KR101131385B1 - 주파수 보상 방법 및 이를 이용한 저궤도 위성용 에스-밴드 수신기 - Google Patents

주파수 보상 방법 및 이를 이용한 저궤도 위성용 에스-밴드 수신기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 보상 방법 및 이를 이용한 저궤도 위성용 에스-밴드 수신기에 관한 것으로서, 에스-밴드(S-band) 신호를 수신하는 신호 수신부; 인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진하는 국부 발진부; 신호 수신부를 통해 수신된 에스-밴드 신호와 국부 발진부를 통해 발진된 국부 주파수를 이용하여 중간 주파수를 생성하는 중간 주파수 생성부; 및 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수와 중간 주파수를 비교하고, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이에 기초하여 국부 발진부에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 중간 주파수를 이용하여 도플러 주파수 편이를 보상함으로써, 처리 속도를 빠르게 할 수 있어 성능을 향상시킬 수 있고, 부품 개수가 적게 소요되어 수신기의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있으며, 소모되는 전력을 낮출 수 있고, 이에 따라 배터리에 부하를 적게 주어 위성 운용 시간을 증가시킬 수 있다.

Description

주파수 보상 방법 및 이를 이용한 저궤도 위성용 에스-밴드 수신기{METHOD FOR FREQUENCY COMPENSATION AND A S-BAND RECEIVER FOR LOW EARTH ORBIT SATELLITE USING THE METHOD}
본 발명은 주파수 보상 방법 및 이를 이용한 저궤도 위성용 에스-밴드 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저궤도 위성 운용 시 발생되는 도플러 주파수 편이를 해결하는 방법에 관한 것이다.
저궤도 위성에는 지상의 기지국으로부터 송신되는 신호를 수신하기 위해 수신기가 탑재되어 있다. 지구의 자전, 공전이나 저궤도 위성의 공전에 의해 도플러 주파수 편이(Doppler frequency shift)가 발생하여, 지상의 기지국으로부터 송신되는 신호와 저궤도 위성에 탑재된 수신기에서 수신되는 신호는 서로 차이가 있게 된다. 이에 따라, 저궤도 위성과 지상의 기지국 사이의 위성 통신이 불가능한 문제가 발생한다.
종래에는 A/D 컨버터(analog to digital converter)를 이용하여 이러한 도플러 주파수 편이 문제를 해결하였다. 그러나 A/D 컨버터 자체의 성능에 따라 보상 성능이 좌우되고, 복조 이전에 미리 샘플링된 디지털 신호를 저장시켜야 하므로, 마이크로 컨트롤러, 외부 메모리, 위상 고정 루프(phase locked loop, PLL) 등이 추가적으로 필요하며, 이에 따라 부품의 개수가 증가하고 소모되는 전력이 늘어나며, 도플러 주파수 편이를 보상할 수 있는 주파수 범위가 한정되어 있는 문제점이 있다. 또한, 저궤도 위성의 운용 고도에 따라 도플러 주파수 편이도 달라지게 되므로, 미리 도플러 주파수 편이량에 따른 디지털 신호를 계산하여 저장시켜야 하고, 저궤도 위성의 운용 고도가 달라지는 경우에는 도플러 주파수 편이량에 따른 디지털 신호를 수정하여야 하는 문제점이 있다. 그리고 위성용 수신기는 그 기술적 난이도와 보안의 문제로 인하여, 고가이고 수입이 금지되거나 수입 절차가 복잡한 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중간 주파수를 이용하여 도플러 주파수 편이 문제를 해결하는 주파수 보상 방법 및 이를 이용한 저궤도 위성용 에스-밴드 수신기를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 에스-밴드 수신기는, 에스-밴드(S-band) 신호를 수신하는 신호 수신부; 인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진하는 국부 발진부; 상기 신호 수신부를 통해 수신된 에스-밴드 신호와 상기 국부 발진부를 통해 발진된 국부 주파수를 이용하여 중간 주파수를 생성하는 중간 주파수 생성부; 및 상기 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수와 상기 중간 주파수를 비교하고, 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수의 차이에 기초하여 상기 국부 발진부에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수의 차이에 비례하게 상기 국부 발진부에 인가되는 전압을 변화시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수를 체배하고, 체배된 기준 주파수와 체배된 중간 주파수를 비교할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 주파수를 M배 체배하고, 상기 중간 주파수를 N배 체배하며, 상기 M 및 상기 N은 서로 다른 자연수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 위성은, 상기 에스-밴드 수신기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 보상 방법은, 에스-밴드 신호를 수신하는 단계; 인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진하는 단계; 상기 수신된 에스-밴드 신호와 상기 발진된 국부 주파수를 이용하여 중간 주파수를 생성하는 단계; 상기 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수와 상기 중간 주파수를 비교하는 단계; 및 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수의 차이에 기초하여 상기 인가되는 전압을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 전압 제어 단계는, 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수의 차이에 비례하게 상기 인가되는 전압을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비교 단계는, 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수를 체배하는 단계; 및 체배된 기준 주파수와 체배된 중간 주파수를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 체배 단계는, 상기 기준 주파수를 M배 체배하는 단계; 및 상기 중간 주파수를 N배 체배하는 단계를 포함하며, 상기 M 및 상기 N은 서로 다른 자연수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에스-밴드 수신기의 신호 수신 방법은, 상기 주파수 보상 방법을 포함한다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 중간 주파수를 이용하여 도플러 주파수 편이를 보상함으로써, 처리 속도를 빠르게 할 수 있어 성능을 향상시킬 수 있고, 부품 개수가 적게 소요되어 수신기의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 소모되는 전력을 낮출 수 있고, 이에 따라 배터리에 부하를 적게 주어 위성 운용 시간을 증가시킬 수 있다.
그리고 자체 기술로 저궤도 위성용 수신기를 제조할 수 있고, 이에 따라 수입 대체 효과와 향후 위성 시장에서 기술적 우위를 점할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에스-밴드 수신기의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에스-밴드 수신기에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에스-밴드 수신기의 블록도이다.
에스-밴드 수신기(10)는, 저궤도 위성(low earth orbit satellite, LEOS)(도시하지 않음)에 탑재되어, 지상에 설치된 기지국(도시하지 않음) 등으로부터 송신되는 에스-밴드 신호(S-band signal)를 수신한다. 여기서, 에스-밴드는, 2GHz ~ 4GHz의 주파수 대역을 말한다.
본 발명에 따른 에스-밴드 수신기(10)는, 국제 우주 자료 시스템 자문 위원회(consultative committee for space data systems, CCSDS)의 위성 통신 표준을 따르고 있다.
저궤도 위성은, 고도 수백 ~ 수천 Km의 궤도로 지구 주위를 선회하는 위성으로서, 지구 탐사 위성, 기상 위성 등의 관측 위성과 이동 통신 위성 등이 있다.
도 1을 참고하면, 에스-밴드 수신기(10)는, 신호 수신부(11), 국부 발진부(13), 중간 주파수 생성부(15) 및 제어부(17)를 포함한다.
신호 수신부(11)는, 지상에 설치된 기지국 등으로부터 송신되는 에스-밴드 신호를 수신한다. 신호 수신부(11)는, 수신된 에스-밴드 신호를 중간 주파수 생성부(15)에 제공한다.
국부 발진부(13)는, 국부 발진기(local oscillator) 등을 포함하며, 인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진한다. 국부 발진부(13)는, 발진된 국부 주파수를 중간 주파수 생성부(15)에 제공한다.
국부 발진기는, VCO(voltage controlled oscillator), VCXO(voltage controlled crystal oscillator), VCTCXO(voltage controlled / temperature compensated crystal oscillator), VCSO(voltage controlled surface acoustic wave oscillator) 등의 발진기를 말한다.
중간 주파수 생성부(15)는, 신호 수신부(11)로부터 제공받은 에스-밴드 신호와 국부 발진부(13)로부터 제공받은 국부 주파수를 이용하여 중간 주파수(intermediate frequency, IF)를 생성한다. 즉, 중간 주파수 생성부(15)는, 에스-밴드 신호의 주파수와 국부 주파수의 차에 해당하는 중간 주파수를 생성한다. 중간 주파수 생성부(15)는, 생성된 중간 주파수를 제어부(17)에 제공한다.
제어부(17)는, 에스-밴드 수신기(10)의 전반적인 동작을 수행하며, 에스-밴드 수신기(10)에 전원이 공급되는 경우나 에스-밴드 수신기(10)의 동작 중 실시간 또는 주기적으로 주파수 보상 동작을 자동으로 수행한다.
제어부(17)는, 중간 주파수 생성부(15)로부터 제공받은 중간 주파수와 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수를 비교한다. 여기서, 기준 주파수는 설계상 정해진 고정 중간 주파수를 의미한다. 즉, 제어부(17)는, 설계상 정해진 기준 주파수와 실제 수신된 신호로부터 생성된 중간 주파수를 비교한다.
이때, 제어부(17)는, 중간 주파수와 기준 주파수를 체배하고, 체배된 기준 주파수와 체배된 중간 주파수를 비교할 수 있다. 제어부(17)는, 기준 주파수를 M배 체배하고, 중간 주파수를 N배 체배할 수 있다. 여기서, M 및 N은 서로 다른 자연수를 의미한다. 예컨대, 중간 주파수는 2체배하고, 기준 주파수는 4체배할 수 있다.
제어부(17)는, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이에 기초하여 국부 발진부(13)에 인가되는 전압을 제어한다. 즉, 제어부(17)는, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이에 비례하게 국부 발진부(13)에 인가되는 전압을 변화시킬 수 있다. 예컨대, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이가 큰 경우에는 인가되는 전압을 높이고, 차이가 작은 경우에는 인가되는 전압을 낮출 수 있다.
이와 같이, 실제 수신된 에스-밴드 신호로부터 생성된 중간 주파수는, 도플러 주파수 편이에 의해 설계상 정해진 기준 주파수보다 커지거나 작아지게 되어, 위성 통신을 할 수 없는 문제가 발생하는데 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 에스-밴드 수신기(10)는, 중간 주파수와 기준 주파수의 차이에 기초하여 인가되는 전압을 제어하고, 이에 따라 발진되는 국부 주파수를 변화시켜, 중간 주파수를 항상 일정한 값으로 고정되게 생성한다.
그러면, 도 2를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에스-밴드 수신기의 신호 수신 방법에 대하여 설명한다. 에스-밴드 수신기의 신호 수신 방법 중 본 발명에 따른 주파수 보상 동작에 대해서만 설명하고, 다른 동작에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 보상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
에스-밴드 수신기(10)는, 지상에 설치된 기지국 등으로부터 송신되는 에스-밴드 신호를 수신한다(S21). 그리고 에스-밴드 수신기(10)는, 인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진한다(S23).
이후, 에스-밴드 수신기(10)는, 수신된 에스-밴드 신호와 발진된 국부 주파수를 이용하여 중간 주파수를 생성한다(S25). 즉, 에스-밴드 수신기(10)는, 에스-밴드 신호의 주파수와 국부 주파수의 차에 해당하는 중간 주파수를 생성한다.
중간 주파수 생성 후, 에스-밴드 수신기(10)는, 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수와 중간 주파수를 비교한다(S27). 즉, 에스-밴드 수신기(10)는, 설계상 정해진 기준 주파수와 실제 수신된 신호로부터 생성된 중간 주파수를 비교한다.
이때, 에스-밴드 수신기(10)는, 중간 주파수와 기준 주파수를 체배하고, 체배된 기준 주파수와 체배된 중간 주파수를 비교할 수 있다. 에스-밴드 수신기(10)는, 기준 주파수를 M배 체배하고, 중간 주파수를 N배 체배할 수 있다. 여기서, M 및 N은 서로 다른 자연수를 의미한다. 예컨대, 중간 주파수는 2체배하고, 기준 주파수는 4체배할 수 있다.
비교 후, 에스-밴드 수신기(10)는, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이에 기초하여 인가되는 전압을 제어한다(S29). 이에 따라 발진되는 국부 주파수가 변화하게 된다.
즉, 에스-밴드 수신기(10)는, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이에 비례하게 인가되는 전압을 변화시킬 수 있다. 예컨대, 기준 주파수와 중간 주파수의 차이가 큰 경우에는 인가되는 전압을 높이고, 차이가 작은 경우에는 인가되는 전압을 낮출 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 중간 주파수를 이용하여 도플러 주파수 편이를 보상함으로써, 처리 속도를 빠르게 할 수 있어 성능을 향상시킬 수 있고, 부품 개수가 적게 소요되어 수신기의 부피 및 무게를 감소시킬 수 있다. 또한, 소모되는 전력을 낮출 수 있고, 이에 따라 배터리에 부하를 적게 주어 위성 운용 시간을 증가시킬 수 있다. 그리고 자체 기술로 저궤도 위성용 수신기를 제조할 수 있고, 이에 따라 수입 대체 효과와 향후 위성 시장에서 기술적 우위를 점할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 에스-밴드 수신기, 11 : 신호 수신부,
13 : 국부 발진부, 15 : 중간 주파수 생성부,
17 : 제어부

Claims (10)

  1. 저궤도 위성에 탑재되어 지상에 설치된 기지국으로부터 송신되는 에스-밴드 신호(S-band signal)를 수신하는 에스-밴드 수신기에 있어서,
    상기 기지국으로부터 송신되는 에스-밴드 신호를 수신하고, 수신된 상기 에스-밴드 신호를 중간 주파수 생성부(15)에 제공하는 신호 수신부(11);
    인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진하고, 발진된 상기 국부 주파수를 상기 중간 주파수 생성부(15)에 제공하는 국부 발진부(13);
    상기 신호 수신부(11)로부터 수신된 상기 에스-밴드 신호와 상기 국부 발진부(13)로부터 수신된 상기 국부 주파수를 이용하여, 상기 에스-밴드 신호의 주파수와 상기 국부 주파수의 차에 해당하는 중간 주파수(IF)를 생성하고, 생성된 상기 중간 주파수를 제어부(17)에 제공하는 중간 주파수 생성부(15); 및
    상기 중간 주파수 생성부(15)로부터 수신 받은 상기 중간 주파수와, 상기 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수를 비교하고, 도플러 효과에 의한 주파수 편이에 따른 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수의 차이에 비례하여 상기 국부 발진부(13)에 인가되는 전압을 변화시키는 제어부(17);를 포함하되,
    상기 국부 발진부(13)는 상기 제어부(17)에 의해 변화된 전압에 따라 발진되는 국부 주파수를 변화시키는 주파수 보상 동작을 실시간으로 자동 수행함으로써, 상기 중간 주파수 생성부(15)가 중간 주파수를 항상 일정한 값으로 고정되게 생산하도록 하는 것을 특징으로 하는 에스-밴드 수신기(10).
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수를 체배하고, 체배된 기준 주파수와 체배된 중간 주파수를 비교하는 에스-밴드 수신기.
  4. 제3항에서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 주파수를 M배 체배하고, 상기 중간 주파수를 N배 체배하며,
    상기 M 및 상기 N은 서로 다른 자연수인 에스-밴드 수신기.
  5. 제1항 또는 제3항 또는 제4항의 상기 에스-밴드 수신기를 포함한 저궤도 위성.
  6. 저궤도 위성에 탑재되어 지상에 설치된 기지국으로부터 송신되는 에스-밴드 신호(S-band signal)를 수신하는 에스-밴드 수신기의 주파수 보상 방법에 있어서,
    신호 수신부(11)가 상기 기지국으로부터 송신되는 에스-밴드 신호를 수신하는 단계;
    국부 발진부(13)가 인가되는 전압에 따라 국부 주파수를 발진하는 단계;
    중간 주파수 생성부(15)가 상기 신호 수신부(11)로부터 수신된 상기 에스-밴드 신호와 상기 국부 발진부(13)로부터 수신된 상기 국부 주파수를 이용하여, 상기 에스-밴드 신호의 주파수와 상기 국부 주파수의 차에 해당하는 중간 주파수(IF)를 생성하는 단계;
    제어부(17)가 상기 중간 주파수 생성부(15)로부터 수신받은 상기 중간 주파수와 상기 중간 주파수에 대응되는 기준 주파수를 비교하는 단계;
    도플러 효과에 의한 주파수 편이에 따른 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수의 차이에 비례하여 상기 제어부(17)가 상기 국부 발진기(13)에 인가되는 전압을 변화시키는 단계; 및
    상기 제어부(17)에 의해 변화된 전압에 따라 상기 국부 발진부(13)가 발진되는 국부 주파수를 변화시키는 주파수 보상 동작을 실시간으로 자동 수행하는 단계;
    상기 중간 주파수 생성부(15)가 상기 중간 주파수를 항상 일정한 값으로 고정되게 생산하는 단계;를 포함하는 에스-밴드 수신기의 주파수 보상 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에서,
    상기 비교 단계는, 상기 기준 주파수와 상기 중간 주파수를 체배하는 단계; 및 체배된 기준 주파수와 체배된 중간 주파수를 비교하는 단계를 포함하는 에스-밴드 수신기의 주파수 보상 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 체배 단계는, 상기 기준 주파수를 M배 체배하는 단계; 및 상기 중간 주파수를 N배 체배하는 단계를 포함하며, 상기 M 및 상기 N은 서로 다른 자연수인 것을 특징으로 하는 에스-밴드 수신기의 주파수 보상 방법.

  10. 삭제
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