KR101022239B1 - Ｏｑｐｓｋ 변조 기법을 적용한 ｄｖｂ-ｒｃｓ 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조 기법을 적용한 DVB-RCS(digital video broadcasting-return channel by satellite) 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법에 관한 것으로서, 신호를 부호화(encoding)하는 부호화부와, 상기 부호화된 신호를 OQPSK 변조하는 OQPSK 변조부와, 전송 신호 형태의 파형을 형성하도록 상기 OQPSK 변조된 신호를 필터링하는 RRC(root raised cosine) 필터와, 상기 필터링된 신호를 주파수 상향 변환하는 디지털 주파수 상향 변환부를 구성한다. 상기와 같은 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법에 따르면, DVB-RCS 통신 방식에서 역방향 채널에 OQPSK 변조 기법을 적용함으로써, 채널 간의 간섭을 줄이는 효과가 있다. 그리고 간섭 회피를 위한 가드 밴드를 설정할 필요가 없으므로, 주파수 대역을 더 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＯＱＰＳＫ 변조 기법을 적용한 ＤＶＢ-ＲＣＳ 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법{SATELLITE TERMINAL OF DIGITAL VIDEO BROADCASTING -RETURN CHANNEL BY SATELLITE USING OQPSK MODULATION SCHEME AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 DVB-RCS 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법에 관한 것이다.
DVB-RCS(digital video broadcasting - return channel by satellite)는 위성을 통한 양방향 멀티미디어 통신을 구현하기 위한 통신 방식이다. DVB-RCS 통신 방식에서는 역방향 채널인 리턴 채널을 통해 다수의 위성 단말이 음성, 영상 등의 각종 데이터를 송신할 수 있다.
순방향 채널의 경우에는 DVB-S, DVB-S2 방식에 따라 운용되는데, 위성 중심국으로부터 전송되는 데이터가 프레임의 길이와 관련이 없는 방송 데이터라는 특성으로 인해 LDPC(low density parity check) 부호와 같은 방대한 양의 코딩 기법이 이용되고 16-APSK(16-amplitude and phase-shift keying)나 32-APSK(32-amplitude and phase-shift keying)와 같은 높은 레벨의 변조 기법이 이용된다.
그러나, 역방향 채널에서는 다수의 위성 단말이 위성 중심국을 중심으로 접속하는 망을 형성하므로, 이러한 높은 레벨의 변조 기법이 그대로 적용될 수는 없다. 수신 신호의 레벨이 비교적 작은 위성 통신의 경우 위성 단말의 송신 전력에는 상당한 제약이 있다는 점을 감안하면, 역방향 채널의 변조 레벨이 낮아질 수밖에 없다. 이에, DVB-RCS에서는 QPSK(quadrature phase-shift keying) 변조 기법이 이용된다.
그런데, 이러한 QPSK 변조 기법에 따른 위성 단말의 송신 신호를 관찰하여 보면, 부엽(side-lobe)의 신호 레벨이 매우 크다는 단점이 있음을 알 수 있다. 위성 통신에서는 광대역의 주파수 대역에서 다수의 채널을 할당하여야 하는데, 이러한 경우 채널 간의 간섭이 발생하고 간섭으로 인해 성능 열화를 초래할 수 있다.
이에, DVB-RCS 방식에서는 채널 할당 시 가드 밴드(guard-band)를 여유있게 설정하여야 간섭을 줄이고 있다. 그러나, 이처럼 가드 밴드를 넓게 설정하는 경우에는 주파수 대역에서 많은 채널을 할당할 수 없게 된다.
위성 통신 주파수의 경우, 넓은 지리적 공간에서 운용된다는 점으로 인해 광대역의 한정된 주파수 대역이 이용되게 되어, 고가의 주파수 임대료가 발생한다. DVB-RCS 방식에서 QPSK 변조 기법을 이용하고 동시에 가드 밴드를 넓게 설정하는 구성은 주파수 활용도를 낮추어 주파수 낭비를 초래하게 된다.
본 발명의 목적은 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 송신 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말은, 신호를 부호화(encoding)하는 부호화부와, 상기 부호화된 신호를 OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조하는 OQPSK 변조부와, 전송 신호 형태의 파형을 형성하도록 상기 OQPSK 변조된 신호를 필터링하는 RRC(root raised cosine) 필터와, 상기 필터링된 신호를 주파수 상향 변환하는 디지털 주파수 상향 변환부를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 부호화부는 상기 신호를 터보 부호화(turbo encoding)하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 송신 방법은, 부호화부가 신호를 부호화(encoding)하는 단계와, OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조부가 상기 부호화된 신호를 OQPSK 변조하는 단계와, RRC(root raised cosine) 필터가 상기 OQPSK 변조된 신호를 필터링하는 단계와, 디지털 주파수 상향 변환부가 상기 필터링된 신호를 주파수 상향 변환하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 부호화부가 신호를 부호화하는 단계는 상기 신호를 터보 부호화하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말 및 이를 이용한 송신 방법에 따르면, DVB-RCS 통신 방식에서 역방향 채널에 OQPSK 변조 기법을 적용함으로써, 채널 간의 간섭을 줄이는 효과가 있다. 그리고 간섭 회피를 위한 가드 밴드를 설정할 필요가 없으므로, 주파수 대역을 더 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 복조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 중심국의 블록 구성도이다.
도 3은 종래기술에 따라 QPSK 변조 기법이 적용된 경우, 위성 중심국에서 수신되는 신호의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 OQPSK 변조 기법이 적용된 경우, 위성 중심국에서 수신되는 신호의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 OQPSK 변조 기법이 적용된 경우, 위성 중심국에서 수신되는 4 채널 신호의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 송신 방법의 흐름도이다.
도 6은 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 중심국의 수신 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조 기법을 적용한 DVB-RCS(digital video broadcasting - return channel by satellite) 방식의 위성 단말(100)(이하, '위성 단말'이라 함)은 부호화부(encoder)(110), OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조부(120), RRC(root raised cosine) 필터(130), 디지털 주파수 상향 변환부(digital up-converter)(140), 디지털-아날로그 변환부(digital-to-analog converter)(150)를 포함하도록 구성될 수 있다.
위성 단말(100)에서는 DVB-RCS 방식에 따른 역방향 채널의 신호에 OQPSK 변조 기법을 적용하여 채널 간의 간섭이 줄어든다. 또한, 간섭 회피로 인해 가드 밴드 설정이 필요하지 않으므로 주파수 활용도가 높아진다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
부호화부(110)는 베이스밴드(baseband) 신호를 부호화(encoding)하도록 구성된다. 여기에서, 부호화부(110)는 터보 부호화(turbo encoding)하도록 구성될 수 있다. 다수의 위성 단말이 위성 중심국에 접속하여야 하는 특성으로 인해, 부호율이 다소 낮고 효율적인 터보 코드가 이용되는 것이 바람직하다.
OQPSK 변조부(120)는 부호화부(110)에서 부호화된 신호를 OQPSK 변조하도록 구성된다.
QPSK 변조 방식에서는 위상 차가 90도인 4개의 심볼을 이용하여 변조를 하였다. 그러므로 하나의 심볼은 00, 01, 10, 11로 구별되어 2 비트로 표현 가능하다. 그런데, 위성 내 트랜스폰더(transpnder)의 능동 소자 장치인 증폭기(amplifier)에서 신호의 위상을 미치는 경우가 많고, 이로 인해 180도의 위상 천이가 빈번하게 발생하여 노이즈가 발생하게 된다. 즉, 부엽의 전력 레베링 올라가게 되고, 이는 채널 간 간섭을 초래한다.
OQPSK 변조 방식에서는 QPSK 심볼에 대해 1/2 심볼만큼 오프셋(offset)을 두어 심볼 간 간섭을 줄여준다. 그러므로, QPSK 방식에서 자주 발생되는 위상 천이가 방지될 수 있다.
OQPSK 변조 방식은 다수의 위성 단말이 한정된 광대역 주파수 대역에서 하나의 중심국에 접속하게 되는 DVB-RCS 방식에서 유용하게 활용될 수 있다. OQPSK 변조 방식에서는 심볼 간 오프셋으로 인해 QPSK 변조 방식에서 간섭 회피용으로 설정되었던 가드 밴드(guard band)가 필요치 않다. 즉, 채널 간 간섭을 줄이기 위한 가드 밴드가 필요없으므로, 주파수 대역의 활용도가 높아지고, ㅈ푸ㅏ수 대역에는 보다 더 많은 채널이 할당될 수 있다.
RRC 필터 (130)는 전송 신호 형태의 파형을 형성하도록 OQPSK 변조된 신호를 필터링하도록 구성된다.
디지털 주파수 상향 변환부(140)는 필터링된 신호를 주파수 상향 변환하도록 구성된다.
디지털-아날로그 변환부(150)는 디지털 주파수 상향 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환하도록 구성된다.
그리고 RF 송신부(미도시)는 아날로그 변환된 신호를 역방향 채널을 통해 송신한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 복조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 중심국의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 복조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 중심국(200)(이하, '위성 중심국'이라 함)은 아날로그-디지털 변환부(analog-to-digital converter)(210), 디지털 주파수 하향 변환부(digital down-converter)(220), 동기화부(synchronizer)(230), OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 복조부(240) 및 복호화부(decoder)(250)를 포함하도록 구성될 수 있다.
위성 중심국(200)은 다수의 위성 단말(100)에서 OQPSK 변조되어 송신된 역방향 채널 신호에 대응하여 OQPSK 복조하도록 구성된다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
아날로그-디지털 변환부(210)는 RF 수신부(미도시)를 통해 수신된 역방향 채널 신호를 디지털 신호로 변환한다.
디지털 주파수 하향 변환부(220)는 변환된 디지털 신호를 주파수 하향 변환하도록 구성된다.
그리고 동기화부(230)는 다수의 위성 단말(100)에 대한 초기화 프로세스, 로그온 프로세스, 로그오프 프로세스 등을 수행한다.
그리고 OQPSK 복조부(240)는 주파수 하향 변환된 신호를 OQPSK 복조한다. 위성 단말(100)에서 1/2 심볼씩 오프셋된 즉, 지연(delay)된 심볼들을 다시 1/2 심볼씩 타이밍을 복원하도록 구성된다.
그리고 복호화부(250)는 심볼들을 복호화하도록 구성된다. 위성 단말(100)에서 터보 코드로 부호화된 경우에는 그에 상응하게 복호화한다.
이하, 도 3 내지 도 4b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 종래 기술과 비교하여 설명한다.
도 3은 종래기술에 따라 QPSK 변조 기법이 적용된 경우, 위성 중심국에서 수신되는 신호의 파형을 나타내는 그래프이고, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따라 OQPSK 변조 기법이 적용된 경우, 위성 중심국에서 수신되는 신호의 파형을 나타내는 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 OQPSK 변조 기법이 적용된 경우, 위성 중심국에서 수신되는 4 채널 신호의 파형을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 하나의 채널 신호가 도시되어 있는데, QPSK 변조된 경우에는 하나의 채널 대역폭에 적어도 4 kHz가 요구됨을 알 수 있다.
그런데, 도 4a를 참조하면, OQPSK 변조된 하나의 채널 신호에 요구되는 채널 대역폭은 대략 3 kHz에 불과함을 알 수 있다. 대략 25%의 채널 대역폭 감소가 발생한다.
또한, 도 4b를 참조하면, 4개의 채널 신호가 도시되어 있는데, 종래와 달리 가드 밴드를 설정할 필요가 없으므로, 채널 대역폭을 좀 더 세밀하게 할당할 수 있고, 전체적인 대역폭의 요구는 더 줄어들게 됨을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 송신 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 부호화부(110)가 신호를 부호화한다(S110). 여기에서, 부호화부(110)는 터보 부호화하도록 구성될 수 있다.
OQPSK 변조부(120)가 부호화된 신호를 OQPSK 변조한다(S120). OQPSK 변조부(120)는 QPSK 심볼에 1/2 심볼씩 지연을 주어 심볼 간 간섭을 줄인다. DVB-RCS 방식에서는 MF-TDMA(multi frequency-time division multiple access) 통신을 하므로, 채널 간의 간섭도 방지할 수 있다. 그리고 이로 인해 주파수 활용도가 높아진다.
RRC 필터(130)가 OQPSK 변조된 신호를 필터링한다(S130). RRC 필터(130)를 통해 전송 신호의 파형을 형성할 수 있다.
디지털 주파수 상향 변환부(140)가 필터링된 신호를 주파수 상향 변환한다(S140).
디지털-아날로그 변환부(150)가 주파수 상향 변환된 신호를 아날로그 신호로 변환한다(S150). 아날로그 신호는 RF 송신부(미도시)를 통해 위성 중심국(200)으로 송신될 수 있다.
도 6은 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 중심국의 수신 방법의 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 아날로그-디지털 변환부(210)가 수신 신호를 디지털 신호로 변환한다(S210).
디지털 주파수 하향 변환부(220)가 디지털 변환된 신호를 주파수 하향 변환한다(S220).
동기화부(230)는 위성 단말(100)과 동기화 프로세스를 수행한다(S230). 동기화 프로세스에는 각종 초기화 프로세스, 로그온 프로세스, 로그오프 프로세스 등이 포함된다.
OQPSK 복조부(240)가 주파수 하향 변환된 신호를 OQPSK 복조한다(S240). OQPSK 복조부(240)는 위성 단말(100)의 OQPSK 변조부(120)에서 심볼 간 설정된 1/2 심볼의 오프셋을 원래의 타이밍으로 복원시킨다.
복호화부(250)가 OQPSK 복조된 신호를 복호화한다(S250). 터보 코딩된 경우에는 그에 상응하게 신호를 복호화한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 신호를 부호화(encoding)하는 부호화부;
    상기 부호화된 신호를 OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조하는 OQPSK 변조부;
    전송 신호 형태의 파형을 형성하도록 상기 OQPSK 변조된 신호를 필터링하는 RRC(root raised cosine) 필터 및
    상기 필터링된 신호를 주파수 상향 변환하는 디지털 주파수 상향 변환부를 포함하는 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부호화부는,
    상기 신호를 터보 부호화(turbo encoding)하는 것을 특징으로 하는 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말.
  3. 부호화부가 신호를 부호화(encoding)하는 단계;
    OQPSK(offset quadrature phase-shift keying) 변조부가 상기 부호화된 신호를 OQPSK 변조하는 단계;
    RRC(root raised cosine) 필터가 상기 OQPSK 변조된 신호를 필터링하는 단계 및
    디지털 주파수 상향 변환부가 상기 필터링된 신호를 주파수 상향 변환하는 단계를 포함하는 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 송신 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 부호화부가 신호를 부호화하는 단계는,
    상기 신호를 터보 부호화하는 것을 특징으로 하는 OQPSK 변조 기법을 적용한 DVB-RCS 방식의 위성 단말의 송신 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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