KR19980042704A - 위성 기반 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
위성 기반(space-based) 통신 시스템(10)에 있어서, 제 1의 위성(22)은 제 1의 고도에서 지구를 선회하며, 제 2의 위성(20)은 통신 링크를 통해 상기 제 1의 위성(22)에 연결되며 상기 제 1의 고도와는 다른 제 2의 고도에서 지구를 선회한다. 상기 제 1의 위성(22) 및 제 2의 위성(20)은 상기 제 1의 위성(22)이 상기 제 2의 위성(20)의 시야에 들어올 때 위성 제어 정보를 서로 통신한다. 다수의 제 2의 위성(20)이 존재하는 경우, 상기 제 2의 위성(20) 사이의 크로스-링크는 음성 및 데이터 정보를 서로 전송하기 위해서 모든 이용가능한 대역폭을 사용한다.
Description
기술 분야
본 발명은 일반적으로 위성 기반(space-based) 통신 시스템에 관한 것으로, 특히, 상이한 궤도상에서 위성 제어 정보를 서로 통신하는 위성에 관한 것이다.
발명의 배경
종래의 위성 통신 시스템의 몇 몇 위성은 자신과 동일한 궤도 고도를 공유하는 인접 위성과 통신할 수 있다. 이러한 위성 상호간의 연결(inter-satellite connection)은 크로스-링크로 언급되는데, 이러한 크로스-링크에 의해 음성 및/또는 데이터가 한 위성에서 다른 위성으로 전송된다. 만약 지상에 위치하는 기지국이 명령 정보를 수신하는 제 1의 위성과는 다른 위성으로 향하도록 예정된 명령 정보를 전송하게되면, 상기 명령 정보를 수신하도록 선택된 위성이 실제 상기 명령 정보를 수신하기 전에 상기 명령 정보는 여러 크로스-링크를 통과하게 된다. 한 위성에서 다른 위성으로 이러한 데이터 또는 정보의 중계(relaying)는 통상 호핑(hopping)으로 언급된다. 호핑은 특히 명령 정보가 여러 상이한 위성을 통해 중계되는 경우 유용한 에너지 및 대역폭을 소모하게 된다.
따라서, 위성 제어 정보 또는 명령이 예정된 위성에 의해 수신되기 전에 위성 통신 시스템이 차지하는 홉(hop)의 수를 감소하는 위성 통신 시스템에 대한 상당한 요구가 있다. 또한, 위성 제어 정보에 대한 크로스링크의 사용은 반향 생성 트래픽(revenue generating traffic)을 전송하는데 사용될 수 있는 크로스링크 대역폭을 소모할 것이다. 이러한 트래픽은 음성에만 제한되는 것이 아니라 데이터 또는 팩스 정보도 포함한다. 따라서, 크로스링크 상에서 전송되는 위성 제어 트래픽을 최소화해서, 반향 생성 트래픽용의 유용한 대역폭을 최대화하는 위성 통신 시스템에 대한 상당한 요구가 있다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 위성 통신 시스템을 간단하게 도시하는 도.
도 2는 위성을 아주 간단하게 나타내는 도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
20, 22 : 위성
30 : 가입자 유닛
34 : 프로세서
36 : 메모리
40 : 기지국
본 발명은 지구의 정지 궤도(geosynchronous satellite)상에 있는 위성의 네트워크가 저궤도 위성의 네트워크와 통신할 수 있다는 점에서 유용성을 갖는다. 정지 궤도 위성을 통해 위성 제어 정보 및 명령을 전송하는 것에 의해, 이러한 정보를 전송하는데 저궤도 크로스-링크가 필요 없게 된다. 기지국(즉, 위성 제어 설비)은 정지 위성과 직접적으로 통시하는데, 상기 정지 위성은 차례대로 기지국을 저궤도 또는 중궤도 위성으로 직접적으로 전달한다. 정지 궤도 위성은 가시도(visibility)를 가지기 때문에 한 번에 여러 저궤도 위성과 통신할 것이다. 3 개 또는 4 개의 정지 위성을 연결하는 것에 의해, 저궤도 위성배치(constellation)의 모든 위성은 가시화 될 것이다.
도 1은 아주 단순화된 위성 통신 시스템(10)을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통신 시스템(10)은 적어도 두 개의 위성(20, 22)과 임의의 다수의 가입자 유닛(30) 및 적어도 하나의 기지국(40)을 포함한다. 일반적으로, 통신 시스템(10)의 위성(20, 22)과, 가입자 유닛(30) 및 기지국(40)은 한 네트워크의 노드로 관측될 것이다. 통신 시스템(10)의 모든 노드는 통신 링크를 통해 통신 시스템(10)의 다른 노드와 데이터 통신을 할 것이다. 또한, 통신 시스템(10)의 모든 노드는 공중 회선 교환 전화망(Public Switched Telephone Networks; PSTNs)을 통해 전 세계에 흩어져 있는 다른 전화 장치 및/또는 종래의 지상 기지국을 통해 PSTN에 접속된 종래의 지상 통신 장치와 데이터 통신을 할 것이다.
본원 전체에 걸쳐 사용된 위성은 지구를 선회하도록 의도된 인공의 물체 또는 매체를 의미한다. 위성배치(constellation)는 지구 전체 또는 일부의 특정 유효범위(coverage)(즉, 무선 통신, 원격 검출(remote sensing), 기타 등등)를 제공하기 위해 궤도에 정렬된 다수의 위성을 의미한다. 위성배치는 통상적으로 위성으로 이루어진 다수의 링(또는 평면)을 포함하며, 필수적인 것은 아니지만, 각 평면에 동일한 수의 포함할 수도 있다.
본 발명은 지구상의 특정 영역을 지구상의 특정 셀로 할당하는 위성 기반 통신 시스템(10)에 적용할 수 있으며, 특히 지구 표면을 가로질러 셀을 이동하는 시스템(10)에 적용할 수 있다. 위성(20)은 단일 위성이거나 또는 지구를 선회하는 위성으로 이루어진 위성배치에서 많은 위성(20) 중 하나일 수도 있다. 본 발명은 또한 극궤도(polar orbital), 적도 궤도(equatorial orbital), 경사지거나 또는 다른 궤도 패턴을 포함하는, 임의의 경사각으로 지구를 선회하는 위성(20)을 구비하는 위성 기반 통신 시스템(10)에 적용할 수 있다. 본 발명은 지구 전체에 대한 완전한 유효범위 설정이 성취되지 않는(즉, 위성배치에 의해 제공되는 통신 유효범위에서 구멍이 발생되는) 시스템(10)과 지구의 일부에 대해 복수의 유효범위가 발생하는(즉, 하나 이상의 위성이 지표상의 특정 지점을 바라보는) 시스템(10)에 적용될 수 있다.
양호한 실시예에 있어서, 위성(20)은 낮은 궤도에 있고, 위성(22)은 정지 위성이다. 다른 실시예에 있어서, 위성(20)은 중간 궤도에 있고, 위성(22)은 정지 위성이다. 또 다른 실시예에 있어서, 위성(20)은 낮은 궤도에 있고, 위성(22)은 중간 궤도에 있다. 위성(20)에 서비스를 제공하는 위성(22)은 하나 이상 존재할 것이고 이들 위성(22)은 서로 통신할 수 있을 것이다. 저궤도 위성은 통상적으로 700 내지 1,400㎞(400 내지 800 마일) 높이의 고도 범위에 있으며, 중간 궤도는 약 10,000㎞(6200 마일)의 높이에 있으며, 정지 위성은 약 36,000㎞(23,000 마일)의 높이에 있다.
각 위성(20)은 크로스-링크를 통해 근처의 다른 위성(20)과 통신한다. 이들 크로스-링크는 위성 기반 이동 통신 시스템(6)의 백본(backbone)을 형성한다. 따라서, 지구 표면 근처 또는 바로 위의 임의의 지점에 위치하는 가입자 유닛(subscriber unit; 30)으로부터의 음성 데이터, 팩스 및 데이터(이들에 제한되는 것은 아니다)를 포함하는 콜 또는 사용자 통신은 위성(20) 또는 위성의 배치를 통해 지표 상의 실질적으로 다른 임의의 지점의 영역으로 경로지정 될 것이다. 통신은 다른 위성으로부터 지표 상의 또는 지표 근처의 가입자 유닛(31)(상기 가입자 유닛은 콜을 수신한다)으로 경로지정 될 것이다. 위성(20)이 가입자 유닛(30) 및 기지국(40)과 물리적으로 어떻게 통신하는가 하는 것은 기술적인 분야에서 통상의 기술을 지닌 자에게는 널리 공지되어 있다. 위성(20)은 위성(22)이 시야에 있을 때 크로스-링크를 통해 위성(22)과 통신한다. 위성(22)이 항상 위성(20)의 시야에 있는 것은 아니지만, 지구 주위의 자기 궤도에서 일정 주기의 시간동안은 위성(22)이 시야에 있게된다. 다른 실시예에 있어서, 다수의 위성(22)이 존재하고, 각 위성(20)은 지구 둘레의 어느 궤도에 있든지 간에 위성(22)의 하나와 통신할 수 있다. 또한, 각 위성(22)은 인접한 위성(22)과 통신할 수도 있다.
위성(20) 및 위성(22) 사이의 크로스-링크는, 위성 명령, 원격 계측자료(telemetry), 트래픽 라우팅 벡터, 트래픽 연결 설정, 해제 메시지(release messaging), 셀 채널 주파수, 위성 궤도 수정 명령(satellite maneurvering command), 셀 셧다운 스케쥴(이들에 제한되는 것은 아니다)을 포함하는 위성 제어 정보를 전송한다. 위성 제어 정보는 또한 시간 식별 빔 온/오프 테이블(time-tagged beam on/off tables)과 같은 전화 무선 링크 관리 데이터와, 무선 리소스의 할당 및 할당해제(deallocation)와 같은 시간 식별 빔 관련 무선 채널 데이터(time-tagged beam related radio channel data), 및 시간 식별 빔 관련 방송 채널 데이터(time-tagged beam related broadcast channel data)를 포함한다.
위성(22)은 기지국(40)으로부터 하나 이상의 위성에 대한 위성 제어 정보를 수신한다. 위성(22)이 위성 제어 정보를 위성(20)으로 전송하기 때문에, 위성(20) 간의 크로스-링크는 한 가입자 유닛(30)에서 다른 가입자 유닛(30)으로의 콜을 지원하기 위해서 사용자 정보(예를들면, 음성, 팩스 및 데이터)를 전송하기만 한다.
가입자 유닛(30)은 지표 상의 임의의 지점이나 또는 지표 상의 대기 속에 존재할 것이다. 이동 통신 시스템(10)은 임의의 수의 가입자 유닛(30)을 수용할 것이다. 가입자 유닛(30)은 되도록 위성(20) 및/또는 기지국(40)으로부터 음성 및/또는 데이터를 수신할 수 있는 통신 장치이다. 일 실시예로서, 가입자 유닛(30)은 위성(20) 및/또는 기지국(40)으로 전송하고 상기 위성(20) 및/또는 기지국(40)으로부터의 전송을 수신하기 위해 적응된 휴대형(hand-held) 이동 위성 셀룰러 전화기일 것이다. 또한, 가입자 유닛(30)은 E-메일 메시지, 비디오 신호 또는 팩시밀리 신호를 전송할 수 있는 컴퓨터일 수도 있다.
가입자 유닛(30)이 어떻게 음성 및/또는 데이터를 위성(20)으로 전송하고 위성(20)으로부터 수신하는가 하는 것은 통상의 기술을 가진자에게는 널리 공지되어 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 있어서, 가입자 유닛(30)은 다수의 채널로 분할되는 전자기 스펙트럼의 제한된 일부를 이용해서 위성(20)과 통신한다. 상기 채널은 되도록 L-밴드, K-밴드, S-밴드의 주파수 채널이거나 또는 이들의 결합이지만, 주파수 분할 다중 액세서(FDMA) 및/또는 시분할 다중 액세스(TDMA) 및/또는 코드 분할 다중 액세스(CDMA) 통신 또는 이들의 임의의 결합을 포함할 수도 있다. 기술적인 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다른 방법이 사용될 수도 있다.
기지국(40)은 위성(22)을 통해 위성(20)과 통신하고 위성(20)을 제어한다. 지상의 상이한 영역에 위치하는 다수의 기지국(40)이 있을 것이다. 예를들면, 호놀룰루에 한 기지국이 있고, 로스앤젤레스에 다른 기지국이 있으며, 워싱톤 D.C.에 또 다른 기지국이 있을 것이다. 기지국(40)은 위성 signalling 명령을 위성(22)으로 제공해서 위성(22 및 20)으로 하여금 그들의 궤도에서 적절한 위치를 고수하도록 하고 다른 필수적인 하우스키핑 작업(housekeeping tasks)을 수행하도록 한다. 기지국(40)은 또한 위성(20)으로부터 음성 및/또는 데이터를 수신할 책임이 있다. 기지국(40)이 위성(22 및 20) 및/또는 가입자 유닛(30) 어떻게 물리적으로 통신하는가 하는 것은 통상의 기술을 가진 자에게는 잘 알려져 있다.
도 2는 위성(20 또는 22)의 아주 단순화된 다이어그램의 일 예를 도시하고 있다. 위성(20)은 적어도 두 개의 트랜스시버(30)와, 프로세서(34) 및 메모리(36)를 포함한다. 위성(20)의 몇 몇 트랜스시버(30)는 위성(22) 및 기지국(40)으로 위성 제어 정보를 전송하고 위성(22) 및 기지국(40)으로부터의 위성 제어 정보를 수신한다. 프로세서(34)는 위성(20, 22)의 전체 동작을 제어하고, 소프트웨어 애플리케이션 프로그램을 실행할 것이다. 메모리(36)는 프로세서(34)에 의해 수행되는 소프트웨어 프로그램을 저장한다. 도 2에는 하나의 프로세서(34)와 하나의 메모리(36)가 도시되었지만, 기술적인 분야에서 능숙한 자는 하나 이상의 프로세서와 메모리가 위성(20 및 22)에서 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 프로세서의 수 및 메모리의 크기는 본 발명에 있어서는 중요하지 않다.
본 발명의 이점은 제어 정보를 다른 저궤도 위성으로 제공하는 저궤도 위성 크로스-링크를 필요로 하지 않는다는 점이다. 다른 이점은 위성(22)에서 위성(20)으로 위성 제어 정보를 통신하기 위해 단지 하나의 홉만이 요구된다는 점이다. 따라서, 위성 제어 명령은 지정된 저궤도 위성으로 더 빨리 도달할 수 있다. 또 다른 이점은 제어 정보용으로 이전에 사용된 대역폭이 위성(22)에 의해 전송될 수 있고, 이것은 반향을 포함하는 트래픽(revenue-bearing traffic)에 대해 더 많은 대역폭을 허용한다.
따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 취지 및 범위 내에 있는 본 발명의 모든 변형예를 포괄한다. 예를들면, 다음과 같은 결합이 가능하다: 중궤도 또는 저궤도 위성(20)과 통신하는 정지 위성(22), 또는 저궤도 위성(20)과 통신하는 중궤도 위성(22).
Claims (5)
- 위성 기반 통신 시스템(10)에 있어서,제 1의 궤도에서 지구를 선회하는 제 1의 위성(22); 및통신 링크를 통해 상기 제 1의 위성(22)과 결합되고 상기 제 1의 궤도와는 다른 제 2의 궤도에서 지구를 선회하는 제 2의 위성(20)을 포함하고,상기 제 1의 위성(22) 및 제 2의 위성(20)은 서로 위성 제어 정보를 통신하는 것을 특징으로 하는 위성 기반 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서,제 1의 무선 주파수 신호를 전송하고 수신할 수 있는 기지국(40); 및제 2의 무선 주파수 신호를 전송하고 수신할 수 있는 적어도 하나의 가입자 유닛(30)을 더 포함하고,상기 제 1의 위성(22)은,제 1의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 기지국(40)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및제 3의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 제 2의 위성(20)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하며,상기 제 2의 위성(20)은,상기 제 3의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 제 1의 위성(22)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및상기 제 2의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 가입자 유닛(30)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 기반 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서,제 1의 무선 주파수 신호를 전송하고 수신할 수 있는 기지국(40); 및제 2의 무선 주파수 신호를 전송하고 수신할 수 있는 적어도 하나의 가입자 유닛(30)을 더 포함하고,상기 제 1의 위성(22)은,상기 제 1의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 기지국(40)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및광학 신호를 수신하고 상기 제 2의 위성(20)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하고,상기 제 2의 위성(20)은,상기 광학 신호를 수신하고 상기 제 1의 위성(22)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및상기 제 2의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 가입자 유닛(30)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 기반 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서,광학 신호를 전송하고 수신할 수 있는 기지국(40); 및제 1의 무선 주파수 신호를 전송하고 수신할 수 있는 적어도 하나의 가입자 유닛(30)을 더 포함하고,상기 제 1의 위성(22)은,상기 광학 신호를 수신하고 상기 기지국(40)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및제 2의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 제 2의 위성(20)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하며,상기 제 2의 위성(20)은,상기 제 2의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 제 1의 위성(22)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및상기 제 1의 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 가입자 유닛(30)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 기반 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서,제 1의 광학 신호를 전송하고 수신할 수 있는 기지국(40); 및무선 주파수 신호를 전송하고 수신할 수 있는 적어도 하나의 가입자 유닛(30)을 더 포함하고,상기 제 1의 위성(22)은,상기 제 1의 광학 신호를 수신하고 상기 기지국(40)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및제 2의 광학 신호를 수신하고 상기 제 2의 위성(20)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하며,상기 제 2의 위성(20)은,상기 제 2의 광학 신호를 수신하고 상기 제 1의 위성(22)으로 전송할 수 있는 제 1의 트랜스시버; 및상기 무선 주파수 신호를 수신하고 상기 가입자 유닛(30)으로 전송할 수 있는 제 2의 트랜스시버를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 기반 통신 시스템.
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