KR101269551B1 - 이동위성업무용 위성 시스템 및 그 통신링크 설정 방법 - Google Patents

이동위성업무용 위성 시스템 및 그 통신링크 설정 방법 Download PDF

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Abstract

위성, 지상보조장치(Ancillary Terrestrial Component: ATC), 이동위성단말기(Mobile Earth Station: MES)를 포함하여 구성된 이동위성업무용(Mobile Satellite Service: MSS) 위성 시스템에 있어서, 위성은 지상보조장치로 고정위성업무(Fixed Satellite Service: FSS)용 주파수의 신호를 전송하고 이동위성단말기로 MSS용 주파수의 신호를 전송한다. 이동위성단말기는 위성이 전송하는 신호의 세기가 기준치 이상일 경우 이를 수신하고, 신호의 세기가 기준치보다 작을 경우 지상보조장치로 정보전송 요구와 함께 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 전송한다. 지상보조장치는 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 이용하여 빔포밍 알고리즘을 적용하여 지향성을 향상시킨 신호를 정보전송을 요구한 이동위성단말기로 전송한다.
위성통신, MSS, ATC, 빔포밍, 지상보조장치

Description

이동위성업무용 위성 시스템 및 그 통신링크 설정 방법{Mobile Satellite Service System and Method for Establishing Communication Link thereof}
본 발명은 지상보조장치(Ancillary Terrestrial Component: ATC)를 사용하는 이동위성업무용(Mobile Satellite Service: MSS) 위성 시스템 및 그 통신링크 설정 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 전력효율을 증대시킬 수 있는 MSS 위성 시스템 및 그 통신링크 설정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-013-02, 과제명: 스펙트럼 공학 및 밀리미터파대 전파자원 이용기술개발].
MSS 위성통신의 경우 이동 위성 단말기(Mobile Earth Station: MES)(이하 단말기라 한다)와 위성 간의 링크가 인공 장애물이나 지형에 의해 약해진 지역에서 단말기를 지상의 보조장치(ATC)로 접속하여 단말기가 지상보조장치를 경유하여 위성과 통신하도록 함으로써 단말기와 위성 간 통신의 끊김 현상 없이 사용할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 MSS 위성통신 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, MSS 위성통신 시스템 내에서 각 단말기(131, 132, 133, 134, 135)는 위성(110)과의 링크를 통해 통신한다. 그러나, 이러한 위성(110)과의 링크가 주위의 장애물에 의해 약해진 지역에서는 위성(110)과 지상보조장치(120) 간의 링크를 확보하고 지상보조장치(120)에서 각 단말기(131, 132, 133, 134, 135)로 신호를 송신함으로써 위성(110)과 단말기(131, 132, 133, 134, 135) 간의 통신링크를 구성하게 된다.
이는 단말기(131, 132, 133, 134, 135)와 위성(110) 간 통신의 끊김 현상을 방지할 수 있는 방법이지만, 위성(110)과 지상보조장치(120)가 동일한 주파수의 신호를 송신하는 데 따른 간섭 현상이 발생하게 되고, 지상보조장치(120)의 신호 송신에 따라 많은 전력이 소모된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 높은 전력 효율을 갖는 MSS 위성 시스템 및 그 통신링크의 형성 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 MSS 위성 시스템의 주파수 재사용률을 개선할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 이동위성업무용(Mobile Satellite Service: MSS) 위성 시스템은, 위성, 지상보조장치(Ancillary Terrestrial Component: ATC), 이동위성단말기(Mobile Earth Station: MES)를 포함하여 구성되며, 위성은 지상보조장치로 제1 주파수의 제1 신호를 전송하고, 이동위성단말기로 제2 주파수의 제2 신호를 전송하며, 지상보조장치는 위성으로부터 수신한 제1 신호에 대하여 빔포밍 알고리즘을 적용하여 제2 주파수의 제3 신호로 전송하고, 이동위성단말기는 위성이 전송하는 제2 신호 또는 지상보조장치가 전송하는 제3 신호를 수신한다.
여기에서, 상기 이동위성단말기는 위성이 전송하는 제2 신호의 세기가 미리 정한 기준치 이상일 경우 제2 신호를 수신하고, 제2 신호의 세기가 기준치보다 작을 경우 제3 신호를 수신하되, 제2 신호의 세기가 기준치보다 작을 경우 지상보조장치로 정보전송 요구와 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 전송하고, 지상보조장치는 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 이용하여 빔포밍 알고리즘을 적용하는 것이 바람직하다.
한편, 제1 주파수는 고정위성업무(Fixed Satellite Service: FSS)용으로 분배된 주파수이고, 제2 주파수는 이동위성업무(MSS)용으로 분배된 주파수이다.
본 발명의 목적은 위성, 지상보조장치(Ancillary Terrestrial Component: ATC), 이동위성단말기(Mobile Earth Station: MES)로 구성되는 이동위성업무용(Mobile Satellite Service: MSS) 위성 시스템에서 위성과 이동위성단말기 간의 통신링크를 형성하는 방법에 의해서도 달성 가능하며, 이 방법은, 위성에서 이동위성단말기로 제1 신호를 전송하는 단계, 이동위성단말기가 제1 신호의 세기를 측정하는 단계, 제1 신호의 세기가 미리 정한 기준치 이상인 경우 위성과 이동위성단말기 간에 제1 통신링크를 형성하는 단계, 제1 신호의 세기가 기준치보다 작을 경우 이동위성단말기가 지상보조장치로 정보전송 요구를 전송하는 단계, 지상보조장치가 정보전송 요구를 수신하면, 빔포밍 알고리즘이 적용된 제2 신호를 이동위성단말기로 전송하는 단계, 이동위성단말기가 제2 신호를 수신하면, 지상보조장치를 사이에 두고 위성과 이동위성단말기 간에 제2 통신링크를 형성하는 단계를 포함한다.
여기에서, 제1 신호의 세기가 기준치보다 작을 경우 이동위성단말기가 지상보조장치로 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 전송하는 단계를 더 포함하며, 지상보조장치는 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 이용하여 빔포밍 알고리즘을 적용한다.
상기한 바와 같이 본 발명은 위성과 동일한 주파수를 사용하는 지상보조장 치에서 단말기로 신호를 전송하기 위해 빔포밍 기술을 사용함으로써 원하는 방향으로의 지향성을 높일 수 있으므로 이웃한 단말기로의 간섭 영향을 줄일 수 있다.
또한 빔포밍 안테나는 신호 처리를 통해 원하는 신호 패턴을 형성할 수 있으므로 복잡한 위성통신 환경에서 지상보조장치가 적응적인 동작으로 운용되는 것이 가능하며, 이는 지상보조장치의 전력 효율을 높여 같은 전력으로 더 많은 시스템을 운용할 수 있도록 한다.
뿐만 아니라, 전력 소모를 줄이고 공간적인 지향성을 향상시켜 간섭 확률을 낮춰주는 이점은 주파수 자원이 부족한 위성통신 환경에서 주파수 이용효율을 개선하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MSS 위성 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 MSS 위성 시스템은 우주국인 인공 위성(210), 지상보조장치(ATC)(220) 및 다수의 이동 위성 단말기(231, 232, 233, 234, 235)를 포함하여 이루어진다.
단말기(231, 232, 233, 234, 235)에 제공되는 통신 서비스는 기본적으로 위성(210)을 통해 이루어진다.
이를 위해 위성(210)은 두 가지 경로(①,②)로 정보를 송신한다. 하나(①)는 위성(210)이 지상보조장치(220)로 정보를 송신하는 경로이며, 다른 하나(②)는 위성(210)이 단말기(231, 232, 233, 234, 235)로 정보를 송신하는 경로이다. 위성(210)이 지상보조장치(220)로 정보를 송신하는 경우(①)에는 고정 위성 업무용으로 분배된 f1 주파수를 이용하며, 위성(210)이 단말기(231, 232, 233, 234, 235)로 정보를 송신하는 경우(②)에는 이동 위성 업무용으로 분배된 f2 주파수를 이용한다.
지상보조장치(220)는 위성(210)으로부터 송신되는 신호(①)를 받아 이를 다시 각 단말기(233, 234, 235)로 송신(④)하는 기능을 수행한다. 지상보조장치(220)가 위성(210)으로부터 수신하는 신호(①)는 f1 주파수의 신호이며, 이와는 달리 지상보조장치(220)가 각 단말기(233, 234, 235)로 신호를 송신할 때에는 위성(210)이 각 단말기(231, 232, 233, 234, 235)로 정보를 송신할 때와 동일한 주파수인 f2 주파수를 이용하여 신호를 송신한다(④).
각 단말기(231, 232, 233, 234, 235)는 위성(210)으로부터 송신되는 f2 주파수의 신호를 수신한다.
이 때 단말기 중 일부(231, 232)는 위성(210)으로부터 송신되는 f2 주파수의 신호를 충분한 세기로 수신할 수 있다(②). 따라서, 이러한 단말기(231, 232)와 위성(210) 간의 통신링크는 위성(210)과 단말기(231, 232) 간에 직접 형성된다.
이에 비해, 단말기 중 나머지 일부(233, 234, 235)는 주변 지형이나 인공 장애물 등의 영향으로 통신에 충분한 세기의 f2 주파수 신호를 수신하지 못할 수 있다. 이러한 단말기(233, 234, 235)는 위성(210)으로부터 지상보조장치(220)로 송신(①)된 후 다시 지상보조장치(220)로부터 송신되는 신호를 수신한다(④). 즉, 이 때 단말기(233, 234, 235)와 위성(210) 간의 통신링크는 지상보조장치(220)를 사이에 두고 이루어진다.
이를 위하여, 위성(210)으로부터 충분한 세기의 신호를 수신하지 못한 각 단말기(233, 234, 235)는 지상보조장치(220)로 정보 전송을 요구한다(③). 이 단말기(233, 234, 235)를 희망 단말기라고 한다.
각 희망 단말기(233, 234, 235)는 자신의 위치 좌표와 속도정보를 지상보조장치(220)로 정보 전송 요구와 함께 전송한다.
지상보조장치(220)는 희망 단말기(233, 234, 235)로부터 수신된 정보 전송 요구에 포함된 위치 좌표와 속도정보를 이용하여 희망 단말기(233, 234, 235)의 정 확한 위치와 속도를 확인한다. 지상보조장치(220)는 희망 단말기(233, 234, 235) 이외에 인접한 단말기로 간섭 영향을 주지 않고 희망 단말기(233, 234, 235)로 신호를 전송하기 위하여 디지털 빔포밍(digital beam-forming) 알고리즘을 적용한 빔포밍 안테나를 이용하여 지향성을 향상시킨 신호를 희망 단말기(233, 234, 235)로 전송한다. 여기에서, 빔포밍이란 스마트 안테나(smart antenna)의 한 방식으로 안테나의 빔이 목표로 하는 단말에게만 국한되어 비치도록 하는 기술을 말하며, 예를 들어 빔분할 다중접속방식 등의 방식을 사용할 수 있다.
이와 같이 위성(210)과 동일한 주파수를 사용하는 지상보조장치(220)에서 희망 단말기(233, 234, 235)로 신호를 전송하기 위해 빔포밍 기술을 사용함으로써 원하는 방향으로의 지향성을 높일 수 있으므로 이웃한 단말기로의 간섭 영향을 줄일 수 있다. 또한 빔포밍 안테나는 신호 처리(signal processing)를 통해 원하는 신호 패턴을 형성할 수 있으므로 복잡한 위성통신 환경에서 지상보조장치가 적응적인(adaptive) 동작으로 운용되는 것이 가능하다. 지상보조장치의 빔포밍 알고리즘을 적용한 적응적인 송신 방식은 전력 효율을 높여 같은 전력으로 더 많은 시스템을 운용할 수 있도록 한다. 또한 전력 소모를 줄이고 공간적인 지향성을 향상시켜 간섭 확률을 낮춰주는 이점은 주파수 자원이 부족한 위성통신 환경에서 주파수 이용효율을 개선하는 데 사용될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 위성통신 시스템의 통신링크 형성 방법을 자세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위성통신 시스템의 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 위성(210)에서 단말기(231, 232, 233, 234, 235)로 신호를 전송하면(S310), 신호를 수신하는 단말기(231, 232, 233, 234, 235)에서 위성신호의 세기를 측정한다(S320).
위성신호의 세기가 기준치 이상이면(S330), 위성(210)과 단말기(231, 232) 간의 통신링크가 형성된다(S390).
위성신호의 세기가 기준치보다 작으면(S330), 희망 단말기(233, 234, 235)에서 지상보조장치(220)로 정보 전송을 요구한다(S340). 정보 전송을 요구한 다음, 단말기(233, 234, 235)는 지상보조장치(220)로 위치정보 및 속도정보를 전송한다(S350). 여기에서 정보 전송 요구(S340)와 위치정보 및 속도정보 전송(S350)이 별개의 단계로 도시되었지만, 위치정보 및 속도정보가 정보 전송 요구와 함께 단말기(233, 234, 235)에서 지상보조장치(220)로 전송될 수도 있다.
위치정보 및 속도정보를 수신한 지상보조장치(220)는 희망 단말기(233, 234, 235)의 위치 및 속도를 확인하고(S360), 이에 따라 적절한 빔 포밍 알고리즘을 적용한다(S370). 빔 포밍 알고리즘이 적용된 신호가 지상보조장치(220)로부터 희망 단말기(233, 234, 235)로 전송되고(S380), 이에 따라 희망 단말기(233, 234, 235)와 위성(210) 사이의 통신링크가 지상보조장치(220)를 사이에 두고 형성된다.(S390).
이상에서 바람직한 실시예를 기준으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 방법은 반드시 상술된 실시예에 제한되는 것은 아니며 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 첨부된 특허청 구의 범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 MSS 위성시스템의 구성을 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MSS 위성 시스템의 구성을 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법을 나타내는 흐름도이다.

Claims (12)

  1. 위성, 지상보조장치(Ancillary Terrestrial Component: ATC), 이동위성단말기(Mobile Earth Station: MES)를 포함하여 구성되는 이동위성업무용(Mobile Satellite Service: MSS) 위성 시스템으로서,
    상기 위성은 상기 지상보조장치로 제1 주파수의 제1 신호를 전송하고, 상기 이동위성단말기로 제2 주파수의 제2 신호를 전송하며,
    상기 지상보조장치는 상기 위성으로부터 수신한 상기 제1 신호에 대하여 빔포밍 알고리즘을 적용하여 상기 제2 주파수의 제3 신호로 전송하고,
    상기 이동위성단말기는 상기 위성이 전송하는 상기 제2 신호 또는 상기 지상보조장치가 전송하는 상기 제3 신호를 수신하는 MSS 위성 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이동위성단말기는,
    상기 위성이 전송하는 상기 제2 신호의 세기가 미리 정한 기준치 이상일 경우 상기 제2 신호를 수신하고,
    상기 제2 신호의 세기가 상기 기준치보다 작을 경우 상기 제3 신호를 수신하는 MSS 위성 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이동위성단말기는,
    상기 제2 신호의 세기가 상기 기준치보다 작을 경우 상기 지상보조장치로 정 보전송 요구를 전송하는 MSS 위성 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이동위성단말기는 상기 지상보조장치로 상기 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 전송하고,
    상기 지상보조장치는 상기 위치좌표와 상기 속도정보를 이용하여 상기 빔포밍 알고리즘을 적용하는 MSS 위성 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 고정위성업무(Fixed Satellite Service: FSS)용으로 분배된 주파수이고,
    상기 제2 주파수는 이동위성업무(MSS)용으로 분배된 주파수인 MSS 위성 시스템.
  6. 위성, 지상보조장치(Ancillary Terrestrial Component: ATC), 이동위성단말기(Mobile Earth Station: MES)로 구성되는 이동위성업무용(Mobile Satellite Service: MSS) 위성 시스템에서 상기 위성과 상기 이동위성단말기 간의 통신링크를 형성하는 방법으로서,
    상기 위성에서 상기 이동위성단말기로 제1 신호를 전송하는 단계,
    상기 이동위성단말기가 상기 제1 신호의 세기를 측정하는 단계,
    상기 제1 신호의 세기가 미리 정한 기준치 이상인 경우 상기 위성과 상기 이동위성단말기 간에 제1 통신링크를 형성하는 단계,
    상기 제1 신호의 세기가 상기 기준치보다 작을 경우 상기 이동위성단말기가 상기 지상보조장치로 정보전송 요구를 전송하는 단계,
    상기 지상보조장치가 상기 정보전송 요구를 수신하면, 빔포밍 알고리즘이 적용된 제2 신호를 상기 이동위성단말기로 전송하는 단계,
    상기 이동위성단말기가 상기 제2 신호를 수신하면, 상기 지상보조장치를 사이에 두고 상기 위성과 상기 이동위성단말기 간에 제2 통신링크를 형성하는 단계를 포함하는 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 신호의 세기가 상기 기준치보다 작을 경우 상기 이동위성단말기가 상기 지상보조장치로 상기 이동위성단말기의 위치좌표와 속도정보를 전송하는 단계를 더 포함하며,
    상기 지상보조장치는 상기 위치좌표와 상기 속도정보를 이용하여 상기 빔포밍 알고리즘을 적용하는 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호는 동일한 제1 주파수를 갖는 신호인 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 이동위성업무(MSS)용으로 분배된 주파수인 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 신호를 상기 이동위성단말기로 전송하는 단계 이전에,
    상기 위성에서 상기 지상보조장치로 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수로 제3 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 주파수는 고정위성업무(FSS)용으로 분배된 주파수인 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 지상보조장치는 상기 제3 신호에 빔포밍 알고리즘을 적용하여 상기 제2 신호로 전송하는 MSS 위성 시스템의 통신링크 형성 방법.
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