KR101074122B1

KR101074122B1 - 채널 간섭 완화를 위한 위성 통신 송수신기

Info

Publication number: KR101074122B1
Application number: KR1020080111698A
Authority: KR
Inventors: 김판수; 장대익; 이호진; 바넬리 코랄리 알렉산드로; 엠마 코라쟈 지오반니; 팔레스티니 클라우디; 페도네 라파엘라; 마르코 빌란티
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2011-10-17
Also published as: US20100118920A1; KR20100052836A

Abstract

DVB-S2 시스템에서의 위성 통신 송신기 및 수신기가 개시된다. 본 발명의 위성 통신 송신기는, 송신하고자 하는 위성 통신 신호를 변조하는 변조기; 및 상기 변조기에 의해 변조되어 출력된 신호를 대역확산한 후 외부로 송신하는 대역확산부;를 포함한다. 이에 의해 인접 채널 간의 간섭을 완화할 수 있다.

Description

채널 간섭 완화를 위한 위성 통신 송수신기{Satellite communication transmitter and receiver for mitigating channel interference}

본 발명은 위성 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 위성 통신 시스템의 송수신기에 관한 것이다.

본 연구는 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호: 2006-S-020-03, 고속 이동체 인터넷 위성 무선 연동 기술개발]

위성 통신 시스템, 특히 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite, Second Generation)는 위성 통신 채널의 상태에 적응적으로 최적의 변조방식 및 부호화율을 선택하여 전송하는 적응형 코딩 및 변조(Adaptive Coding and Modulation, ACM)을 사용하여 100~200%까지의 위성채널 용량 확장을 가능한다. 그러나 위성 통신의 Ku/Ka 대역에서 단말 또는 중계기 증폭기의 off-axis 빔폭의 제한 때문에 인접 위성 채널에 간섭을 주는 단점이 있다. 특히 이동시 이러한 문제는 더욱 심각해진다. 이러한 간섭은 인접 위성 채널의 SINR(Signal to Interface and Noise Ratio)의 열화를 가져와 전체적인 시스템 성능에 영향을 미친 다.

본 발명은 이 같은 배경에서 도출된 것으로, 인접 위성 채널의 간섭을 완화하는 기술적 방안을 제공함을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 송신하고자 하는 위성 통신 신호를 변조하는 변조기;를 포함하는 위성 통신 송신기는, 상기 변조기에 의해 변조되어 출력된 신호를 대역확산한 후 외부로 송신하는 대역확산부;를 더 포함한다.

상기 위성 통신 송신기는, DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite, Second Generation) 기반의 송신기이다.

상기 대역확산부는, 상기 변조기로부터 출력된 직교신호를 정합하는 정합필터부; 및 상기 정합된 직교신호를 직접수열기반으로 대역확산하는 직접수열 대역확산부;를 포함한다. 나아가 상기 대역확산부는, 상기 정합필터부로부터 출력된 오버샘플링된 신호를 심볼당 한 샘플 데시메이션하여 상기 직접수열 대역확산부로 출력하는 데시메이션부;를 더 포함한다.

한편 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 외부로부터 수신된 위성 통신 신호를 복조하는 복조기;를 포함하는 위성 통신 수신기는, 상기 수신된 대역확산된 위성 통신 신호를 역 확산한 후 상기 복조기로 출력하는 역 확산부;를 더 포함한다.

상기 위성 통신 수신기는, DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite, Second Generation) 기반의 수신기이다.

상기 역 확산부는, 상기 수신된 위성 통신 신호를 직접수열기반으로 대역을 역 확산하는 직접수열 역 확산부; 상기 역 확산된 신호를 오버샘플링하는 오버샘플링부; 및 상기 역 확산된 신호에 대해 펄스 성형 필터링을 수행하는 펄스 성형 필터링부;를 포함한다.

상기 직접수열 역 확산부는, 상기 수신된 위성 통신 신호를 정합하는 정합필터부; 상기 정합필터부의 출력 신호에 대해 코드 동기를 수행하는 코드 동기부; 상기 코드 동기부로부터 출력된 오버샘플링된 신호를 심볼당 한 샘플데시메이션하는 데시메이션부; 상기 데시메이션부의 출력 신호에 대역확산코드를 곱하는 대역확산코드 적용부; 및 상기 대역확산코드 적용부의 출력 신호를 디스크램블링하는 디스크램블링부;를 포함한다.

본 발명에 의해 DVB-S2 시스템에 적용된 직접수열기반의 대역확산 기술이 이동체 도플러 환경과 비선형 증폭모델에서 성능 개선의 효과를 보임은 물론, 인접 위성 채널의 간섭을 완화시키는 효과를 창출한다. 특히 본 발명은 DVB-S2 표준과 호환성(compatible)을 가진다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명 하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 DVB-S2 시스템에서의 위성 통신 송신기의 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 위성 통신 송신기는 변조부(100)와 대역확산부(110)를 포함한다. 여기서 변조부(100)는 DVB-S2 표준에 따른 변조기(modulator)인 것이 바람직하다. 그리고 대역확산부(110)는 변조부(100)에 의해 DVB-S2 표준에 맞게 변조된 위성 통신 신호를 대역확산시킨 후 외부로 송신한다. 바람직하게 대역확산부(110)는 직접수열기반의 대역확산 기술(Direct Sequence Spread Spectrum)을 이용하여 변조된 위성 통신 신호를 대역확산한다.

이 같은 대역확산부(110)는 정합필터부(120), 데시메이션부(130), 및 직접수열 대역확산부(140)를 포함한다. 정합필터부(120)는 변조부(100)로부터 출력된 직교신호(I/Q 좌표)를 정합한다. DVB-S2 시스템에서 표준으로 사용되는 변조부(100)에 의해 변조된 직교신호는 펄스 성형된 신호로써, 정합필터부(120)는 이를 정합하여 원래의 I/Q 좌표를 갖는 직교신호로 되돌려 놓는 역할을 한다.

그리고 데시메이션부(130)는 한 샘플 데시메이션(decimation)을 수행한다. DVB-S2 시스템에서 표준으로 사용되는 변조부(100)는 오버샘플링을 수행하므로, 데시메이션부(130)는 심볼당 오버샘플링된 샘플링 지점들 중 최적의 샘플링 지점(optimum sampling point)에 대해 샘플 데시메이션을 수행한다. 일 실시예에 있어서, 데시메이션부(130)는 최적의 샘플링 지점에 대한 시간 축 정보인 ‘On timing information’를 변조부(100)로부터 제공받아 한 샘플 데시메이션을 수행한 다.

또 다른 실시예에 있어서, 대역확산부(110)는 최적 샘플링 지점 산출부(190)를 더 포함한다. 최적 샘플링 지점 산출부(190)는 변조부(100)로부터 출력된 신호로 샘플링 레이트(sampling rate)를 확인하고 심볼당 몇 오버샘플이 되었는지를 확인한다. 심볼당 4 오버샘플인 경우, 최적 샘플링 지점 산출부(190)는 각 샘플 지점 값과 원 최적의 샘플 지점 값인 0.707의 차의 합을 구해서 최소가 되는 지점을 최적 샘플링 포인트로 설정하고 그 지점의 ‘On timing information’를 데시메이션부(130)에 제공한다. 이에 데시메이션부(130)는 최적 샘플링 지점 산출부(190)로부터 제공된 ‘On timing information’를 이용하여 한 샘플 데시메이션을 수행한다. 이 같이 변조부(100)에서 대역확산부(110)로 ‘On timing information’를 제공하지 않고 대역확산부(110)에서 직접 ‘On timing information’를 생성하는 경우는 기존의 DVB S-2 시스템의 변조기를 변경할 필요 없이 본 발명을 적용할 수 있다는 장점을 갖는다.

직접수열 대역확산부(140)는 대역확산코드 적용부(150), 스크램블링부(160), 오버샘플링부(170), 및 펄스 성형부(180)를 포함한다. 대역확산코드 적용부(150)는 데시메이션부(130)로부터 출력된 신호에 대역확산코드를 곱하며, 스크램블링부(160)는 대역확산코드 적용부(150)로부터 출력된 대역확산된 신호의 스펙트럼 flatness를 위해 스크램블링(scrambling) 기능을 수행한다. 그 다음 오버샘플링부(170)에서 오버샘플링을 수행하고, 펄스 성형부(180)의 pulse shaping filter에서 pulse shaping filtering 기능을 수행한다. 여기서 pulse shaping filter는 상 술한 정합필터부(120)의 구성인 Matched filter와 동일한(identical) 모델이자 기존의 DVB-S2에서 사용했던 모듈을 재사용해도 된다. 그리고 Scrambling sequence의 경우 DVB-S2 표준의 PL scramble code를 사용해도 되나 길이가 짧은 경우가 있으므로, 주기가 끝나는 경우 새로 리셋을 해서 이어서 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 DVB-S2 시스템에서의 위성 통신 수신기의 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 위성 통신 수신기는 복조부(200)와 역 확산부(210)를 포함한다. 복조부(200)는 DVB-S2 표준에 따른 복조기(demodulator)인 것이 바람직하다. 그리고 본 발명의 특징적인 양상에 따라 DVB-S2 시스템에서의 위성 통신 수신기는 대역확산된 위성 통신 신호를 수신하게 되므로, 곧바로 복조부(200)에서 수신된 신호를 복조할 수 없다. 따라서 역 확산부(210)가 위성 통신 수신기에 구현되어 복조부(200)에서 위성 통신 신호를 복조할 수 있도록, 수신된 신호의 확산된 대역을 역확산한 후 복조부(200)로 출력한다. 여기서 역 확산부(210)는 직접수열기반의 대역확산(Direct Sequence Spread Spectrum) 기술을 이용하여 역 확산한다.

이 같은 역 확산부(210)는 직접수열 역 확산부(220), 오버샘플링부(230), 및 펄스 쉐이핑부(240)를 포함한다. 직접수열 역 확산부(210)는 정합필터부(250), 코드 동기부(260), 데시메이션부(270), 대역확산코드 적용부(280), 및 디스크램블링부(290)를 포함한다. 정합필터부(250)는 수신된 신호를 정합 필터링한다. 그 다 음 코드 동기부(260)가 코드 동기(code synch)를 수행한다. 코드 동기부(260)에 의한 code synch는 대략적인 동기화를 수행하는 코드 포착(coarse synch)과 좀 더 세밀한 동기화를 수행함과 동시에 동기화된 상태를 유지하는 코드 추적(fine synch)으로 구분할 수 있다.

Coarse synch는 말 그대로 대략적인 코드의 위치를 맞추는데, correlation 기능을 통해서 SOF(start of frame), 즉 프레임의 시작지점을 찾는다. Fine synch는 반 칩 이하의 칩 타이밍 오차를 보정하기 위한 DLL(delay locked loop)을 이용하여 code symbol을 맞춘다. 이후 칩 타이밍이 맞춰진 후, 데시메이션부(270)는 한 샘플 데시메이션을 수행한다. 그 다음 대역확산코드 적용부(280)는 도 1의 송신기와 동일하게 대역확산코드를 곱하고, 디스크램블링부(290)는 디스크램블링(descrambling)을 통해 완벽한 역 확산을 수행한다.

오버샘플링부(230)는 디스크램블링된 신호를 오버샘플링하며, 펄스 성형부(240)는 오버샘플링된 신호를 pulse shaping하여 복조부(200)로 출력한다. 여기서 오버샘플링 및 pulse shaping은 DVB-S2 시스템의 변조부(100)에서 처리되는 오버샘플링 및 pulse shaping과 동일하게 처리되어야 한다. 그래야만 DVB-S2 표준에 따른 복조기(200)에서 신호를 복조할 수 있기 때문이다.

도 3은 변조된 위성 통신 신호의 오버샘플링 지점을 나타낸 예시도이며, 도 4는 ‘on timing information’를 획득하기 위한 흐름도이다.

오버샘플링된 신호에 대한 최적의 샘플링 지점을 찾기 위한 알고리즘에 관한 것으로, 심볼당 4 오버샘플링된 경우를 예시하고 있다. 각 샘플링 지점을 ‘A’, ‘B’, ‘C’, ‘D’라고 했을 때, 각 I/Q 샘플링 값과 원 샘플 지점 값인 0.707의 차의 합을 구해서 최소값을 갖는 지점을 최적 샘플링 지점으로 설정하고 일정구간 계속 적용한다.

구체적으로, 도 4에 예시된 바와 같이 ‘A’의 실수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하고, ‘A’의 허수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하며, 구해진 두 절대값을 합하여 그 합을 ‘C1’이라 한다(단계 S410). ‘B’의 실수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하고, ‘B’의 허수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하며, 구해진 두 절대값을 합하여 그 합을 ‘C2’이라 한다(단계 S420). ‘C’의 실수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하고, ‘C’의 허수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하며, 구해진 두 절대값을 합하여 그 합을 ‘C3’이라 한다(단계 S430). ‘D’의 실수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하고, ‘D’의 허수축 절대값과 0.707의 차의 절대값을 구하며, 구해진 두 절대값을 합하여 그 합을 ‘C4’이라 한다(단계 S440). 그리고 산출된 ‘C1, C2, C3, C4’중 최소값을 판단하고, 판단된 최소값을 최적의 샘플링 지점(optimum sampling point)로 설정한다.

도 5는 초기 칩 타이밍 동기를 위한 상태 천이도이다.

위성 통신 수신기에서 초기 칩 타이밍 동기를 위한 상태 천이도를 나타낸 것이다. S1은 초기 포착모드로 전체 프레임 길이 구간동안 초기 시작지점으로 가장 확률이 높은 지점(epoch)를 찾는 상태이고이고, S2는 lock이 된 후 상태에서 프레임 주기 단위로 epoch 지점을 확인 과정이다. Unlock 상태에서 모두 다시 이전 모드로 돌아갈수 있다. S3는 프레임을 계속 추적(tracking)하는 상태로 동기를 유지하기 위한 모드이고, S4는 power arch와 같은 장애물에 의해 한번 lock을 놓친 후 되찾은 과정을 나타낸 것이다. 그리고 S5는 주파수 오차가 보정된 후 프레임 동기 lock을 유지 또는 찾고 있는 상태이다.

도 6 내지 도 9는 초기 칩 동기를 위한 상관기 구조 예시도들이다.

도 6은 DPDI(Differential Post Detection Integrator) 상관기 예시도이며, 도 7은 NCPDI(Non Coherent Detection Post Integration) 상관기 예시도이다. 그리고 도 8은 GPDI(Generalize Post Detection Integrator) 예시도이고, 도 9는 D-GPDI(Differential Generalized Post Detection Integrator) 예시도이다. DPDI의 경우 인접 심볼과의 차등 정보를 구하기 위해서 n 심볼 차이들 두고서 차등위상을 구한다. 이를 알려진 ‘know’신호의 길이만큼 확대하면 D-GPDI 기법이 되고, GPDI 기술은 비동기 상관기인 NCPDI가 포함된 경우이다. 이 같은 알려진 상관기를 본 발명의 위성 통신 수신기에 구현하였을 경우, 초기 칩 동기 시간이 단축된다.

도 10은 대역확산 여부에 따른 비선형증폭기 모델에서의 성능 비교도이며, 도 11은 이동체 모델에 따른 대역확산기술 적용시 성능 비교도이다.

도 10은 DVB-S2 표준에서 대역확산 여부에 따른 비선형증폭기 특성에 따른 성능 결과를 나타낸 도면이다. 대역확산 spreading factor가 ‘2’인 경우가 각각 입력 back off 2dB, 0.5 dB에 대해 Eb/No 약, 0.02dB 이상 성능 개선을 보인다. 도 11의 이동체 모델인 ricean 페이딩 17dB와 IBO 0.5dB 환경에서의 대역확산이 적용된 기술이 약 0.1dB 이상의 성능 개선을 보인다. 이는 외부에 입력되는 간섭을 제거하는 효과를 직접수열기반의 대역확산기술이 가짐을 알 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 DVB-S2 시스템에서의 위성 통신 송신기의 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 DVB-S2 시스템에서의 위성 통신 수신기의 블록도.

도 3은 변조된 위성 통신 신호의 오버샘플링 지점을 나타낸 예시도.

도 4는 ‘on timing information’를 산출하기 위한 흐름도.

도 5는 초기 칩 타이밍 동기를 위한 상태 천이도.

도 6은 초기 칩 동기를 위한 상관기 구조 예시도.

도 7은 초기 칩 동기를 위한 또 다른 상관기 구조 예시도.

도 8은 초기 칩 동기를 위한 또 다른 상관기 구조 예시도.

도 9는 초기 칩 동기를 위한 또 다른 상관기 구조 예시도.

도 10은 대역확산 여부에 따른 비선형증폭기 모델에서의 성능 비교도.

도 11은 이동체 모델에 따른 대역확산기술 적용시 성능 비교도.

Claims

송신하고자 하는 위성 통신 신호를 변조하는 변조기;를 포함하는 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite second generation) 기반의 위성 통신 송신기에 있어서,

상기 변조기로부터 DVB-S2 기반에 대응하도록 변조되어 출력된 위성 통신 신호를 대역 확산 가능하도록 재구성하고, 상기 재구성된 위성 통신 신호를 확산 부호 방식으로 대역확산한 후 외부로 송신하는 대역확산부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 대역확산부는, 상기 변조기의 출력 신호를 직접수열기반으로 대역확산함을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제3항에 있어서, 상기 대역확산부는 :

상기 변조기로부터 출력된 직교신호를 정합하는 정합필터부; 및

상기 정합된 직교신호를 직접수열기반으로 대역확산하는 직접수열 대역확산부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제4항에 있어서, 상기 대역확산부는 :

상기 정합필터부로부터 출력된 오버샘플링된 신호에서 심볼당 복수개의 샘플들 중에 한 샘플을 검출하는 샘플 데시메이션하여 상기 직접수열 대역확산부로 출력하는 데시메이션부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제5항에 있어서,

상기 데시메이션부는, 최적의 샘플링 지점 정보를 수신하고 수신된 정보로 심볼당 오버샘플링된 샘플링 지점들 중 최적의 샘플링 지점을 구분하여 데시메이션함을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제6항에 있어서, 상기 대역확산부는 :

상기 변조기의 출력 신호의 심볼당 샘플링 지점들 중 최적의 샘플링 지점을 산출하여 상기 데시메이션부로 출력하는 최적 샘플링 지점 산출부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제7항에 있어서,

상기 최적 샘플링 지점 산출부는, 심볼당 샘플링 지점들 중 직교좌표에서 실수축의 값과 허수축의 값이 원 최적의 샘플 지점값인 0.707과의 차가 최소가 되는 지점을 최적 샘플링 지점으로 산출함을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제5항에 있어서, 상기 직접수열 대역확산부는 :

상기 데시메이션부로부터 출력된 신호에 대역확산코드를 곱하는 대역확산코드 적용부; 및

상기 대역확산코드 적용부의 출력 신호를 스크램블링하는 스크램블링부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
제9항에 있어서, 상기 직접수열 대역확산부는 :

상기 스크램블링부의 출력 신호를 오버샘플링하는 오버샘플링부; 및

상기 오버샘플링부의 출력 신호에 대해 펄스 성형 필터링을 수행하는 펄스 성형링부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 송신기.
외부로부터 수신된 위성 통신 신호를 복조하는 복조기;를 포함하는 DVB-S2(Digital Video Broadcasting - via Satellite second generation) 기반의 위성 통신 수신기에 있어서,

상기 수신된 대역확산된 위성 통신 신호를 확산 부호 방식으로 역 확산하고, 상기 역 확산된 신호를 DVB-S2 기반으로 복조 가능한 신호로 재구성하고, 상기 재구성된 신호를 상기 복조기로 출력하는 역 확산부;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.
삭제
제11항에 있어서,

상기 역 확산부는, 직접수열기반으로 역 확산함을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.
제13항에 있어서, 상기 역 확산부는 :

상기 수신된 위성 통신 신호를 직접수열기반으로 대역을 역 확산하는 직접수열 역 확산부;

상기 역 확산된 신호를 오버샘플링하는 오버샘플링부; 및

상기 역 확산된 신호에 대해 펄스 성형 필터링을 수행하는 펄스 성형부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.
제14항에 있어서, 상기 직접수열 역 확산부는 :

상기 수신된 위성 통신 신호를 정합하는 정합필터부;

상기 정합필터부의 출력 신호에 대해 코드 동기를 수행하는 코드 동기부;

상기 코드 동기부로부터 출력된 오버샘플링된 신호를 심볼당 한 샘플데시메이션하는 데시메이션부;

상기 데시메이션부의 출력 신호에 대역확산코드를 곱하는 대역확산코드 적용부; 및

상기 대역확산코드 적용부의 출력 신호를 디스크램블링하는 디스크램블링부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.
제15항에 있어서,

상기 코드 동기부는, 일차로 코드 포착을 수행하고 이차로 코드 추적을 통해 코드 동기를 수행함을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.
제14항에 있어서,

상기 오버샘플링부는, 위성 통신 송신기의 변조기와 동일하게 오버샘플링함을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.
제14항에 있어서,

상기 펄스 성형부는, 위성 통신 송신기의 변조기와 동일하게 펄스 성형 필터링을 수행함을 특징으로 하는 위성 통신 수신기.