KR19990072064A

KR19990072064A - 위성 직접 무선 방송 시스템

Info

Publication number: KR19990072064A
Application number: KR1019980704368A
Authority: KR
Inventors: 에스. 조셉 캄파넬라
Original assignee: 라라미에 제임스 알; 월드스페이스 인코퍼레이티드
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 1999-09-27
Also published as: AU1143497A; BR9611882A; NZ324563A; ID16331A; US6249514B1; AP792A; CZ170598A3; EP0956671A4; OA10793A; US7031272B2; CN1204431A; EA001040B1; IL124715A; UY24393A1; AP9801256A0; JO1942B1; TR199800997T2; PL327068A1; EP0956671A1; MY132366A

Abstract

본 발명은 주파수 분할 다중화 업링크와 시분할 다중화 다운링크를 이용하는 위성 직접 오디오 방송 시스템에 관한 것으로서, 상기 시스템은 고정 전송율을 갖고 균일한 복수의 주파수분할 다중 접속("FDMA") 업링크(21)와 시분할 다중화("TDM") 다운링크(27)를 포함하고, 소스 오디오 채널은 수신기에서 선택 가능한 오디오 음질을 갖기 위해 선택 가능한 수의 고정 전송율 업링크로 분할되어 이를 통해 전송되고, 고정 전송율 FDMA 업링크는 관련된 채널을 관련된 소스 정보를 포함하는 것으로 나타내는 정보를 포함하고, 온보드 위성 베이스대역 처리는 하나 또는 다중 TDM 다운링크로의 산입 또는 어떤 것에도 산입하지 않기 위해 업링크 정보 채널을 포함하며, 전송된 오디오 정보는 스크램블되고, 요금을 지불한 가입 서비스를 위해 디스크램블링을 허용하는 권한 부여가 수신기로 다운로드되는 것을 특징으로 한다.

Description

위성 직접 무선 방송 시스템

본 발명은 위성 직접 무선 방송, 특히 방송과 음향(음성과 음악) 프로그래밍을 위해 주파수 분할 다중화 업링크(uplink)와 시분할 다중화 다운링크(downlink)를 이용하는 위상 기반 방송 통신 시스템에 관한 것이다.

초기의 위상 통신 시스템은 간단한 중계기(repeater)로 기능하는 공간 기반 무선 주파수 트랜스폰더(transponder)를 사용하였다. 종래의 한 체계에서, 복수의 자원은 각각 독립된 업링크 반송파 중심 주파수(업링크 FDMA)로 전송하고, 위성 트랜스폰더는 각각의 신호를 독립된 다운링크 반송파 주파수(다운링크 FDMA)로 중계하였다. 종래의 다른 체계에서, 복수의 자원은 여러 송신기로부터의 버스트(burst)가 충돌하지 않도록(TDMA) 조정된 방식으로 동일한 반송파 주파수로 버스트를 전송하고, 트랜스폰더는 단일 다운링크 반송파의 모든 신호를 중계하였다. 또한, 다른 체계는 한 업링크 빔의 신호들이 선택된 다운링크 빔으로 제어 가능하게 변환될 수 있도록 복수의 안테나 빔과 온보드 위성(on-board-the-satellite) 스위칭을 이용한다.

종래의 많은 시스템은 상당한 수의 송신 및/또는 수신 설비를 필요로 한다. 게다가, 시스템 구조가 다양함에도 불구하고 저가의 고객의 무선 수신기로의 음향 무선 프로그래밍의 직접 방송에 적합한 시스템이 구현된 적은 없었다.

현재 단파 무선의 빈약한 음질 또는 진폭변조("AM") 대역과 주파수변조("FM") 대역 지상 무선 방송 시스템의 방송 범위 한계에 불만을 나타내고 40억 이상의 인구가 존재한다. 이들은 주로 아프리카, 중미와 남미 및 아시아에 거주하고 있다. 본 발명에 따른 위성 직접 음향 방송("DAB") 시스템은 현재 지상 무선 프로그래밍을 여러 가지 한계를 갖고 수신하는 전세계의 사람들이 접속 가능한 고품질의 무선 채널을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 저가의 고객 무선 수신기에 음성과 음악 프로그래밍과 같은 음향 신호를 전송하는데 적합한 위상 직접 무선 음향 방송 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 "AM" 대역 음질 단청, "FM" 대역 음질 스테레오 및 "CD" 음질 스테레오와 같은 신호 품질과 다양한 소스로부터의 복수의 음향 신호를 저가의 고객 무선 수신기에 전송하는데 적합한 위상 직접 음향 방송 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 위성과 직접 접속하는 개별적인 업링크 브로드캐스터(broadcaster)를 제공하면서 또한 인가받지 않은 방송이 고객 무선에 의해 수신되지 못하도록 할 수 있는 위성 직접 음향 방송 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저가의 고객 무선 수신기에 의해 가입(유료 가입) 서비스를 제공하면서 또한 동일한 서비스 지역에 있는 비가입자 수신기에는 서비스를 제한할 수 있는 위성 직접 음향 방송 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 이런 목적들과 다른 목적들은 주파수 분할 다중 접속 업링크(FDMA)와 시분할 다중화(TDM) 다운링크를 갖는 위성 직접 음향 방송 시스템을 제공함으로써 달성된다. 방송국은 각각 16Kbit/sec(KBPS)의 데이터 전송율의 소스 신호 데이터 전송율을 갖는 하나 이상의 "프라임 전송율(prime rate)" 채널을 전송한다. 각각의 프라임 전송율 채널은 분리된 반송파상에 전송된다. 위성에서 프라임 전송율 업링크 채널은 단일 TDM 채널로 다중화된다. 무선 수신기는 TDM 다운링크를 디멀티플렉스하고, 선택된 품질의 서비스를 제공하기 위해 하나 이상의 프라임 전송율 채널을 재조합한다. 시스템 제어센터는 위성을 통해 집중형 명령을 제공한다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 위성 시스템에서 처리된 통신 작업의 동작 원리를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 업링크 주파수 분할 다중 접속 채널로부터 다운링크 시분할 다중화 채널로의 정보의 재할당을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 위성 신호 처리를 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 위성 프로세서를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 위성 트랜스폰더 구성을 나타내는 도면,

도 6A 및 도 6B는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 프로그램 신호 처리를 나타내는 도면 및

도 7은 본 발명에 따른 위성 통신 시스템의 휴대형 무선 수신기에서 프로그램 신호 처리를 나타내는 도면이다.

본 발명은 3개의 정지 위성, 저가의 무선 수신기 및 관련된 지상 제어 네트워크로 구성되는 것이 바람직하다. 바람직한 위성은 다음의 정지 궤도에서 아프리카-아랍 지역, 아시아 지역 및 카브리해와 라틴 아메리카 지역을 커버한다.

◆ 아프리카와 중동에 DAB를 제공하는 21。E 궤도 위치

◆ 중미와 남미에 DAB를 제공하는 95。W 궤도 위치

◆ 동남아시아와 태평양 연안에 DAB를 제공하는 105。W 궤도 위치

바람직한 시스템은 1467 내지 1492㎒의 주파수대역을 사용하고, 이 주파수 대역은 WARC 92, 즉 ITU 협약 33과 528에 따라 위성 방송 서비스(BSS) DAB에 할당되었다. 브로드캐스터는 7050에서 7075㎒ 까지의 X 대역에서 피더(feeder) 업링크를 사용한다.

이 시스템은 디지털 음향 코딩 기술을 사용한다. 각각의 위성은 AM 단청, FM 단청, FM 스테레오 및 CD 스테레오와 같은 음질을 갖는 디지털 무선 음향 신호를 각각의 방송 지역 전체에 페이징 비디오 이미지 및 텍스트 전송과 같은 보조 데이터와 함께 라디오로 직접 전송한다. 이 시스템은 또한 기업 애플리케이션용 PC로의 대용량 데이터베이스 다운로드, 여행자를 위한 지도와 인쇄된 형태의 텍스트 정보, 그리고 심지어는 광고와 오락용 오디오 프로그램을 확대하기 위한 칼라 이미지와 같은 멀티미디어 서비스를 전송한다.

각각의 위성은 각각 약 6。의 빔 폭을 갖는 3개의 다운링크 스폿 빔을 갖는 것이 바람직하다. 각각의 빔은 빔 중심으로부터 4㏈ 아래인 전력 분포선내에서 약 천4백만 평방킬로미터를 커버하고, 8㏈ 아래인 분포선내에서 2천8백만 평방킬로미터를 커버한다. 빔 중심 여유는 -13㏈/K의 수신기 이득 대 온도 비에 기초한 14㏈일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 위성 시스템의 동작 원리를 나타낸다. 업링크 신호(21)는 브로드캐스터로부터 10。보다 높은 고도각을 갖는 위성의 지상 시야내 임의의 곳에 위치한 기지국(23)에서 각각의 주파수 분할 다중 접속("FDMA") 채널을 통해 브로드캐스터로부터 송출된다. 각각의 브로드캐스터는 자체 설비로부터 단일 반송파에 하나 이상의 16 KBPS 프라임 전송율 채널을 위치시키는 위성 중 하나에 직접 업링크할 수 있다. 대안적으로 위성에 직접 접속할 수 없는 브로드캐스터는 허브(hub) 국을 통해 접속할 수 있다. 업링크에 대해 FDMA를 사용함으로써 복수의 독립된 방송국 사이에 가장 가능성이 높은 유연성이 제공된다.

업링크 FDMA와 다운링크 MCPC/TDM 사이의 변환은 베이스대역 레벨에서 온보드 위성에서 얻어진다. 위성(25)에서 방송국에 의해 전송된 각각의 프라임 전송율 채널은 개별적인 16 kbps 베이스대역 신호로 디멀티플렉스된다. 각각의 채널들은 다운링크 빔(27) 중 하나 이상으로 경로가 할당되고, 이들 빔은 각각 단일 TDM 신호이다. 이 베이스대역 처리는 업링크 주파수 할당 및 업링크와 다운링크 사이의 채널 경로할당의 관점에서 고도의 채널 제어를 제공한다. 업링크 신호는 X 밴드로 위성에 수신되고, L밴드로 역변환된다.

다운링크는 반송파 시분할 멀티플렉싱에 대해 복수의 채널을 사용한다. 이들 반송파 중 하나는 각각의 위성에 있는 3개의 빔에 각각 사용된다. TDM 직교 위상편이변조("QPSK") 전송은 연속적인 순방향 오류 정정법(FEC) 코딩 및 Viterbi FEC 코딩을 사용하는 시스템 A(COFDM)를 사용하여 실행된다.

도 2는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 업링크 주파수 분할 다중 접속 채널로부터 다운링크 시분할 다중화 채널로의 프라임 전송율 채널의 재할당을 나타낸다. 전체 업링크 용량은 16 kbps의 288 및 384개의 프라임 전송율 업링크 채널(31)이 바람직하다. 96개의 프라임 전송율 채널(33)이 선택되고, 각각의 다운링크 빔(35)에서의 전송을 위해 다중화되고, 약 2.5㎒ 대역폭의 반송파상에 시분할 다중화된다. 각각의 업링크 채널은 다운링크 빔 전체, 일부분에 경로가 할당되거나 어느 것에도 할당되지 않을 수 있다. 다운링크 빔에서 프라임 전송율 채널의 배열과 위치는 원격측정(telemetry), 레인지(range) 및 제어("TRC") 설비(24)로부터 충분히 선택할 수 있다.

각각의 다운링크 빔의 반송파 주파수는 서로 상이하여 빔 대 빔 분리가 향상된다. 각각의 TDM 다운링크 채널은 링크 성능의 관점에서 가장 가능성이 높은 전력 효율을 제공하는 포화상태의 위성 유효 용량에서 동작된다. 트랜스폰더 동작에 대한 단일 반송파의 사용으로 태양력을 무선 주파수 전력으로 변환한다는 점에서 위성 통신 유효 용량의 가장 효율적인 동작이 달성된다. 이것은 복수의 FDM 반송파에 대한 동시 증폭을 필요로 하는 기술보다 더 효율적이다. 이 시스템은 정지 및 이동 수신처내외에 적합한 높은 수신 여유를 발생한다.

무선 채널 용량

이 시스템은 각각 16, 32, 64 및 128kbps의 비트 전송율로 열거된 품질을 달성하는 MPEG 2, LAYER 3을 사용하는 소스 코딩을 포함한다. 이 시스템의 오류율은 10^-10보다 적고, 따라서 고품질의 디지털 이미지와 멀티미디어 서비스를 위한 데이터 전송에 적합하다. MPEG 2 LAYER Ⅲ 코딩은 동일한 오디오 품질에 대한 종래의 MPEG 1 LAYER Ⅱ(musicam) 표준보다 좋은 비트전송율 효율을 제공한다. 디지털 코딩된 소스 비트 전송율은 다음과 같다.

◆ 모노(monophonic) 음성에 대해 16kbps

◆ FM 음질과 유사한 모노 음악에 대해 32kbps

◆ FM 음질과 유사한 스테레오 음악에 대해 64kbps

◆ CD 음질과 유사한 스테레오 음악에 대해 128kbps

음질에 따른 비트 전송율에 대한 이득은 layer Ⅱ에서 약 50%이다. MPEG 2 layer Ⅲ 코딩은 아래 버전과 호환되고, 필요하다면 예를 들어 MPEG 1 layer Ⅱ의 사용을 허용한다.

바람직한 구현에서, 각각의 위성은 상기한 오디오 서비스의 임의의 조합일 수 있는 빔에 대해 3072kbps의 전체 용량을 전송할 수 있다. 이는 다음 각각의 빔에 대한 용량에 대응한다.

◆ 192개의 모노 음성 채널

◆ 96개의 모노 음악 채널

◆ 48개의 스테레오 음악 채널

◆ 24개의 CD 스테레오 음악 채널

◆ 상기 신호 음질의 임의 조합

전체 시스템은 이전에 정의된 여러 가지 서비스 음질을 제공하는 경우 10^-4또는 보다 좋은 비트오류율(BER)을 갖는 디지털 신호를 전송한다. 위성으로부터 송출된 L 대역의 각각의 다운링크 TDM에 대하여, TDM 반송파의 도달 범위의 끝(edge)(EIRP)은 49.5㏈W이다. 이 EIRP는 특정 순방향 오류 정정과 함께 기준 무선 수신기 안테나를 사용하여 10-4 BER에 대해 최소 9㏈의 여유를 보장한다. 이 여유는 예정된 도달 영역에 완전한 음질의 수신을 조건으로 할 때 위성과 수신기 사이의 경로에서 장애로 인한 신호 손실을 제거하는데 도움을 준다.

불합리한 위치의 무선 수신기는 대용량 이득 안테나에 연결되거나 장애가 없는 위치에 위치한 안테나에 연결될 수 있다. 예를 들어 대규모 빌딩에서의 수신은 전체 빌딩에 대한 공통 루프(roof) 안테나 또는 창문 근처의 개별적인 수신 안테나를 필요로 할 수 있다. 지상 도달 범위의 4㏈ 하강선에서, 채널은 10-4의 비트오류율을 전송하는데 필요한 전력밀도에 비례하여 10㏈의 추정 여유를 가진다. 빔 중심에서 이 여유 추정은 14㏈이다.

프라임 전송율 채널은 시스템의 빌딩 블록(building block)이고, 보다 높은 비트오류율을 달성하기 위해 결합될 수 있다. 프라임 전송율 채널은 초당 128kbit 정도의 비트오류율로 프로그램 채널을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 보다 높은 비트오류율에 대한 비트오류율은 변경하지 않는다. 4㏈ 선내에서 대부분의 무선은 가상적으로 0인 구조물과 간섭하는 60。보다 큰 고도각에서 위성을 바라볼 것이다. 8㏈ 선내에서 위성에 대한 고도각은 반사 또는 구조물의 방해로 인한 간섭이 수시로 발생할 수 있는 50。보다 클 것이다.

위성

이 시스템은 베이스대역 처리 위성 유효 용량을 포함한다. 베이스대역 처리로 적어도 업링크와 다운링크 링크 경비, 방송국의 관리 및 다운링크 신호의 제어에 대하여 향상된 시스템 성능이 허용된다.

도 3은 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서의 위성 신호 처리를 나타낸다. 코딩된 프라임 전송율 업링크 반송파는 X-대역 수신기(41)에서 수신된다. 다상 디멀티플렉서와 복조기(43)는 288개의 개별적인 FDMA 신호를 수신하고, 288개 신호 데이터가 시분할 다중화되는 단일 아날로그 신호를 발생하며, 연속적인 데이터의 고속 복조를 실행한다. 경로할당 스위치와 변조기(45)는 선택적으로 연속적인 데이터의 개별적인 채널을 3개의 다운링크 신호 전체 또는 몇 개에 할당하거나 어느 것에도 할당하지 않고, 또한 3개의 다운링크 신호를 변조하고 고역변환(upconvert)한다. 도파관 증폭기(47)는 3개의 다운링크 신호를 증대시키고, 이것은 L-대역 송신 안테나(49)에 의해 지상으로 방사된다. 위성(25)은 또한 디멀티플렉서(42)와 증폭기 그룹(44)을 포함하며, 이것은 주파수가 재전송을 위해 입력 신호를 변환하는 종래의 "구부러진 파이프" 신호 경로에 구성된다.

도 4는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 위성 베이스대역 프로세서(51)와 관련된 다운컨버터(53)와 업컨버터(52) 구성요소를 나타낸다. 다운컨버터는 분주기(61)에 대한 광대역 입력에서 288개의 반송파를 수신한다. 이 분주기는 각각이 48개의 프라임 전송율 채널(여전히 각각의 반송파에 대하여 변조되는)을 전송할 수 있는 8개의 600㎒ 출력 포트를 제공한다. 첫 번째로, 8:3 잉여 다운컨버터(63)(신디사이저(64)와 결합하여 동작하는)는 선택적으로 약 140㎒의 중간 주파수까지 선택된 입력을 강하시킨다. 8개의 잉여 저역변환 경로가 제공되지만, 288개의 프라임 전송율 채널에 대해서는 다만 6개가 필요할 뿐이다.

두 번째로, 8:3 잉여 다운컨버터(65)(국부발진기(66)와 결합하여 동작하는)는 약 3㎒의 베이스대역 신호까지 선택된 중간주파수 입력을 강하시킨다. 제 1 다운컨버터와 마찬가지로, 8개의 경로가 제공되지만, 다만 6개가 필요할 뿐이다.

베이스대역 프로세서(51)는 일련의 8개의 잉여 아날로그-디지털 컨버터(54)와 복조기(55)를 포함한다. 각각의 A/D 컨버터는 여전히 분리된 반송파에 대해 48개의 프라임 전송율 채널을 갖는 단일 신호를 수신한다. 복조기는 시분할 다중화된 프라임 전송율 채널로부터 정보를 갖는 단일 출력을 발생하는 다상 디멀티플렉서/복조기를 포함한다. 라우터(router)(56)는 선택된 일련의 모든 복조기로부터의 연속적인 데이터 스트림이 수신되는 절차에 따라 저장되도록 수신 디지털 메모리 기억장치를 포함하며, 이는 288개의 채널에 대한 데이터가 5개의 잉여 출력 경로 중 어느 하나로 판독되도록 허용한다. 한 번에(각각의 다운링크 빔에 대해 한 번) 3개의 경로가 활성화되고, 여분으로 부가적인 경로가 제공된다. 각각의 출력 경로는 96개의 프라임 전송율 채널에 대해 병렬로 데이터를 수신한다. 임의의 프라임 전송율 채널은 선택된 출력 경로 전체 또는 몇 개로부터 판독되거나 전혀 판독되지 않을 수 있다. 교차행렬 구성요소(57)는 96개의 선택된 프라임 전송율 채널로부터의 데이터를 단일 TDM 디지털 신호로 시분할 다중화하는 기능을 한다. 변조기(58)와 디지털-아날로그 컨버터(59)는 직교 위상 편이 변조에 의해 변조된 대역폭이 약 30㎒인 베이스대역 신호를 발생한다. 첫 번째로, 5:3 잉여 업컨버터(67)(국부 발진기(68)와 결합하여)는 선택된 베이스대역 신호를 약 140㎒의 중간주파수로 변조한다. 두 번째로, 5:3 잉여 업컨버터(69)(신디사이저(70)와 결합하여)는 선택된 중간주파수 신호를 L-대역(5000㎒에 가까운)으로 고역변환한다.

각 반송파는 복수의 병렬 접속된 도파관으로 구성되는 증폭기에 의해 300와트(watt)의 전력으로 증폭된다. 각 도파관에 의해 다만 하나의 반송파가 증폭되기 때문에, 도파관은 최대 포화 전력 출력에 가깝게 동작할 수 있다. 이러한 도파관 당 단일 반송파 동작으로 보다 일반적인 복수의 FDMA 반송파 동작에 의해 달성될 수 있는 것보다 효율적으로 내장형 우주선 전력원을 사용할 수 있다. 다운링크 채널에 이용 가능한 보다 많은 전력이 필요하다는 점에서 3 내지 4㏈의 정도의 이점이 발생한다. 각 반송파를 수용하는데 필요한 대역폭은 2.5㎒이다. 반송파는 대역내의 어느 곳에서나 500㎑ 간격으로 분리된 주파수 중심상에 위치할 수 있다. 동일한 위성상에서의 반송파 분리는 적어도 2.5㎒이어야 한다.

각 위성은 또한 도 5에 도시된 바와 같이 투명한 트랜스폰더 구성을 가질 수 있다. 분주기(71)는 광대역 업링크를 각각이 약 60㎒의 대역폭을 갖는 5개의 경로로 분리한다. 5:3 잉여 다운컨버터(73)(신디사이저(74)와 결합하여)는 선택된 경로의 무선 주파수 신호를 약 140㎒의 중간주파수로 강하시킨다. 5:3 잉여 표면탄성파(SAW) 필터(75)는 업링크 잡음을 제거한다. 5:3 업컨버터(77)(신디사이저(76)와 결합하여)는 여파된 중간주파수 신호를 1500㎒ 정도의 L-대역으로 전환한다. 이런 구성은 업링크 허브(hub) 방송국에서 형식화된 다운링크 MCPC 시분할 다중화 반송파상에 부가적인 96개의 프라임 전송율 채널을 중계한다. 이런 방송국 하나가 3개의 빔 모두를 처리하거나 각 빔에 대해 서로 다른 허브가 사용될 수 있다. 각각의 중계된 MCPC 시분할 다중화 반송파는 동일한 다운링크 파형, 동일한 전력을 갖지만, 온보드 위성에서 발생된 것과 마찬가지로 정반대의 극성 및/또는 서로 다른 반송파 주파수를 갖는다. 따라서, 빔 당 전체 용량은 192개의 프라임 전송율 채널일 것이다.

우주선 수신기, 디지털 프로세서 및 출력 고전력 증폭기의 높은 잉여도는 각 위성에 대해 12년의 수명을 제공한다. 또한 각 위성을 할당된 궤도 위치의 ±0.11내의 위치에 15년 동안 유지할 만큼 충분한 유지 연료가 존재한다.

시분할 다중화 프레임은 1초의 기간을 갖고, 이들은 각각 40개의 기호 동기화 문자에 의해 표시된다. 반송파 당 다운링크 다중 채널(MCPC) 시분할 다중화 반송파는 초당 1.767688 백만 QPSK 기호의 비율을 갖는다.

위성은 지상 제어 세그먼트에 의해 작동되고, 트래픽 요구에 따라 궤도 수명 동안 작업 제어 세그먼트에 의해 관리된다. 비트전송율과 결과적으로 발생하는 음질은 서비스 요구에 맞추기 위해 임의의 빔에 혼합될 수 있다. 서비스의 비트전송율/음질 혼합은 지상 명령으로부터 용이하게 변경될 수 있고, 서로 다른 시각에 변화할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 채널 할당은 24시간 전에 설정된 프로그램 스케쥴에 따라 시간에 기초하여 변경될 수 있다. 각 프라임 전송율 채널에 포함된 앙상블(ensemble) 정보에 따라 무선 수신기는 사용자가 선택한 오디오 프로그램을 발생하는데 필요한 프라임 전송율 채널을 자동적으로 선택한다.

업링크 방송국

도 6A와 도 6B는 본 발명에 따른 위성 통신 시스템에서 프로그램 신호 처리를 나타낸다. 도 6A에 2개의 소스(101)가 도시되어 있고, 유사한 신호 처리를 갖는 부가적인 채널이 부가되는 것은 물론이다. 신호원(101)은 먼저 MPEG2 layerⅢ 코딩(103)을 거친다. 여러 가지 프로그램 채널에 대하여 소스 코딩된 디지털 신호들은 255,223 리드 솔로몬(Reed Solomon) 블록 코더를 포함하는 연속적인 채널 코딩 체계를 사용하여 순방향 오류 정정 코딩된다. 블록 코더(105) 다음에 블록 인터리브(interleave)(107), 비율 ½ 비터비(Viterbi) 포선형 코더(109)가 이어진다.

이런 연속적인 코딩 체계의 사용으로 시스템의 비트오류율이 낮아진다. 채널 코딩은 지수 2x255/223과 전송에 필요한 비트오류율을 곱한다. 따라서, 프라임 전송율은 코딩 후에 초당 36.72kbit까지 증가된다.

프로그램 채널 전송율에 따라 코딩된 프로그램 채널은 다음에 일련의 코딩된 프라임 전송율 전송채널로 분리된다. 예를 들어 128KBPS 채널은 다음 8개의 채널로 분리된다.

물리 채널 1로의 기호 1

물리 채널 2로의 기호 2

물리 채널 3으로의 기호 3

물리 채널 4로의 기호 4

물리 채널 5로의 기호 5

물리 채널 6으로의 기호 6

물리 채널 7로의 기호 7

물리 채널 8로의 기호 8

물리 채널 9로의 기호 1 등.

각각의 코딩된 프라임 전송율 채널의 제어어(control word)(111)는 그것이 속하는 디지털 신호 그룹을 나타내고, 코딩된 프로그램 채널을 재구성하기 위해 수신기가 코딩된 프라임 전송율 채널을 재결합하도록 한다. 예시적인 80개의 비트 제어어는 다음과 같다.

# 비트 표시

2 연관된 앙상블의 양

(00은 연관 없음, 최대 4개의 연관된 앙상블)

2 앙상블 식별 번호

(00은 앙상블 #1, 11은 앙상블 4)

4 앙상블 형태

(0000은 오디오, 0001은 비디오, 0010은 데이터, 다른 형태 또는 예비)

3 앙상블의 16KBPS 프라임 전송율 채널의 양

(000은 1 채널, 001은 2 채널, ..., 111은 8 채널)

3 프라임 전송율 채널 식별 번호

(000은 채널 1, ..., 111은 채널 8)

3 서브앙상블의 수

(000은 1, ..., 111은 8)

3 서브앙상블의 16KBPS 프라임 전송율 채널의 양

(000은 1, ..., 111은 8)

2 서브앙상블 식별 번호

(000은 앙상블 #1, ..., 111은 앙상블 8)

3 앙상블/서브앙상블 블로킹

(000은 블로킹 없음, 001은 형태 1 블로킹, ..., 111은 형 태 7 블로킹)

11 예비

40 CRC.

연관된 앙상블의 양에 대한 제어어 입력은 여러 앙상블 그룹 사이에 관계가 형성되도록 한다. 예를 들어 브로드캐스터는 관련 오디오, 오디오 텍스트를 갖는 전자신문과 같은 비디오와 데이터 서비스 및 부가적인 정보를 제공하고자 한다. 앙상블 식별 번호는 어떤 채널의 앙상블 번호가 일부인지를 나타낸다. 앙상블의 16KBPS 프라임 전송율 채널의 양은 앙상블의 프라임 전송율 채널의 수를 정의한다. 서브앙상블의 양과 서브앙상블의 16KBPS 프라임 전송율 채널의 양은 CD 음질 스테레오 앙상블에서 "좌측 스테레오" 신호에 대해 4개의 프라임 전송율 채널, "우측 스테레오" 신호에 대해 4개의 서로 다른 프라임 전송율 채널의 사용과 같은 앙상블내의 관계를 정의한다. 대안적으로 음악은 아나운서에 대한 복수의 음성 신호와 연관될 수 있고, 각 음성 신호는 서로 다른 언어이다. 서브앙상블의 16KBPS 프라임 전송율 채널의 양은 서브앙상블의 프라임 전송율 채널의 수를 정의한다. 서브앙상블 식별 번호는 어떤 채널의 서브앙상블이 일부인지를 나타낸다.

앙상블/서브앙상블 블로킹 비트는 방송 정보의 협력적인 블로킹을 허용한다. 예를 들어 몇몇 국가는 알콜의 광고를 금지할 수 있다. 그 나라에서 발생된 무선은 블로킹 신호에 응답하여 특정 정보를 차단하도록 임의의 코드로 미리 조정되거나 임의의 코드가 로드될 수 있다.

도 6A의 "113"에 도시된 바와 같이, 각 프라임 전송율 채널은 방송국과 위성 사이의 타이밍 기준을 제공하기 위해 적어도 하나의 채널 프리앰블(preamble)을 갖는 프레임으로 구성된다. 이 프리앰블은 각 프레임에 대한 블록 코딩을 시작을 나타내기 위한 고유 문자를 포함할 수 있다. 프리앰블은 또한 12-14비트를 포함하는 타이밍 비트의 블록을 포함할 수 있다. 방송국과 위성이 동기화될 때, 블록은 13비트를 포함한다. 위성과 방송국의 발진기 사이의 차이 때문에 방송국이 1비트 뒤떨어지거나 또는 1비트를 미리 이동한다면, 이에 따라 타이밍 비트의 블록은 짧아지거나 길어진다. 모든 채널은 동일한 프리앰블을 사용할 수 있다. 소스가 복수의 프라임 전송율 채널로 분리되었을 때, 모든 연관된 채널에 대한 프리앰블은 일치해야 한다. 분리된 방송국 사이에서 마스터 클럭 동기화는 존재하지 않는다. 제어어와 프리앰블 코드의 부가는 전송된 프라임 채널 전송율을 초당 36.826kbit 까지 증가시킨다.

각각의 코딩된 프로그램 소스는 개별적인 프라임 전송율 채널로 분할된다. 도시된 예에서, 프로그램 소스는 4개의 프라임 전송율 채널을 포함하고, 이는 FM 음질 스테레오 신호를 나타낸다. 프로그램 소스 2는 6개의 프라임 전송율 채널을 포함하고, 이는 32비트 데이터 채널에 연결된(예를 들어 무선 수신기 액정표시장치("LCD 표시장치")에 표시하기 위한 이미지 신호의 전송을 위해) "CD와 유사한" 음질 스테레오 신호 또는 FM 음질 스테레오 신호로서 사용될 수 있다. 대안적으로 도 6B에 도시된 바와 같이 6개의 프라임 전송율 채널이 96 KBPS 방송 데이터 채널로서 사용될 수 있다. 각 프라임 전송율 채널은 분리된 QPSK 변조기(117)에 의해 중간주파수로 변조된다. 업컨버터(119)는 분리된 프라임 전송율 채널을 FDMA 업링크 대역으로 이동시키고, 고역변환된 채널은 증폭기(121)와 안테나(123)를 통해 전송된다. 방송 업링크 국은 작은 안테나(2 내지 3m의 직경)를 사용하여 기본적인(16 kbps) 채널을 전송하기 위해 VSAT 신호를 사용한다.

프라임 전송율 업링크 채널은 개별적인 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 반송파의 위성으로 전송된다. 범용 업링크 빔으로 288개의 업링크 프라임 전송율 반송파까지가 위성으로 전송될 수 있다. 직경이 2.4m인 파라볼릭 X-대역 안테나와 25W의 전력 증폭기를 갖는 작은 브로드캐스터의 지상 단말기는 프로그램을 발신하는 나라의 한 지역으로부터 위성으로 초당 128 kbit의 프로그램 채널(8개의 프라임 전송율 채널을 포함하는)을 용이하게 전송할 수 있다. 대안적으로, 프로그램 채널은 전용 PSTN 지상 연결을 통해 공유된 업링크 지상 단말기에 연결될 수 있다. 이 시스템은 세계 모든 나라가 자신의 위성 무선 방송 채널을 갖는데 적합한 업링크 용량을 갖는다.

무선 수신기

무선 수신기는 최소의 비용으로 최대한의 사용 편의를 제공하기 위한 것이다. 저가이고 기본적인 무선은 대량생산되는 ASIC 칩에 기초하여 고객이 약 US $50의 금액을 부담하면 되고, 태양 전력 또는 배터리로 동작할 수 있다. 무선은 L 대역 신호를 수신하고, TDM 스트림으로부터 유용한 오디오 신호를 복조하여 추출하며, 소리를 최초의 형태로 확장한다.

도 7은 본 발명에 따른 위성 통신 시스템의 휴대형 무선 수신기에서의 프로그램 신호 처리를 나타낸다. 약 4 내지 6 ㏈i 이득을 갖는 소형의 패치 안테나(131)를 갖는 이러한 저가의 무선 수신기는 가상적으로 위치조정이 필요없고, 선택된 채널에 자동적으로 동조한다. 대안적인 보다 고가인 무선은 10 내지 12 ㏈i 이득을 갖는 안테나를 갖추고 있다. 이런 안테나는 방향성이 좋기 때문에, 최적의 수신을 얻기 위해 위치가 조정된다. 이런 안테나의 예로는 패치 어레이를 들 수 있다. 이 어레이는 무선 케이스의 표면에 정각으로 끼워져 있거나 뚜껑으로 부착되어 있거나 또는 완전히 분리 가능하고, 수 미터 길이의 얇은 동축 케이블에 의해 무선에 연결되어 있을 수 있다. 다른 예로는 현측 또는 엔드파이어 모드 중 어느 한쪽에서 동작하는 헬릭스(helix)를 들 수 있다. 위치조정은 고도와 방위각으로 안테나를 회전시키면서 행해진다. 분리 가능한 안테나는 지상의 작은 3각대에 설치되거나, 창틀에 설치되어 최적의 수신을 얻기 위해 위치가 조정될 수 있다. 10㏈i 안테나는 약 65。의 빔 폭을 갖고, 결과적으로 최적의 수신을 얻기 위해 위성에서 위치조정하기가 용이하다. 이런 안테나의 지향성은 반사로 인해 간섭이 발생할 수 있는 위치에서 수신을 보다 향상시킨다. 단계형 어레이, 1차원에서는 넓은 빔폭을 갖지만 그렇지 않은 경우에는 좁은 빔폭을 갖는(즉, 팬(fan) 빔) 막대형 안테나가 또한 대안이 된다. 또한, 외부 수신과 대부분의 내부 수신에 대한 나선형 안테나가 대안이 될 수 있다. 특정한 환경에서(마스크, 콘크리트 또는 금속 건축물), 내부 수신은 외부 안테나와의 연결을 필요로 한다. 이동형에 의한 수신에 대하여, 4㏈i 만큼 작은 이득을 갖는 안테나가 차량에 설치될 수 있다. 이런 형태의 단일 안테나는 심각한 다중경로 반사물이 없는 높은 고도각의 공개된 위치에서 매우 잘 동작할 수 있다. 그러나, 시내와 같은 고도가 60。 이하인 다중경로 반사물을 갖는 지역에서, 경우에 따라 다중경로 간섭을 완화하는 조치가 취해져야 한다. 그런 수단 중 하나는 2개 또는 차량의 여러 곳에 설치된 공간 다양성 어레이에 3개의 4㏈i 이득 안테나를 사용하는 것이다. 이들은 지향성을 얻기 위해 동적으로 부가되거나 지정된 순간에 최대 신호 도달을 골라잡기 위해 결합된다. 다른 대안은 10㏈i 이득을 갖는 조정 가능한 팬 빔 지향성 안테나를 설치하고, 그것으로 위성을 탐지하는 것이다. 이런 후자의 생각은 비용이 많이 들지만, 보통의 사람들은 그 시스템에 의해 제공되는 고성능의 음질로부터 최대한으로 이익을 얻기 위해 이런 시스템의 사용을 당연히 선호할 것이다. 앞으로 10년내에 위성 이동 시스템이 전세계적으로 사용될 것이기 때문에 전자적으로 조정 가능한 어레이 안테나는 가격이 떨어져 일반적으로 이용 가능하게 될 것으로 예측된다.

무선으로의 다운링크 전송을 위해 시분할 다중화된 반송파 당 다중 채널 기술이 사용된다. 각각의 프라임 전송율(초당 16.056 kbit) 채널은 시분할 스트림에서 자신의 타임 슬롯을 점유한다. 이들 프라임 전송율 채널은 초당 16 내지 128 kbit 범위의 프로그램 채널을 전송하기 위해 결합된다. 디지털 기술의 사용으로 느린 동작 이미지, 페이징, 메일링, 팩스, 평면 스크린 또는 시리얼 인터페이스의 사용을 포함하는 무선에 대한 보조 서비스가 가능하다. 이런 데이터와 정보는 오디오 디지털 신호 채널내에서 다중화된다.

각 무선 수신기는 빔 도달 범위 중 하나에 전송된 제 2 TDM 반송파에 대해 1,767688 백만개의 기호 중 하나에 동조할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 저잡음 증폭기(133)는 위성 신호를 증대시키고, 증대된 신호는 칩 세트(135)에 수신된다. 칩 세트(135)는 수신기(137), 복조기(139), 시분할 디멀티플렉서(141)(프라임 전송율 채널을 복원하는) 및 순방향 오류 정정("FEC") 디코더(143)를 포함한다. 칩 세트(135)의 출력은 베이스대역 디지털 신호이다.

코딩된 프로그램 채널로의 코딩된 프라임 채널의 재결합을 제어하기 위해 수신기에 필요한 명령은 각 코딩된 프라임 전송율 채널에 끼워진 제어어에 포함된다. 따라서 복원되는 재결합된 코딩 프로그램 채널은 브로드캐스터의 지상 단말기에서 시스템에 입력되는 최초 베이스대역 프라임 전송율 비트스트림을 복원하기 위해 디코딩되고 디인터리브(deinterleave)된다. 다음에, 복원된 비트스트림은 소스 디코더(145)에 의해 아날로그 오디오 신호로 다시 변환된다. 이 시스템은 프로그램 채널 비트전송율에 따라 AM 모노에서 CD 스테레오 범위의 다양한 오디오 음질을 재생할 수 있다.

사용자는 5개의 손잡이(knob)로 전체 기능요소를 제어한다. 모든 정보는 80개의 문자로 LCD에 나타난다. 모든 시스템 제어 기능에 대하여 집적 LCD 드라이버를 갖는 8비트 마이크로 컨트롤러가 사용된다. 집적 LCD 드라이버로 부가적인 논리 없이 저가의 LCD를 사용할 수 있고, 필요한 부품의 수를 줄인다. 마이크로 컨트롤러는 16 kByte ROM, 512 kByte RAM을 제공한다.

가입 서비스

이 시스템은 가입자(무선 수신기 주인/사용자)가 서비스에 대한 요금을 지불한 후에만 특정 프로그램 채널이 수신될 수 있는 가입 서비스를 포함할 수 있다. 가입 채널의 브로드캐스터는 방송을 스크램블(scarmble)한다. 지불을 완료하지 않은 수신자는 잡음과 유사한 신호를 수신할 것이다. 지불을 완료한 가입자는 가입 채널을 디스크램블(descramble)하기 위해 권한이 부여된 자신의 무선을 가질 것이다. 이런 디스크램블링은 암호 키에 의해 달성될 수 있다.

권한 부여는 몇 가지 방식 중 하나로 달성될 수 있다. 첫 번째 방법으로, 지불을 완료한 가입자는 선택된 채널을 디스크램블하기 위해 권한 부여를 포함하는 스마트카드 또는 메모리 카드를 삽입한다. 스마트카드는 또한 시간과 사용을 계산하는 디지털 지불 프로그램을 갖거나 또는 지불된 양으로 초기화되고, 수신기가 사용될 때마다 감소하는 지불 카드를 가질 수 있다. (지불이 0으로 감소할 때, 가입자는 부가적인 권한 부여를 위해 돈을 지불해야 한다.) 두 번째 방법으로, 지불을 완료한 가입자는 수신기의 디지털 데이터 포트를 통해 필요한 권한 부여를 다운로드하는 권한을 가진 관리자에게 자신의 수신기를 전할 수도 있다. 세 번째 방법으로, 각 무선 수신자는 고유 식별 번호를 갖고, 브로드캐스터는 방송 프리앰블내에 프레임 당 1비트의 제어 채널을 포함할 수도 있다. 가입자가 서비스에 대한 요금을 지불할 때, 방송 채널은 무선으로 번지를 할당하고, 권한 부여 신호를 제공한다. 어떤 방법이든 스마트카드 또는 수신기 자체의 특별히 설계된 마이크로칩이 권한 부여를 제어하는데 바람직할 것이다.

상기한 실시예로부터 해당 분야의 사람들은 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 변형들을 구성할 수 있을 것이다. 상기한 실시예는 예시적인 것이고, 다음의 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 심하게 제한하기 위한 것은 아니다.

Claims

각각이 정보 채널을 포함하는 복수의 주파수 분할 다중화 업링크;

업링크를 수신하고, 정보 채널로부터의 데이터를 베이스대역으로 복원하며, 선택된 정보 채널로부터의 데이터를 적어도 하나의 시분할 다중화 신호에 결합하는 공간 세그먼트; 및

시분할 다중화 신호를 포함하는 적어도 하나의 시분할 다중화 다운링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

복수의 일정한 전송율의 업링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

업링크는 복수의 일정한 전송율의 업링크 채널로 분할된 오디오 소스 프로그램을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

시분할 다중화 다운링크를 수신하고, 선택 가능한 복수의 일정한 전송율의 정보 채널로부터 출력을 발생하는 무선을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

복수의 관련된 주파수 분할 업링크로 분할된 소스 신호를 전송하는 방송국을 또한 포함하고, 각 업링크는 업링크를 연관된 것으로 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

오디오 신호를 복수의 관련된 주파수 분할 업링크로서 전송하는 방송국을 또한 포함하고, 각 업링크는 업링크를 관련된 것으로 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

스크램블된 오디오 신호를 복수의 관련된 주파수 분할 업링크로서 전송하는 방송국을 또한 포함하고, 각 업링크는 업링크를 관련된 것으로 나타내는 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 세그먼트에 선택된 업링크 정보 채널에 대한 경로 할당을 다운링크로 재구성하도록 지시하는 위성 제어국을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 세그먼트에 선택된 업링크 정보 채널에 대한 경로 할당을 복수의 다운링크로 재구성하도록 지시하는 위성 제어국을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
복수의 주파수 분할 업링크와 연관된 업링크로부터의 정보를 포함하는 시분할 다중화 다운링크를 포함하는 통신시스템에서 사용하는 무선 수신기에 있어서,

복조기;

디멀티플렉서; 및

관련된 업링크 앙상블로부터의 정보에서 합성 출력 신호를 발생하는 디코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 수신기.
제 10 항에 있어서,

권한 부여 신호에 응답하여 스크램블된 업링크를 디스크램블하는 선택 가능한 제어장치를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 복수의 스크램블된 주파수 분할 업링크를 포함하는 통신시스템에 사용하는 무선 수신기.