KR100873485B1 - 편파 추적 장치 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
무선 통신 시스템의 송수신단에서 편파 불일치를 해소 할 수 있는 편파 추적 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제
임의의 방향으로 랜덤하게 변화하는 수평 또는 수직 편파의 기울어짐을 추정하고 편파 제어를 수행하는 편파 추적 장치를 제공함.
3. 발명의 해결방법의 요지
수직 및 수평 편파를 수신하여 수직 및 수평 벡터 성분을 찾는 피더; 상기 피더로부터 출력된 편파의 수직 및 수평 벡터 성분을 이용하여 편파의 변형을 추정하는 편파 추정기; 상기 편파 추정기로부터 추정된 편파의 변형 정보 및 상기 수신용 편파 추적 장치로부터 출력된 신호에 기초하여 수직 및 수평 편파의 크기 및 위상 정보를 제어하는 편파 제어기; 및 상기 편파 제어기로부터 제어된 수직 및 수평 편파를 결합하는 결합기를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
무선 통신 시스템에서 이용됨.
편파, 편파 추정, 편파 제어, 선형 편파
Description
도 1은 종래의 선형 편파를 송수신하는 무선 통신 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 일실시예 개략도.
도 3a 및 도 3b는 도2의 수신용 편파 추적 장치에 관한 일실시예 구성도.
도 4는 도2의 송신용 편파 추적 장치에 관한 일실시예 구성도.
본 발명은 편파 추적 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무선 통신 시스템의 송수신단에서 편파 불일치를 해소 할 수 있는 편파 추적 장치에 관한 것이다.
현재 지상 무선 서비스, 위성 서비스와 같은 무선 통신 서비스를 제공하는 무선 통신 시스템은 시스템간의 간섭을 줄이고 동일 주파수 대역에서의 용량 증대를 위하여 수직 편파, 수평 편파, 원형 편파 중 하나 또는 다중 편파의 신호를 이용한다.
도 1은 종래의 선형 편파를 송수신하는 무선 통신 시스템의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 선형 편파를 송수신하는 무선 통신시스템은, 수직 또는 수평 편파 신호를 송수신하는 위성체(101), 수직 또는 수평 편파를 송수신하는 지상 단말 시스템(105), 지상 단말 시스템에서 편파의 송수신을 위한 지상 안테나(103)를 구비한다.
하향링크(107)의 경우, 상기 위성체(101)는 선형 편파 신호(111)를 송신하는데, 다른 위성망 또는 지상망으로의 간섭을 주지 않기 위해서 제한된 송신 전력을 갖는다. 위성체(101)의 송신 전력이 제한되면 선형 편파의 왜곡(113)에 따른 신호의 감쇄가 발생하여 시스템 성능에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면 상기 지상 단말(105)(원형 편파 수신이 가능한 구조의 수신기라면)은 위성체(101)로부터 왜곡된 선형 편파 수신시 전력이 50% 감소된 신호를 수신한다. 즉, 상기 위성체(101)의 송신 전력이 제한 받는 환경일 경우, 이러한 선형 편파의 왜곡으로 인한 전력감소가 시스템의 성능에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 상향링크(109)의 경우, 상기 지상 단말(105)은 선형 편파 신호(113)를 송신하는데, 다른 위성망 또는 지상망으로의 간섭을 주지 않기 위해서 제한된 송신 전력을 갖는다. 이 경우, 하향 링크(107)와 마찬가지로 지상 단말의 송신 전력이 제한되면 편파의 왜곡으로 인한 신호의 감쇄가 발생하여 시스템의 성능이 저하된다.
편파 추적 장치가 이용되는 다른 종래 기술로써 교차 편파 성분의 제거를 통한 신호대 잡음비를 증대시키는 기술이 있다. 수평 및 수직 편파를 이용하는 통신 시스템에서 동일 주파수를 이용하여 2개의 채널을 간섭 없이 동시에 송신할 수 있다.
그러나 이러한 종래기술에 적용되는 편파 추적 장치는 위성체와 지상 단말 사이의 환경 요인 또는 지상 단말의 움직임에 따른 자세 변화로 인해 발생하는, 랜덤하게 변화하는 편파를 제어할 수 없어 편파 왜곡이 없는 신호가 지상 단말기로 수신되기 어렵다. 이로 인해 수평(또는 수직) 편파 수신단에서는 수직(또는 수평) 편파 성분의 일부가 수신되어 교차 편파 성분이 존재하게 됨으로써 원하는 채널의 신호 품질이 저하된다.
편파 추적 장치가 적용되는 다른 종래 기술로서, 시간에 따라 변하는 편파의 순간치를 이용하여 송신원의 도래 방향을 추정하는 기술이 있다. 여기에서 시간에 따라 변하는 편파를 수신하기 위해 듀얼 편파 배열(Dual-polarized Array) 소자가 이용된다.
그러나 이러한 종래기술은 편파가 시간에 따라 선형적으로 변하고 또한 송신원의 도래 방향도 시간에 따라 선형적으로 변하는 가정하에 제안된 것으로 환경적 요인에 의해서 랜덤하게 변화하는 편파를 제어할 수는 없다.
따라서, 무선 통신 시스템의 송수신단에 편파를 추정하고 제어할 수 있는 장치를 구비함으로써 위성체와 지상 단말간의 환경적 요인 및 지상 단말의 움직임으로 인한 자세 변화로 발생할 수 있는 송수신단에서의 편파 왜곡을 극복하여 원하는 신호의 감쇄를 줄일 수 있다
또 다른 종래기술로써, 마이크로스트립 안테나에 두 개의 슬롯을 십자가 형태로 교차시키고 교차된 부분에 다이오드를 연결하여 단락 및 개방함으로써 편파의 각도를 제어하는 기술이 있다.
그러나 이러한 종래기술에 따르면 편파의 발생이 단지 직교 편파만 가능하므로 임의의 각도로 기울어진 선형 편파에 대한 제어는 불가능하다.
상기한 바와 같이, 종래의 편파 추적 장치는 송신전력 제한, 통신 시스템 간의 환경적 요인 및 자세변화로 인해 발생하는, 임의의 방향으로 랜덤하게 변화하는 편파 신호를 제어할 수 없어 원하는 신호의 감쇄를 초래하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수신단의 경우 수신 신호를 이용하여 편파를 추정하고, 추정된 편파로부터 수신된 신호의 크기 및 위상을 제어하여 편파를 추적하고, 송신단의 경우, 수신단으로부터 계산된 편파 제어 가중치 정보를 이용하여 위성으로의 송신 신호에 대한 편파를 추적함으로써 위성 또는 지상 단말의 자세 변화 및 환경 변화에 따른 편파 불일치를 해소할 수 있는 편파 추적 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수신용 편파 추적 장치에 있어서, 수직 및 수평 편파를 수신하여 수직 및 수평 벡터 성분을 찾는 피더; 상기 피더로부터 출력된 편파의 수직 및 수평 벡터 성분을 이용하여 편파의 변형을 추정하는 편파 추정기; 상기 편파 추정기로부터 추정된 편파의 변형 정보 및 상기 수신용 편파 추적 장치로부터 출력된 신호에 기초하여 수직 및 수평 편파의 크기 및 위상 정보를 제어하는 편파 제어기; 및 상기 편파 제어기로부터 제어된 수직 및 수평 편파를 결합하는 결합기를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 송신용 편파 추적 장치에 있어서 송신 신호를 수평 및 수직 벡터 성분으로 양분하는 분배기; 상기 분배기로부터 양분된 수평 및 수직 벡터 성분 및 상기 수신용 편파 추적 장치로부터 계산된 수평 및 수직 가중치를 이용하여 송신 신호의 크기 및 위상을 제어하는 편파 제어기; 상기 편파 제어기로부터 출력된 수평 및 수직 편파 신호를 송신하기 위한 피더를 포함한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 일실시예 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은 위성체(210), 지상 안테나(220) 및 지상 시스템(230)을 포함하며, 선형 편파를 송수신한다.
상기 지상시스템(230)의 송신단(231)과 수신단(233)은 각각 송신용 편파 추적 장치(241) 및 수신용 편파 추적 장치(243)를 구비하거나, 또는 위성체(210)의 송신단(211)과 수신단(213)에 각각 송신용 편파 추적 장치(241) 및 수신용 편파 추적(243) 장치를 포함할 수 있으며, 상기 위성체(210) 및 상기 지상시스템(230) 중 어느 하나에만 송신용 편파 추적 장치 및 수신용 편파 추적 장치가 포함되어도 무방하다.
도 3a 및 도 3b는 도2의 수신용 편파 추적 장치(243)에 관한 일실시예 구성도 이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수신용 편파 추적 장치(243)는 수직 또는 수평 편파 신호 성분을 수신하는 피더(301, 303), 수신된 편파의 변형을 추정하는 편파 추정기(305), 상기 편파 추정기(305), 상기 편파 추적 장치(243)의 출력 신호에 기초하여 편파를 제어하는 가중치부(309)를 갖는 편파 제어기(307), 상기 편파 제어기로부터 제어된 수직 및 수평 편파를 결합하는 결합기(311)를 포함한다.
상기 피더(301,303)는 두 개의 직교 다이폴 또는 슬롯으로 구성되어, 임의 방향으로 랜덤하게 변화하는 선형 편파의 수직 및 수평 벡터 성분을 찾는다.
상기 편파 추정기(305)는 상기 피더(301, 303)를 통해 수신된 편파 신호의 수직, 수평 성분의 벡터 성분에 기초하여 편파의 변형을 추정한다. 예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이 수평 편파만 전송되는 경우, 수직 편파의 가중치는 0이고, 수평 편파의 가중치는 1이다. 도 3b 에 도시된 바와 같이 수직 편파만 전송되는 경우, 수직 편파의 가중치는 1로 하고, 수평 편파의 가중치는 0이다. 따라서 환경 요인에 의해 기울어진 선형 편파가 전송되면 수직, 수평 성분의 벡터를 이용하여 각각 수직 편파 및 수평 편파에 가중치를 찾음으로써 편파의 변형이 추정된다.
이때 수직 편파 또는 수평 편파만 전송되는 경우에도 각각 수평 편파 또는 수직 편파 가중치를 0으로 하는 것은 전송 편파에 포함된 잡음을 제거하기 위함이다.
상기 편파 제어기(307)는 상기 편파 추정기(305)를 통해 추정된 편파의 변형 정보와 수신용 편파 추적 장치(243)의 출력 신호에 기초하여 수직 및 수평 편파의 크기 및 위상 정보를 제어함으로써 편파 불일치를 해소함으로써 임의의 방향으로 랜덤하게 변화하는 편파 신호를 보정하여 편파 신호의 감쇄를 줄인다.
즉, 상기 편파제어기(307)는 상기 수신용 편파 추적 장치(243)의 출력 신호와 원하는 목표치를 비교하여 오차를 산정하고, 상기 편파 추정기(305)에 의해 추정된 편파의 변형 정보 및 상기 산정된 오차 정보를 이용하여, 산정된 오차가 최소가 되도록 가중치를 실시간으로 변경한다.
상기 가중치부는(309)는 상기 편파제어기(307)에 의해 변경된 가중치, 즉 오차를 최소로 만드는 수평 및 수직 가중치와 상기 피더(301, 303)를 통해 수신된 수평 및 수직 벡터 성분을 각각 곱하여 수평 및 수직 편파 신호를 생성한다.
상기 결합기(311)는 상기 가중치부(309)에 의해 생성된 수평 및 수직 편파 신호를 결합한다.
따라서, 가중치를 실시간으로 변경하여 수신단의 출력정보와 목표치 사이의 오차를 최소로 만드는 가중치을 갖도록 제어함으로써 편파의 불일치를 해소한다.
도 4는 도2의 송신용 편파 추적 장치(241)에 관한 일실시예 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송신용 편파 추적 장치(241)는 수평 편파 및 수직 편파 성분을 제어하기 위해 송신 신호를 수직 및 수평 벡터값으로 양분하는 분배기(401), 송신 신호의 크기 및 위상을 제어하는 가중치부(409)를 갖는 편파 제어기(403), 수평 및 수직 편파 신호를 송신하는 피더(405,407)를 구비한다.
상기 분배기(401)는 수평 편파 및 수직 편파를 제어하기 위해 송신 신호를 수평 및 수직 벡터 성분으로 양분한다.
상기 편파제어기(403)는 상기 수신용 편파 추적 장치(243)의 편파 추정기(305) 및 편파제어기(307)에 의해 계산된 가중치 정보를 이용하여 송신 신호의 크기 및 위상을 제어한다.
즉, 송신용 편파 추적 장치(241)에서 수행되는 편파 성분의 제어는 상기 수신용 편파 추적 장치(243)의 편파 제어기(307)에 의해 계산된, 오차를 최소로 만드는 가중치를 이용한다. 편파 추적 장치의 송수신 환경이 동일하다고 가정하면, 상기 수신용 편파 추적 장치(243)에서 이미 계산된 가중치는 위성체 및 지상 단말 사이의 변화 요인에 의해 왜곡된 편파 정보를 포함한다. 따라서 상기 편파제어기(403)는 상기 가중치를 이용하여 오차가 최소가 되도록 수평 및 수직 가중치를 변경한다.
상기 가중치부(409)는 상기 편파제어기(403)로부터 획득한 수평 및 수직 가중치와 수평 및 수직 벡터 성분을 각각 곱하여 수평 및 수직 편파 신호를 생성한다.
상기 피더(405, 407)는 상기 편파제어기(403)로부터 생성된 수평 및 수직 편파 신호를 전송한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
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.
상기한 바와 같이 본 발명은, 임의의 방향으로 랜덤하게 변화하는 수평 또는 수직 편파의 기울어짐을 추정하고 편파 제어를 수행하는 편파 추적 장치를 제공함으로써 위성체 또는 지상 단말의 송수신단에서 편파 불일치로 인해 발생하는 신호의 감쇄를 줄일 수 있다.
Claims (16)
- 수신용 편파 추적 장치에 있어서,수직 및 수평 편파를 수신하여 수직 및 수평 벡터 성분을 찾는 피더;상기 피더로부터 출력된 편파의 수직 및 수평 벡터 성분을 이용하여 편파의 변형을 추정하는 편파 추정기;상기 편파 추정기로부터 추정된 편파의 변형 정보 및 상기 수신용 편파 추적 장치 로부터 출력된 신호에 기초하여 수직 및 수평 편파의 크기 및 위상 정보를 제어하는 편파 제어기;상기 편파 제어기로부터 제어된 수직 및 수평 편파를 결합하는 결합기를 포함하는 수신용 편파 추적 장치.
- 제1항에 있어서,상기 피더는수직 및 수평 편파 신호의 수신이 가능한 십자가형 다이폴 구조 또는 십자가형 슬롯 구조를 갖는수신용 편파 추적 장치.
- 제1항에 있어서,상기 편파 추정기는상기 피더로부터 출력된 수직 및 수평 벡터 성분을 이용하여 각각 수직 및 수평 가중치를 찾음으로써 편파의 변형을 추정하는수신용 편파 추적장치.
- 제1항에 있어서,상기 편파 제어기는수신용 편파 추적 장치의 출력 신호와 원하는 목표치를 비교하여 오차를 산정하는수신용 편파 추적장치.
- 제4항에 있어서,상기 편파 제어기는상기 편파 추정기에 의해 추정된 편파의 변형 정보 및 상기 산정된 오차 정보를 이용하여, 산정된 오차가 최소가 되도록 수직 및 수평 가중치를 실시간으로 변경하는수신용 편파 추적장치.
- 제5항에 있어서,상기 편파 제어기는상기 편파제어기에 의해 변경된 가중치, 즉 오차를 최소로 만드는 수직 및 수평 가중치와 상기 피더를 통해 수신된 수직 및 수평 벡터 성분을 각각 곱하여 수직 및 수평 편파 신호를 생성하는 가중치부를 포함하는 수신용 편파 추적장치.
- 제1항에 있어서,상기 수신용 편파 추적 장치는편파의 추적을 위해 단일 안테나에 적용되는 것을 확장하여 배열 안테나의 모든 소자에 적용되는수신용 편파 추적 장치.
- 제1항에 있어서,상기 편파 추적 장치는,편파의 추적을 위해 두 편파의 수신이 가능한 구조의 피더 대신 두 편파의 송 수신이 가능한 구조의 안테나를 직접 적용하여 편파를 추적하는수신용 편파 추적 장치
- 제1항에 있어서,상기 수신용 편파 추적 장치는,위성체 및 지상 단말뿐 아니라 무선 통신 시스템의 수신단에서 편파 추적을 위해 수평 및 수직 경로로 양분하고, 양분된 편파를 추정하고 양분된 신호의 크기 및 위상을 제어하여 결합함으로써 편파를 추적하는수신용 편파 추적 장치.
- 송신용 편파 추적 장치에 있어서,송신 신호를 수평 및 수직 벡터 성분으로 양분하는 분배기;상기 분배기로부터 양분된 수평 및 수직 벡터 성분 및 수신용 편파 추적 장치로부터 계산된 수평 및 수직 가중치를 이용하여 송신 신호의 크기 및 위상을 제어하는 편파 제어기;상기 편파 제어기로부터 출력된 수평 및 수직 편파 신호를 송신하기 위한 피더;를 포함하는 송신용 편파 추적 장치.
- 제10항에 있어서,상기 편파 제어기는,상기 수신용 편파 추적 장치에 의해 계산된 가중치 정보를 이용하여 오차가 최소가 되도록 수평 및 수직 가중치를 변경하는 가중치부를포함하는 송신용 편파 추적 장치.
- 제11항에 있어서,상기 편파 제어기는,상기 가중치부로부터 획득한 수평 및 수직 가중치와 송신 신호의 수평 및 수직 벡터 성분을 각각 곱하여 수평 및 수직 편파 신호를 생성하는송신용 편파 추적 장치.
- 제10항에 있어서,상기 피더는,수직 및 수평 편파 신호의 송신이 가능한 십자가형 다이폴 구조 또는 십자가형 슬롯 구조를 갖는송신용 편파 추적 장치.
- 제10항에 있어서,상기 송신용 편파 추적 장치는편파의 추적을 위해 단일 안테나에 적용되는 것을 확장하여 배열 안테나의 모든 소자에 적용되는송신용 편파 추적 장치.
- 제10항에 있어서,상기 송신용 편파 추적 장치는,편파의 추적을 위해 두 편파의 송신이 가능한 구조의 피더 대신 두 편파의 송수신이 가능한 구조의 안테나를 직접 적용하여 편파를 추적하는송신용 편파 추적 장치
- 제10항에 있어서,상기 송신용 편파 추적 장치는,위성체 및 지상 단말뿐 아니라 무선 통신 시스템의 송신단에서 편파 추적을 위해 수평 및 수직 경로로 양분하고, 양분된 편파를 추정하며 양분된 신호의 크기 및 위상을 제어함으로써 편파를 추적하는송신용 편파 추적 장치.
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