KR102057623B1 - 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 상호작용 리턴 링크를 가진, 위성에 의한 마이크로웨이브 방송 신호의 송수신 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로웨이브 무선 신호용 송수신 장치(1)에 관한 것이며, 상기 장치는 송수신용 유닛(2)을 포함하고, 상기 송수신용 유닛은, 지상 또는 위성 링크를 통해 수신된 무선 신호의 변환으로부터 출력된, 포워드 링크 신호인 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단(4)과, 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 복조할 수 있는 복조기(21)와, 상기 제 1 프로토콜과는 다른 확산 스펙트럼 프로토콜인 제 2 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 변조하고, 상기 복조기(21)에 의해 복조된 신호를 변조하는 변조기(5)와, 그리고 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 변조된 전기 신호를, 위성 링크를 통해 전송될 수 있는 무선 신호로 변환하는 수단(23)을 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 상기 전기 신호를 변조하는 변조기(14)를 포함한 하나 이상의 박스(11)와, 그리고 상기 송수신용 유닛을 박스에 연결시키는 동축 케이블(10)을 포함한다.

Description

확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 상호작용 리턴 링크를 가진, 위성에 의한 마이크로웨이브 방송 신호의 송수신{TRANSMISSION／RECEPTION OF MICROWAVE SIGNALS BROADCAST BY A SATELLITE WITH AN INTERACTIVE RETURN CHANNEL USING A SPECTRAL BROADENING PROTOCOL}
본 발명은 마이크로웨이브 무선 신호의 송수신용 장치에 관한 것이다.
현재, 디지털 방송 프로그램은 전세계에 걸쳐 지상 링크(예를 들면, 표준 DVB-T 또는 DVB-T2 사용)에 의해, 또는 위성 링크(예를 들면, 표준 DVB-S, DVB-S2 또는 DVB-SH 사용)에 의해 방송된다. 다수의 디바이스는 수많은 사용자의 집에 설치된다.
지상 링크에 있어서, 설치된 디바이스는, 변조된 마이크로웨이브 무선 신호를, 동축 케이블을 통하여 일반적으로 셋탑 박스(STB)라 하는 실내용 유닛으로 전송하는 수신 안테나(예를 들면, 수신 "레이크(rake)" 안테나)를 포함한 옥외용 유닛을 포함하는 대부분의 수신 디바이스이다.
위성 링크에 있어서, 대부분 설치된 디바이스는, LNB(Low Noise Block)의 혼(horn)이라 불리는 소스 상에 변조된 마이크로웨이브 무선 신호를 집중시키는 파라볼릭 리플렉터(parabolic reflector)를 포함한 옥외용 유닛을 포함하는 수신 디바이스이며, 이때 상기 LNB는 수신된 마이크로웨이브 무선 신호를 중간 위성 밴드 전기 신호로 변환시켜, 상기 변환된 신호를, 동축 케이블을 통하여, 위성 셋탑 박스(STB)에 전송시킨다.
지상 및 위성 송신 둘 다에 있어, STB는, 동축 케이블 상에 전송된 변조 신호에서 "유용(useful)" 변조 신호를 추출하고, 추출된 "유용" 신호를 복조하는 복조 모듈(DVB-T, DVB-T2, DVB-S, DVB-S2 또는 DVB-SH)을 포함한다. 복조된 "유용" 신호는 예를 들면, 텔레비전 스크린 상에 비디오 이미지를 표시하기 위해 사용될 수 있다.
위성 또는 지상 링크를 통하여 이용 가능한 디지털 방송 프로그램 방송 서비스는 현재 기본적으로 완전하게 수동적이며, 다른 말로 하면, 이들은 일-방향 서비스이다.
그러나, 이는 리턴 링크(return link)를 필요로 하는 서비스를 제공하는데 때때로 유용하다; 예를 들면, 이는 상호작용 서비스를 위한 경우이다(비디오 온 디맨드(video on demand) 등의 새로운 서비스를 위한 순서, 키의 교환을 통한 조건적 접근 콘텐츠의 보트(votes), 소비). 이러한 리턴 링크는 또한 M2M(machine-to-machine) 통신 분야에서 특히나 관심 있는 적용 분야에 사용될 수 있고, 또는 일부 장치를 제어하고(알람, 히팅 등), 및/또는 주택에 존재하는 센서 또는 계량기에 의해 측정된 데이터(가스, 전기 등)를 복원하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 문제점에 대한 하나의 공지된 해결책은, 유선 통신 오퍼레이터(fixed telephony operators)(Switched Telephone Network - STN)에 의해 제공된 ADSL 타입 연결, 또는 모바일 통신 오퍼레이터에 의해 제공된 GPRS/UMTS 타입 연결을 가진 리턴 링크의 사용을 포함한다. 그러므로, 이러한 해결책은 추가 장치의 사용 및 추가 사용료를 필요로 한다; 게다가, 통신 스위칭(telephone switching)은 보트 또는 명령 메시지 등의 소량의 메시지의 송신에 특히나 적합하지 않다(상대적으로 비용이 높고, 네트워크 포화 문제 등).
지상 방송에 있어서, DVB-RCT 기술(유럽 표준 ETSI EN 301 958에 개시) 등의 보다 적합한 해결책은 필요한 기반 시설의 비용으로 인해 사용하기 힘들다.
대부분의 위성 텔레비전 시스템 서비스는 리턴 링크를 포함하지 않는다. 그러나, 특허 출원 EP0888690에 개시된 양방향 위성 텔레비전 방송 시스템의 예시가 있다; 이러한 시스템은 폭 넓은 Ku 밴드 포워드 링크(band forword link) 및 좁은 L 밴드 리턴 링크를 사용한다. 이러한 시스템은 (Ku 밴드 및 L 밴드를 위한) 2 개의 리플렉터, 또는 Ku 밴드에서 신호를 수신할 수 있고, L 밴드에서의 송신 안테나를 통합할 수 있는 리플렉터를 포함한 전용 리플렉터를 필요로 한다는 점에서, 크기가 크고, 복잡하며 비용도 많이 든다. 이러한 시스템은 또한, 2 개의 물리적인 데이터 라운팅 링크의 존재를 필요로 한다(하나의 데이터 라운팅 링크는 Ku 밴드 안테나로부터 주택 내에 있는 STB까지이며, 다른 데이터 라운팅 링크는 STB로부터 L 밴드 안테나까지이다). 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 장치 타입은 가정에서 현재 사용되는 표준 시스템의 완전한 대체를 필요로 하고, 무시할 수 없는 추가 비용이 든다.
양방향 위성 텔레비전 방송 시스템의 또 다른 예시는 출원인의 특허 출원인 WO2011076791에 개시된다. 이러한 시스템은 폭 넓은 밴드 Ku 또는 Ka 포워드 링크 및 좁은 S 밴드 또는 C 밴드 리턴 링크를 사용하고, 신호는 동일한 동축 케이블 상에 멀티플렉싱된다. Ku 또는 Ka 밴드에서 마이크로웨이브 무선 신호를 수신하기 위한 리플렉터의 이득은 S 밴드 또는 C 밴드에서 리턴 링크 상에 신호를 전송하기 위해 사용된다. 이러한 해결책으로 얻어진 증폭 이득에도 불구하고, 리턴 링크 상의 유용 신호의 전력 손실(특히, 동축 케이블을 통과할 시)은 높고, 이에 따라 충분한 증폭기가 옥외용 유닛에 필요하게 된다. 나아가, 주택 내부에 사용된 각각의 박스에는 SPREAD ALOHA 타입 변조를 사용한 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 동작하는 변조기가 설치되어야 하며, 그리고 이러한 변조기 타입은 상대적으로 비싸다.
이러한 상황에서, 본 발명은 리턴 링크에서 마이크로웨이브 무선 신호를 전송할 수 있는 마이크로웨이브 무선 신호 수신 장치를 제공하는 것에 목적이 있고, 상기 장치는 효율적인 성능, 즉 업그레이드가 가능하고, 상대적으로 저렴하며, 한 명 또는 여러 명의 사용자에게 제공하는 현존 장치에 용이하게 적합하다.
이러한 목적을 위해서, 본 발명은 마이크로웨이브 무선 신호의 송수신용 장치를 개시하고 상기 장치는:
- 송수신용 유닛으로서,
o 수신된 지상 또는 위성 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된, 포워드 링크 전기 신호인 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단;;
o 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 복조할 수 있는 복조기;
o 상기 제 1 프로토콜과는 다른 확산 스펙트럼 프로토콜인 제 2 변조/복조 프로토콜을 사용하고, 상기 복조기에 의해 복조된 신호를 변조하는 전기 신호변조기;
o 상기 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 변조되고 리턴 링크 전기 신호인 전기 신호를, 위성에 의해 전송될 수 있는 무선 전기 신호로 변환하는 변환 수단;을 포함하는, 상기 송수신용 유닛;
- 상기 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 변조할 수 있는 변조기를 포함한 적어도 하나의 박스;
- 상기 송수신용 유닛 및 상기 박스를 연결시키는 동축 케이블;을 포함하며,
이때 상기 동축 케이블은:
o 상기 송수신용 유닛으로부터 상기 박스로 상기 포워드 링크 전기 신호를 전송할 수 있고;
o 상기 제 1 프로토콜을 사용한 상기 변조기로부터 출력된 전기 신호를, 상기 박스로부터 상기 송수신용 유닛으로 전송할 수 있다.
본 발명에 따르면, 변조/복조의 2 개 타입을 이용한 장치는, 예를 들면, 제 1 변조/복조를 위해 단거리 무선 통신(ZigBee, KNX 또는 기타 등)에 적합한 프로토콜에 기반한 변조/복조와, 그리고 간섭 제거 기술(interference elimination techniques)을 사용한 SPREAD ALOHA 타입 변조를 가진 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜 등의 확산 스펙트럼 프로토콜에 기반한 변조/복조에 사용될 수 있는 것이 바람직하다(특히, 이러한 간섭 제거 기술을 사용한 복조는 위성 허브(hub)에 사용되고, 이 출원에서는 더 상세하게 기술되지 않을 것이다). 단거리란, 300m 미만, 바람직하게는 100m 미만의 거리를 의미한다. 상기 박스는 빌딩 (즉, 아파트) 내에 위치한 박스인 것이 바람직하며, 그리고 상기 송수신용 유닛은 옥외에 위치하거나 안테나에 근접하게 위치한 것이 바람직하다. 이로써, 상기 송수신용 유닛은 상기 송수신용 유닛의 복조기를 통하여 특정 디지털 신호(박스에서 변조 신호에 포함)를 복원할 수 있고, 이러한 디지털 신호를 상기 송수신용 유닛의 변조기를 통하여 변조할 수 있을 것이다. 디지털 신호가 옥외용 송수신용 유닛에서 재사용되다는 사실은 신호에서 노이즈 및 에러를 제거하는 것에 도움을 주고, 그 결과, 저 전력 증폭기는 매우 적은 노이즈를 포함하는 변조 신호를 증폭시키는데 사용될 수 있다.
장치는 지상 링크(예를 들면, 주파수 밴드가 470 내지 862 MHz) 또는 위성 링크(예를 들면, Ku 또는 Ka 밴드)일 수 있는, 사용자로의 방송 신호용 포워드 링크와, 그리고 위성 리턴 링크(예를 들면, 주파수 밴드가 1.5 내지 5 GHz일 수 있는, 다른 말로 하면, 주파수가 S 밴드에 있고, 이러한 주파수 밴드의 사용은 제한적이지 않음)를 사용한다. 주목해야 하는 바와 같이, 위성 리턴 링크의 주파수 밴드는 포워드 링크에서 사용된 밴드로부터 현저하게 멀리 떨어져서(예를 들면, 송신은 S 밴드이고, 수신은 Ku 밴드임), 2 개의 링크 간의 간섭을 피하기 위한 다이플렉서(diplexer)를 사용할 필요가 없도록 선택될 것이다.
상기와 같은 장치에는 다수의 이점을 가진다.
입증된 기술은 텔레비전 신호 등의 대량의 신호의 송신을 위해 사용자로의 포워드 방송 링크에서 사용되고, 위성 리턴 링크는 사용자가 방송 링크와 상호작용하고 단문 메시지를 확실하게 전송할 수 있도록 사용되고, 변조 기술은 SPREAD ALOHA 타입 변조를 이용한 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜 등의 확산 스펙트럼 프로토콜에 기반한다. 상기와 같은 프로토콜은 예를 들면, 문헌 US2010/0054131(del Rio Herrero 등)에서 기술된다.
나아가, 확산 스펙트럼 프로토콜에 기반한 변조에 필요한 수단은 단지 송수신용 유닛에 설치되고, 사용자 박스(들)에는 확산 스펙트럼 프로토콜에 기반한 변조 수단보다 비용 및 복잡도가 적은 구현 수단(ZigBee 또는 KNX 기술 등의 무선 통신에 적합한 변조/복조)을 바람직하게 필요로 하는 변조 기술을 사용한 변조기가 설치된다. 상기와 같은 장치의 이점은 단지 단일 옥외용 송수신용 유닛 및 실내 (예를 들면, 서로 다른 아파트)에 위치한 여러 개의 박스들만을 필요로 한다는 점이고, 상기 박스들은 상대적으로 제조 비용이 적게 들어간다. 그러므로, 송수신용 유닛의 비용은 여러 사용자 간에서 공유될 수 있다. 주목해야 하는 바와 같이, ZigBee 또는 KNX 기술 등의 무선 통신에 적합한 변조/복조가 동축 케이블 상에 사용된다는 사실은, 이러한 손실이 없는 기술이 대기에서 일어나는 통신의 경우보다도 매우 긴 케이블에 걸쳐 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
현존하는 장치 상에 본 발명에 따른 시스템을 (적은 추가 비용으로) 구성하는 것이 매우 용이한데, 이는 필요한 모든 것이 송수신용 유닛(바람직하게, 주택 외부) 및 박스(바람직하게, 주택 내부)에 추가되고, 이들을 현존하는 동축 케이블에 연결시키기 때문이다. 나아가, 위성 신호 송신 안테나는 매우 저렴한 전방향성 안테나(즉, 마이크로웨이브 무선 신호를 위성으로 송신하는 수단), 또는 단지 지향성이 약한 안테나(예를 들면, 10 dBi 미만의 안테나의 이득)이며, 그리고 설치가 용이하다. 사용된 주파수에 의존하여, 안테나에 의해 방출된 신호는 위성 또는 지상 "컬렉터"에 의해 수신될 수 있다. 주목해야 하는 바와 같이, 이러한 안테나의 사용은 위성 포워드 링크가 사용되는 경우에, 리턴 링크의 송신을 위해 파라볼릭 리플렉터를 사용함으로써, 피할 수 있다.
송수신용 유닛의 저 비용은, 2 개의 서로 다른 밴드가 송신 및 수신(예를 들면, 송신은 S 밴드, 수신은 Ku 밴드)을 위해 사용되고, 링크 간의 간섭을 피하기 위한 다이플렉서를 사용할 필요도 없다는 사실로 인한 점이기도 하다.
이 역시 주목하여야 하는 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템은 업그레이드가 특히나 가능하다. 큰 지역(예를 들면, 국가 전체를 커버)에서 시스템을 사용하고, 지상의 구성요소의 배치 없이 위성으로 모든 리턴 신호를 전송하는 것도 생각해보면 실현 가능하다; 위성 수용력이 더 이상 충분치 않을 시에, 대부분의 메시지가 전송되는 서비스 존(들)은 식별된다. 그 후에, 지상 "컬렉터"를 사용할 수 있게 되고, 다른 말로 하면, 직접적인 안테나-위성 링크의 사용 대신에, 위성 부하를 감소시키기 위해 릴레이(relays)로서 작동되는 지상 수신국을 사용할 수 있게 된다. 그 후에 적합한 주파수로 단말기에 의해 전송된 신호는 위성 대신에 컬렉터에 의해 수신될 것이다. 이로써, 상기 수용력은 필요에 따라 증가될 수 있되, 설치된 단말기의 수에 비례한 가격과 점진적인 투자로 증가될 수 있다.
포워드 지상 또는 위성 방송 링크는 위성 리턴 링크에 강하게 통합될 수 있는데, 이는 장치의 동작을 보정하기 위한 유용한 신호 정보를, 전송된 멀티플렉스 신호 중 하나에 포함할 수 있기 때문이다. 이러한 정보는 사용되는 송신 파라미터(주파수, 심볼율, 확산 코드), 시스템 부하, 보안 키, 및 장치를 위한 다른 명령을 포함할 수 있다. 그러므로, 송수신용 유닛은 지상 또는 위성 방송 링크에 존재하는 정보를 해석하고, 송신 신호를 제어하는데 필요한 로직(logic)을 포함한다. 나아가, 송수신용 유닛은, 주파수 에러가 매우 낮은 송신을 위해 포워드 링크에 존재하는 신호로부터 매우 안정한 클락 신호를 발생시킬 수 있고, 그 결과 매우 정확하고 비싼 PLL은 필요로 하지 않게 된다.
본 발명에 따른 장치는, 포워드 지상 방송 링크(하이브리드 장치)의 경우, 사용자에 대해 수용될 수 없는 추가 비용을 포함한 장치의 결과적인 추가 없이, 위성 리턴 링크를 가진 하이브리드 지상-위성 시스템을 생각하기 어렵다는 점에서, 기술 분야의 통상의 기술자에게 특히나 예기치 못한 것이다. 이는 바로 송수신용 유닛 및 박스들 간의 통신을 위한 특정 변조와, 위성으로의 송신을 위한 제 2 변조와, 저렴한 안테나와, 그리고 독창적인 본 발명에 따른 장치를 구현하는 옥외의 송수신용 유닛과 아파트 내의 박스들을 연결시키는 단일 케이블의 사용이다.
본 발명에 따른 송수신 장치는 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 조합으로 고려될 수 있는 다음의 특성 중 하나 또는 여러 개를 가질 수도 있다:
- 상기 제 2 변조/복조 프로토콜을 사용하는 전기 신호 변조기는, 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜에 따라 동작하는 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하는 사용 수단을 포함한다;
- 상기 제 1 변조/복조 프로토콜은 단거리 무선 통신에 적합한 ZigBee, KNX, WiFi, BlueTooth 또는 WiMax 등의 프로토콜에 기반한다;
- 상기 제 1 변조/복조 프로토콜은 유선 기술, 예를 들면, 이더넷(Ethernet) 또는 PLC(power line carrier) 기술에 적합한 프로토콜에 기반한다;
- 상기 송수신용 유닛은, 송신 파라미터 및/또는 클락 신호(clock signal)를 셋업하기 위해, 포워드 링크 전기 신호로부터의 신호 정보를 추출하는 추출 수단을 포함한다;
- 상기 송수신용 유닛은 상기 포워드 링크 전기 신호의 복조기, 예를 들면, 다음의 표준 중 하나를 사용하여, 신호를 복조할 수 있는 복조기를 포함한다:
o DVB-T;
o DVB-T2;
o DVB-S;
o DVB-S2;
o DVB-SH;
- 상기 송수신용 유닛 및/또는 상기 박스는 WiFi, WiMax, BlueTooth, ZigBee 또는 KNX 수단 등의 무선 연결 수단을 포함한다;
- 상기 리턴 링크 전기 신호는 송신 주파수 S 밴드에서, 보다 특히 [1980 MHz; 2010 MHz] 밴드에서 변조된다;
- 상기 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단은 UHF 또는 VHF 밴드에서 지상 마이크로웨이브 무선 신호를 수신할 수 있다;
- 상기 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단은 Ku 밴드 또는 Ka 밴드에서 위성 마이크로웨이브 무선 신호를 수신할 수 있다;
- 상기 송수신용 유닛은 상기 위성에 의해 전송될 수 있는 무선 전기 신호를, 위성 및/또는 지상 수신국에 송신하는 송신 수단을 포함한다;
- 상기 장치는 단일 송수신용 유닛과 신호를 교환하는 복수의 박스를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 장치에 통합될 수 있는 송수신용 유닛을 제공하는 것에 있고, 이때 상기 유닛은:
- 지상 또는 위성 수단에 의해 수신된 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된, 포워드 링크 전기 신호인 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단;
- 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 복조할 수 있는 복조기;
- 상기 제 1 프로토콜과는 다른 확산 스펙트럼(spread-spectrum) 프로토콜인 제 2 변조/ 복조 프로토콜을 사용하고, 상기 복조기에 의해 복조된 신호를 변조하는 전기 신호 변조기;
- 상기 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 변조되고 리턴 링크 전기 신호인 전기 신호를, 위성에 의해 전송될 수 있는 무선 전기 신호로 변환하는 변환 수단;을 포함한다.
주목해야 하는 바와 같이, 송수신용 유닛이 주로 상술된 기능 모두를 통합하는 단일 디바이스로 주로 설명하였지만, 이는 이러한 기능을 수행하는, 여러 개의 서로 달리 배치된 디바이스일 수 있다: 이로써, 위성으로의 송신 수단(즉, 안테나) 이 단일 디바이스에 직접 통합되지 않는다는 것을 생각해볼 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용한 전기 신호를 변조할 수 있는 변조기를 포함한, 본 발명에 따른 장치에 통합될 수 있는 박스이다.
본 발명의 다른 특성 및 이점은 교시를 위해 주어진 다음의 설명, 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치를 도시한 첨부된 도면을 참조할 시에 제한 없는 설명을 이해한 후에 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 송수신 장치(1)를 개략적으로 도시한다.
송수신 장치(1)는, DVB-T 또는 DVB-T2 타입 프로토콜을 사용하여 코드가 전송되는 지상 디지털 텔레비전에 사용되는 UHF 또는 VHF 밴드의 신호를 수신하기 위해, 표준 지상 안테나(3)(예를 들면, 빌딩 또는 주택 지붕에 위치한 "레이크" 안테나)로 동작될 수 있다.
송수신 장치(1)는 다음을 포함한다:
- 빌딩 외부에 위치한 송수신용 유닛(2);
- 동축 케이블(coaxial cable)(10);
- 마이크로웨이브 무선 신호 커플러(coupler)/디커플러(9);
- 상기 빌딩 안에 수용될 수 있는 복수의 박스들(이 경우에, 2 개의 박스들(11 및 11'(bis)가 도시됨)(예를 들면, 각각의 박스 아파트 내부에 위치).
지상 안테나(3)는 예를 들면, UHF 밴드(470 - 862 MHz 밴드)에서, DVB-T 또는 DVB-T2 표준을 사용하여 변조된 신호를 수신한다.
송수신용 유닛(2)은 다음을 포함한다:
- 안테나(3)로 수신된 지상 전기 신호를 수신할 수 있는 입력 수단(4)(예를 들면, 안테나 및 입력 수단(4)은 동축 케이블(20)에 의해 연결됨);
- 마이크로웨이브 무선 신호 커플러/디커플러(8);
- 제 1 변조/복조를 하는 모뎀(7);
- 제 2 변조/복조를 하는 변조기(5);
- 송신 S 밴드(예를 들면, [1980 MHz - 2010 MHz])에서 전기 신호를 마이크로웨이브 무선 신호로 변환시킬 수 있고, 이러한 신호를 S 밴드에서 위성(100) 또는 컬렉터(collector)(101)로 전송할 수 있는 전방향성 또는 유사(quasi)-전방향성 안테나(23)(즉, 지향성이 낮은 안테나, 예를 들면, 안테나 이득은 10 dBi 미만임);
- 복조기(6).
예를 들면, 변조기(5)는 최적화된 SPREAD ALOHA 타입 변조를 사용한, 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 동작하고, 그 결과 위성 허브(hub)는 간섭 제거 방법을 사용할 수 있다(예를 들면, 상기와 같은 프로토콜은 US2010/0054131 문헌에 개시된다(del Rio Herrero 등));
모뎀(7)은 변조기(22) 및 복조기(21)를 포함하며, 그리고 일반적으로, FSK(Frequency Shift Keying) 또는 FSM(Frequency Shift Modulation) 타입 프로토콜 또는 상기와 같은 프로토콜로부터 획득된 프로토콜을 사용하여 동작하는 모뎀을 포함한다; 상기 모뎀(7)은 ZigBee 또는 KNX 모뎀 등의 단거리 무선 통신(예를 들면, 무선 동작에서 300m 미만)에 적합한 프로토콜을 사용하여 동작하는 모뎀인 것이 바람직하다.
복조기(6)는 DVB-T 표준(ETSI 표준 EN 300 744, "디지털 비디오 방송(DVB); 디지털 지상 텔레비전을 위한, 프레이밍 구조 링크 코딩(Framing structure link coding) 및 변조"에 기술됨) 또는 DVB-T2 표준(ETSI 표준 EN 302 755 "디지털 비디오 방송(DVB); 제 2 세대 디지털 지상 텔레비전 방송 시스템(DVB-T2)을 위한 프레이밍 구조 링크 코딩 및 변조"에 기술되고, 여기서 DVB-T2 표준을 더 확대하면, 예를 들면, DVB-T2-lite은 "DVB BlueBook A122"에 기술됨)을 사용하여 동작한다.
박스(11)는 다음을 포함한다:
- 마이크로웨이브 무선 신호 커플러/디커플러(12);
- 모뎀(7)과 동일한 프로토콜(제 1 변조/복조)을 사용하여 동작하는 모뎀(14); 그러므로, 상기 모뎀(14)은 예를 들면, ZigBee 또는 KNX 모뎀이다;
- WiFi, WiMax, BlueTooth, ZigBee 또는 KNX 타입 로컬 네트워크에 대한 무선 연결 수단(16), 또는 이더넷 또는 유사한 타입 로컬 네트워크에 대한 유선 연결 수단; 이러한 수단(16)은 모뎀(14)에 전송된 신호를 수신하기 위해 사용될 수 있다;
- STB(셋탑 박스)라 하는 디지털 텔레비전 디코더(digital television decoder)(28)와 신호를 교환할 수 있는 USB 타입 입출력 연결부(15);
- 모뎀(14)을 입출력 연결부(15) 및 무선 연결 수단(16) 각각에 상호 연결시키는 커플러(31).
박스(11')는 박스(11)와 동일하다.
동축 케이블(10)은 박스들(11 및 11')을 송수신용 유닛(2)에 연결시킨다.
동축 케이블(10)은 마이크로웨이브 커플러/디커플러(9)를 통하여 2 개의 경로로 분리되고, 그 결과, 상기 동축 케이블(10)은 상기 케이블(10)의 익스텐션(extension)(18)을 통하여 송수신용 유닛(2) 및 박스(11)를, 그리고 상기 케이블(10)의 익스텐션(19)을 통하여 송수신용 유닛(2) 및 박스(11')를 각각 연결시킨다. 주목해야 하는 바와 같이, 마이크로웨이브 커플러/디커플러(9)는 2 개의 방향으로 동작하는 디바이스이다(즉, 이는 업 및 다운 무선 전기 신호를 통과하도록 한다). 다른 마이크로웨이브 커플러들/디커플러들이 장치에 동일하게 적용된다.
장치(1)의 동작은 송수신용 유닛(2)과 박스(11) 사이의 교환을 참조하여 설명될 것이고, 송수신용 유닛과 박스(11') 사이의 동작 역시 동일하다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 장치(1)의 동작 원리는, "레이크" 안테나(3)에 의해 형성된 지상 헤르츠 수신부(terrestrial Hertzian reception part)(송신 없음), 및 안테나(3)에 의해 수신된 지상 전기 신호를 수신할 수 있는 입력 수단(4) 및 S 밴드 송신부의 사용에 기반한다.
S 밴드 송신부는, 상대적으로 제한적이고 저렴한 장치를 현존하는 장치에 추가하는 M2M 서비스(백색 가전의 제어, 센서에 의해 측정된 파라미터의 감시, 모니터링의 제어) 또는 상호작용 서비스(비디오 온 디맨드 등의 새로운 서비스를 위한 순서, 키의 교환에 의한 조건적 접근 콘텐츠의 보트, 소비)를 셋업하기 위한 리턴 링크를 형성한다. 전방향성 안테나(23)는, 수용력이 증가하는 경우(이러한 경우에서, 안테나(10)는 컬렉터(101)로 도달하기 위해 지향성을 다소 갖출 수 있음), 위성(100) 또는 지상 컬렉터(101)로 직접적으로 S 밴드 신호를 전송할 수 있다.
모든 신호는 동축 케이블(10) 상에 단독으로 연결된다.
안테나(3) 및 입력 수단(4)에 의해 수신된 지상 신호는 하이퍼주파수 커플러/디커플러(hyperfrequency coupler/decoupler)(8)에 의해 동축 케이블(10)로 전송된다.
그 후, 이러한 신호는 동축 케이블(17)을 통하여 STB(28)로 전송되기 전에, 하이퍼주파수 커플러(12)에서 복원된다(retrieved).
S 밴드에서 전송될 신호는, 박스(11)의 ZigBee 모뎀(14)(즉, 제 1 변조/복조)의 변조기에 의해 중간 주파수(예를 들면, 간단한 교시를 위해 주어지면, 868 MHz 또는 2.4 GHz) 상에서 변조된 디지털 신호이다. 이러한 리턴 링크 신호 그 자체는, 무선(연결부(16)) 또는 유선 연결에 의해, 박스(11)에 연결된 다른 적용기기로부터 비롯되는 신호로 획득될 수 있다.
변조된 ZigBee 신호는 커플러/디커플러(12)를 통하여 동축 케이블(18)로 전송되고, 그 후에, 커플러/디커플러(9)에 의해 동축 케이블(10)로 전송되며, 이때 상기 동축 케이블(10)은 송수신용 유닛(2)으로 신호를 전송한다.
송수신용 유닛(2)의 커플러/디커플러(8)는 변조된 ZigBee 신호를 ZigBee 모뎀(7)의 복조기(21)로 전송한다.
복조기(21)는 복조된 ZigBee 신호로부터 디지털 신호를 복원한다(recover). 주목해야 하는 바와 같이, 복조기(21)는 케이블에 전송된 아날로그식 신호에 내재된 노이즈를 제거하기 위해 에러 보정 수단을 사용할 수 있다.
디지털 신호로 복원되면, 상기 신호는 SPREAD ALOHA 타입의 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여, 제 2 변조/복조를 사용하여 동작하는 변조기(5)에 의해, S 주파수 밴드[1980 MHz - 2010 MHz] 상에서 변조된다. 매우 "깨끗한" 디지털 정보가 복원되기 때문에, 변조된 신호는 노이즈가 존재하지 않고, 단지 낮은 증폭만을 필요로 할 뿐이다. 그러나, 주목해야 하는 바와 같이, 안테나(23)를 통하여 위성(100) 또는 컬렉터(101)로 전송되되, S 밴드에서 전송될 수 있는 변조 신호를 증폭하기 위해 전력이 낮은 증폭기를 사용하는 것도 생각해 볼 수 있다.
주목해야 하는 바와 같이, 선택된 중간 주파수 밴드(예를 들면, 868 MHz)는 이점을 가질 수 있는데, 이는 표준 동축 케이블의 통과 밴드와 호환성을 가지고, 송수신용 유닛에서의 주파수 변환을 필요로 함 없이, 동축 케이블의 손실이 제한되었기 때문이다. 나아가, 868 MHz 주파수로부터 격리된 UHF 밴드로 인하여, 동일한 케이블 상에 전송된 신호 간의 간섭은 방지될 수 있다. 주목해야 하는 바와 같이, ZigBee 모뎀(14)의 변조기에 의해 UHF 밴드, 예를 들면, 430 MHz에서, 또 다른 중간 주파수의 사용은, 케이블(10) 상의 간섭을 피하는데 필요한, 박스(11)에서의 주파수 변환을 구현할 수 있다(예를 들면, 로컬 오실레이터 및 주파수 믹서 사용).
이 역시 주목해야 하는 바와 같이, 서로 다른 커플러/디커플러에는 주파수의 유용한 부분을 단지 복원하기 위해 필터가 구비될 수 있다.
UHF 지상 수신 포워드 링크는 또한 유용한 정보를 검색할 수 있다. 예를 들면, 이는 S 밴드 리턴 링크에서 사용되기 위한 주파수 또는 밴드 폭일 수 있다. 또한, 이는 변조기(5)에 의해 사용된 변조/복조에 관련되어 업데이트될 수 있다. 다른 말로 하면, 포워드 지상 방송 링크는 위성 리턴 링크에 강하게 통합될 수 있는데, 이는 지상 링크에 의해 전송된 멀티플렉스 신호가 장치 동작을 보정하기 위한 유용한 신호 정보를 포함할 수 있기 때문이다. 이러한 정보는 사용되는 송신 파라미터(주파수, 심볼율(symbol rate), 확산 코드), 시스템 부하, 보안 키, 및 장치를 위한 다른 명령을 포함할 수 있다.
그러므로, 이를 달성하기 위해, 송수신용 유닛(2)은 지상 방송 링크에 존재하는 정보를 해석하고, 송신 신호를 제어하는데 필요한 로직을 포함한다. 상기 송신 신호를 제어하는 경우에, 송수신용 유닛은 지상 전기 신호의 일부에 존재하는 리턴 링크 송신 파라미터를 생성하는데 사용된 신호 정보를 추출하기 위해, DVB-T 표준을 사용하여 동작하는 복조기(6)를 포함하며, 상기 정보는 변조기(5)로 전송된다. 복조기(6)는 또한, 매우 안정적인 클락 신호(예를 들면, 1 ppm 미만의 주파수 에러를 가짐)를 변조기(5)(주파수 에러가 매우 낮은(예를 들면, 2 kHz 미만) 필요한 주파수에서 전송하는데 사용됨)로 전송될 수 있다(직접적으로 가거나 미도시된 신호 처리 수단을 통해 감).
주목해야 하는 바와 같이, 옥외용 송수신용 유닛(2)은 전원 공급부(29)를 포함하고; 이러한 DC 전원 공급부는 동축 케이블(10)를 통하여 업 링크에서 직접 전송될 수 있다(유닛(2)의 미도시인 추출 수단을 통함). 하나 또는 여러 개의 태양 패널(30)을 통하여 전원 공급부(29)의 배터리를 충전하는 것도 가능하다.
송수신용 유닛(2)의 에너지 소비는, 신호가 전송될 필요성이 있을 시에만, 변조기(5)(적용가능할 시에 전송되기 위한 신호 증폭기를 포함함)로 전원을 공급함으로써 제한될 수 있다. 이를 달성 하기 위해, 송수신용 유닛(2)은 복조기(7)가 전송될 신호를 수신한 후에만, 전원을 모뎀(5)에게 공급하는 수단을 포함한다. 듀티 사이클이 낮은 모든 적용에 있어서(예를 들면, 매 분마다 하나의 메시지), 이러한 장치는 메시지가 전송되지 않을 기간 동안 에너지가 소비되지 않는다는 것을 의미한다.
특히, 본 발명에 따른 장치의 제 2 관심 적용물은 M2M 내용(topic)에 관한 것이다. 이러한 경우에서, S 밴드 리턴 링크는 주택 안에 있는 디바이스, 예를 들면 알람 시스템으로부터 정보를 전송하기 위해 사용될 수 있다; 이로써, 알람 시스템이 작동될 시에(triggered), 알람 시스템은, 알람이 시작되고 S 밴드 리턴 링크 상에서 전송되었다는 것을 나타내는 메시지 및 신호를 무선 연결 수단(16)(예를 들면, ZigBee의 동작 수단)으로 전송한다.
본 발명의 일 변형 실시예에 따라서, 지상 포워드 링크 대신에, 위성 방송 포워드 링크가 출원인에 의한 특허 출원 WO2011076791에 기술된 바와 같이 사용될 수도 있다. 이러한 경우에서, 레이크 안테나(3)와, 그리고 상기 안테나(3)에 의해 수신된 지상 전기 신호를 수신할 수 있는 입력 수단(4)은 위성(예를 들면, Ku 밴드(10.7 GHz - 12.75 GHz 밴드)에서)으로부터 출력된 신호를 수신하는 LNB(Low Noise Block) 수신 유닛 및 파라볼릭 리플렉터로 대체된다. 트랜스시버(transceiver)의 LNB는, 위성 중간 밴드에서 전기 신호로 수신된 마이크로웨이브 신호를 변환하여, 상기 변환된 신호를 동축 케이블을 통하여 박스로 전송한다.
이러한 경우에서, DVB-T 표준을 사용하여 동작하는 복조기(6)는 예를 들면, DVB-S2 표준을 사용하여 동작하는 복조기가 된다(ETSI EN 302 307 디지털 비디오 방송(DVB); 방송, 상호작용 서비스, 뉴스 모음 및 다른 브로드밴드 위성 적용물(DVB-S2)을 위한, 제 2 세대 프레이밍 구조, 링크 코딩 및 변조 시스템). 이러한 후자 실시예에 따르면, Ku 밴드에서 마이크로웨이브 신호를 수신하기 위해 사용되는 리플렉터의 이득은 S 밴드에서 리턴 링크 신호를 전송하기 위해 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 변형 실시예에 따라서, 단거리 무선 통신(예를 들면, ZigBee 또는 KNX)에 적합한 프로토콜을 사용하여 동작하는 모뎀(7 및 14)을 사용하기보다는 오히려, 유선 기술, 예를 들면, 이더넷 또는 PLC(power line carrier) 기술이 사용될 수 있다. 이러한 경우에서, 모뎀(7 및 14)은 PLC 모뎀으로 대체되고, 각 박스는 주택 안에 있는 다른 디바이스와 통신을 하되, 전기 네트워크를 통하여 통신을 한다. 박스(11)에 의해 수신된 PLC 신호는 예를 들면, 1 내지 20 MHz의 주파수에서 PLC 모뎀의 변조기에 의해 변조되고, 동축 케이블 상에 전송된다.
이 역시 주목해야 하는 바와 같이, 송수신용 유닛에는, 특히, 동축 케이블 상의 송신이 동작하지 않을 시에 다른 디바이스와 통신이 되도록, 무선 또는 PLC 송신 연결 수단이 구비될 수 있다.
레이크 안테나 또는 파라볼릭 리플렉터는 아파트 빌딩의 지붕 상에 사용된 수집형 안테나 또는 리플렉터이고, 이들의 소유 박스를 이용하여 여러 사용자가 각각 공유하는 것이 바람직하다.
분명하게, 본 발명은 단지 기술된 실시예에 한정되지 않는다.
이로써, 본 발명은 특히 S 밴드에서의 사용에 있어 기술되었지만, C 밴드에서도 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 마이크로웨이브 무선 신호를 송수신하는 장치(1)에 있어서,
    - 송수신용 유닛(2)으로서,
    o 수신된 지상 또는 위성 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된, 포워드 링크 전기 신호인 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단(4);
    o 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 복조할 수 있는 복조기(21);
    o 상기 제 1 변조/복조 프로토콜과는 다른 확산 스펙트럼 프로토콜인 제 2 변조/복조 프로토콜을 사용하고, 상기 복조기(21)에 의해 복조된 신호를 변조하는 전기 신호 변조기(5);
    o 상기 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 변조되고 리턴 링크 전기 신호인 전기 신호를, 위성에 의해 전송될 수 있는 무선 전기 신호로 변환하는 변환 수단(23);을 포함하는, 상기 송수신용 유닛(2);
    - 상기 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 변조할 수 있는 변조기(14)를 포함한 적어도 하나의 박스(11); 및
    - 상기 송수신용 유닛 및 상기 박스를 연결시키는 동축 케이블(10);을 포함하며,
    이때 상기 동축 케이블은:
    o 상기 송수신용 유닛(2)으로부터 상기 박스(11)로 상기 포워드 링크 전기 신호를 전송할 수 있고;
    o 상기 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용한 상기 변조기(14)로부터 출력된 전기 신호를, 상기 박스(11)로부터 상기 송수신용 유닛(2)으로 전송할 수 있는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 변조/복조 프로토콜을 사용하는 전기 신호 변조기는, 비동기식 임의의 다중 접속 확산 스펙트럼 프로토콜(asynchronous random multiple access spread-spectrum protocol)에 따라 동작하는 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하는 사용 수단을 포함하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 변조/복조 프로토콜은 단거리 무선 통신에 적합한 ZigBee, KNX, WiFi, BlueTooth 또는 WiMax의 프로토콜에 기반하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 변조/복조 프로토콜은 이더넷(Ethernet) 또는 PLC(power line carrier) 기술인 유선 기술에 적합한 프로토콜에 기반한 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 송수신용 유닛은, 송신 파라미터 및/또는 클락 신호를 셋업하기 위해, 포워드 링크 전기 신호로부터의 신호 정보를 추출하는 추출 수단을 포함하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 송수신용 유닛은 다음의 표준 중 하나를 사용하여, 신호를 복조할 수 있는, 상기 포워드 링크 전기 신호의 복조기를 포함하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
    - DVB-T;
    - DVB-T2;
    - DVB-S;
    - DVB-S2;
    - DVB-SH.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 송수신용 유닛 및/또는 상기 박스는 WiFi, WiMax, BlueTooth, ZigBee 또는 KNX 수단의 무선 연결 수단을 포함하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 리턴 링크 전기 신호는 송신 주파수 S 밴드에서, 또는 송신 주파수 C 밴드에서, 변조되는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단은 UHF 또는 VHF 밴드에서 지상 마이크로웨이브 무선 신호를 수신할 수 있는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단은 Ku 밴드 또는 Ka 밴드에서 위성 마이크로웨이브 무선 신호를 수신할 수 있는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 송수신용 유닛은 상기 위성에 의해 전송될 수 있는 무선 전기 신호를, 위성 및/또는 지상 수신국에 송신하는 송신 수단을 포함하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치에 통합될 수 있는 송수신용 유닛에 있어서,
    - 지상 또는 위성 수단에 의해 수신된 무선 전기 신호의 변환으로부터 출력된, 포워드 링크 전기 신호인 전기 신호를 수신할 수 있는 수신 수단(4);
    - 제 1 변조/복조 프로토콜을 사용하여 전기 신호를 복조할 수 있는 복조기(21);
    - 상기 제 1 변조/복조 프로토콜과는 다른 확산 스펙트럼 프로토콜인 제 2 변조/ 복조 프로토콜을 사용하고, 상기 복조기(21)에 의해 복조된 신호를 변조하는 전기 신호 변조기(5);
    - 상기 확산 스펙트럼 프로토콜을 사용하여 변조되고 리턴 링크 전기 신호인 전기 신호를, 위성에 의해 전송될 수 있는 무선 전기 신호로 변환하는 변환 수단(23);을 포함하는 송수신용 유닛.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 송신 주파수 S 밴드는 1980 MHz 내지 2010 MHz 밴드를 포함하는 마이크로웨이브 무선 신호 송수신 장치.
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