 비교 지구국과 시각 오차 보정시스템을 구축하고 각 국가의 표준시와 시각 보정값을 방송한다.

이로써, 각 국가의 이용자 통신장치들은 위성신호 수신만으로 정확한 국가표준시의 발생이 가능하며, 위성 위치는 지구국 송수신시스템을 이용해서 지구국과 위성 간의 지연시간을 측정함으로써 결정할 수 있다.

이 발명을 통해 GPS와 같은 항법위성보다 좋은 시각동기 정확도를 갖는 독립적인 시각동기 시스템의 구축이 가능해진다.

한국, 중국, 일본, 대만, 싱가포르 등의 아시아 시간표준기관들에서는 시각비교를 위해서 동일한 통신위성을 이용하고 있는 데 이 위성을 이용하면 각국 지구국 송수신시스템을 이용하여 아시아 전역을 커버할 수 있는 아시아 국가 시각동기 인프라망을 구축할 수 있다.

유럽과 미국, 호주 등도 동일한 기술을 적용하면 통신위성을 이용한 고정밀 시각동기 인프라를 구축할 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 통신위성을 이용하여 여러 국가의 표준시를 고정확도로 보급하는 기술로서, 도 1 도시와 같이, 다수의 시각비교 지구국으로 구성된다. 각 지구국에서는 국가표준시들을 비교 측정하고 각각 위성-지구국 지연시간을 측정한다.

이때 임의의 지구국(i과 j)에서 유지하고 있는 각각의 시간 척도{TA(i), TA(j)}와 지구국(i)에서 위성을 통해 측정한 지구국(j)과의 시간차{TI(i)} 사이의 관계식은 다음 식(1)과 같이 표현된다.

TI(i)=TA(i) - TA(j) +TT(j) +TU(j) + TCU(j) +TS(j) +TD(i) +TCD(i) +TR(i)

여기서,

TT(j): 지구국(j)에서 모뎀지연을 포함한 전송지연

TU(j): 지구국(j) 에서 업링크(uplink) 전파지연

TCU(j): 지구국(j) 에서 업링크(uplink)의 Sagnac 보정

TS(j) : 위성지연

TD(i) : 지구국(i)에서 다운링크(downlink) 전파지연

TCD(i): 지구국(i)에서 다운링크(downlink)의 Sagnac 보정

TR(i) : 지구국(i)에서 모뎀지연을 포함한 수신지연이다.

위와 유사하게 지구국(j)에서 측정된 시간차{TI(j)}는 식(2)으로 표현된다:

TI(j)=TA(j) - TA(i) +TT(i) +TU(i) + TCU(i) +TS(i) +TD(j) +TCD(j) +TR(j)

식 (1)과 (2)를 차분하여 정리하면 두 지구국 간의 시각비교는 다음 식(3)과 같이 표현된다.

TA(i)-TA(j) =1/2[TI(i)-TI(j)]

+1/2[TS(i)-TS(j)]+1/2[TU(i)-TD(i)]-1/2[TU(j)-TD(j)]+1/2[TT(i)-TT(j)]

-1/2[TT(j)-TR(j)]-1/2[TCD(i)-TCU(i)]+1/2[TCD(j)-TCU(j)]

식(3)의 우변에 표현된 여러 시간 지연들은 측정되거나 모델을 통해 보정되며, 이를 통해 식(3)의 좌변에 나타난 지구국 간의 양방향 시각 비교가 이루어질 수 있다.

2개 이상 지구국의 시각 비교를 수행할 경우 측정 데이터를 동시에 얻기 위해서 도 2 도시와 같은 멀티채널모뎀(10)이 이용되는 데, 이러한 멀티채널모뎀(10)은 송수신장치(2)로부터 시각 신호를 수신하고 각 지구국에 구비된 원자시계(20)로부터 시각 정보를 수신하여 시각 동기 데이터를 발생하며 이러한 데이터를 시각 보정치 측정부(30)로 송신한다. 여기에서는 원자시계(20)로부터의 시각 정보를 수신하고 멀티채널모뎀(10)에서 수신한 시각 동기 데이터에 기초하여 시각 보정치를 측정하여 위성정보 생성부(40)로 보내며, 여기에서는 시각 정보 및 위성 정보를 생성하여 멀티채널모뎀(10) 및 위성 송수신장치(2)로 보내서 위성 송수신장치(2)에서 위성(1)으로 송신하여, 생성된 정보와 표준 시각을 이용자들의 통신장치들에 방송하도록 구성하였다.

이를 도 3과 관련하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 국가별로 고유 코드가 지정된 시각 동기망 참여 지구국 간의 시각 비교를 수행하여 데이터를 확보한다(S10).

다음에 얻어진 데이터를 주제어국에서 전송받아 주제어 지구국(main control station)에서는 도 2 도시와 같은 멀티채널모뎀을 이용하여 지구국 간의 시각비교 데이터를 통해 각 지구국 원자시계의 시각보정 정보와 위성위치 정보를 생성한다(S20).

이어서, 주제어국에서는 생성된 시각 보정 정보가 포함된 표준시각 정보를 위성을 통해 각 지구국으로 방송하며, 각 지구국의 이용자들의 통신장치에 자국에 해당하는 데이터로부터 시각 정보를 복조시킨다.(S30).

이로써 시각 동기망 내의 전체 이용자들의 통신장치에 표준 시각을 동기화하여(S40) 정확한 국가표준시를 발생시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같은 본 발명에 의하면, 여러 국가의 시간표준기관이 통신위성 이용 시각 비교망에 참여하는 경우 각국에서는 통신위성의 시각표준신호를 수신함으로써 고정밀 동기된 표준시계를 구현할 수 있다.

이로써 아시아 및 세계 전체의 통신위성을 이용한 시각동기 및 항법기반 인프라의 구축이 가능해진다.

이러한 시각동기는 유무선통신망, 항법시스템, 전력송출제어 시스템, 전자상거래 및 인터넷 보안 메시지 전송 등의 다양한 분야에서 광범위하게 활용될 수 있는 통신인프라로서, 특히 국내의 CDMA 이동전화망 등 동기방식 통신망의 경우 전적으로 미국 GPS 시스템에 의존하고 있고 다른 선진국의 경우도 자체 위성망 중계방식을 이용하여 동기망을 유지하고 있지만 기술공개를 기피하고 있는 실정으로 이러한 발명을 통해 위성기반 독자적인 시각동기망을 구축할 수 있다.

이로써 국가 시각동기 인프라의 활용도를 높이고, 국민에게는 표준시를 제공할 수 있다.

이상 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 여러 변경과 수정이 이루어질 수 있으며, 이는 모두 본 발명에 속함은 자명하다.

Claims

위성을 이용하여 동시에 복수의 국가에 표준시를 방송하는 방법으로서,

국가별로 고유 코드가 지정된 시각 동기망 참여 지구국 간의 시각 비교를 수행하여 데이터를 확보하는 단계(S10);

얻어진 데이터를 주제어국에서 전송받아 지구국 간의 시각비교 데이터를 통해 각 지구국 원자시계의 시각보정 정보와 위성위치 정보를 생성하는 단계(S20);

주제어국에서는 생성된 시각 보정 정보가 포함된 표준시각 정보를 위성을 통해 각 지구국으로 방송하며, 각 지구국에 접속되는 이용자 통신장치에 시각정보를 복조시켜 표준시각을 동기화하는 단계(S30, S40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법.
제 1 항에 있어서, 시각 비교 데이터는 다음 식으로부터 얻어지며, 식은

TA(i)-TA(j) =1/2[TI(i)-TI(j)]

+1/2[TS(i)-TS(j)]+1/2[TU(i)-TD(i)]-1/2[TU(j)-TD(j)]+1/2[TT(i)-TT(j)]

-1/2[TT(j)-TR(j)]-1/2[TCD(i)-TCU(i)]+1/2[TCD(j)-TCU(j)]

여기에서, i, j: 임의의 지구국,

TA(i), TA(j): 임의의 지구국에서 유지하고 있는 시간 척도,

TI(i): 지구국(i)에서 위성을 통해 측정한 지구국(j)과의 시간차,

TI(j): 지구국(j)에서 위성을 통해 측정한 지구국(i)과의 시간차,

TT(j): 지구국(j)에서 모뎀지연을 포함한 전송지연,

TU(j): 지구국(j) 에서 업링크(uplink) 전파지연,

TCU(j): 지구국(j) 에서 업링크(uplink)의 Sagnac 보정,

TS(j) : 위성지연,

TD(i) : 지구국(i)에서 다운링크(downlink) 전파지연,

TCD(i): 지구국(i)에서 다운링크(downlink)의 Sagnac 보정,

TR(i) : 지구국(i)에서 모뎀지연을 포함한 수신지연임.

인 것을 특징으로 하는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법.
제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시각 비교 데이터를 동시에 획득하기 위하여 멀티채널 모뎀이 이용되는 것을 특징으로 하는 위성 이용 세계 국가 표준시 다중 방송방법.