KR20000053112A - 사용자에게 고유위치 데이터를 제공하는 시스템 - Google Patents

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KR20000053112A
KR20000053112A KR1019990704037A KR19997004037A KR20000053112A KR 20000053112 A KR20000053112 A KR 20000053112A KR 1019990704037 A KR1019990704037 A KR 1019990704037A KR 19997004037 A KR19997004037 A KR 19997004037A KR 20000053112 A KR20000053112 A KR 20000053112A
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Inventor
엘. 존스톤 로버트
에스. 죠셉 캄파넬라
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라라미에 제임스 알
월드스페이스 인코퍼레이티드
엘. 존스톤 로버트
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Abstract

FDMA/TDM 위성 방송 시스템은 디지털 지도(120)와 원격지의 사용자에게 다른 형태의 데이터를 제공하기 위해 사용된다. 사용자가 원하는 데이터를 선택하는 것은 고유 스케줄에 따라 또는 고유 식별 코드가 삭제될 때까지 방송시스템의 TDM 하향 링크 채널(30)을 모니터링함으로써 달성된다. 사용자 단말기(22)는 사용자의 위치를 판단하는 글로벌 포지션닝 시스템 수신기(Global Positioning System receiver)(84)를 포함한다. 사용자 위치에 기초하여, 사용자 단말기(22)는 필요에 따라 일반 데이터를 사용자 요구에 맞는(tailored) 고유위치 데이터로 변환시킬 수 있다. 일반 데이터는 광범위한 지리적 공간에 적용되는 디지털 지도를 포함할 수 있고, 고유위치 데이터는 사용자가 위치한 부분에 대한 하나의 지도를 포함할 수 있다.

Description

사용자에게 고유위치 데이터를 제공하는 시스템{SYSTEM FOR PROVIDING LOCATION-SPECIFIC DATA TO A USER}
원격지의 사용자가 사용자의 욕구에 맞게 특별히 처리된 최신 정보를 수신하기를 원하는 많은 상황이 있다. 예를 들면, 비행기 조종사가 비행을 시작하기에 앞서서 특정 항로에 대한 현재의 기상도 또는 항로지도를 필요로 할 수도 있고. 대양을 항해하는 선박의 선원은 지역항구 선박지, 입구, 해협 등을 보여주는 최신 항해지도를 필요로 할 수도 있다. 그와 비슷하게 야외 스포츠 활동에 참여하는 등산가, 스키어, 기타의 사람들이 그 지역의 현재의 지형지도를 갖고 싶어할 수도 있다.
전형적으로 항해지도 및 지형지도는 인쇄물 형태로 보급되고 상대적으로 어쩌다 한번씩 새로운 내용으로 바뀐다. 기상도(빈번하게 새로운 내용으로 바꾸는 것이 필수적임)는 때때로 팩시밀리나 모뎀에 의해 조종사들에게 제공되어 왔으나. 팩스밀리 기계나 컴퓨터를 사용해야 하기 때문에 원하는 만큼 자주 새로운 기상도를 얻기가 어렵다. 더욱이 이러한 모든 경우에, 지도들은 넓은 지역을 커버하도록 만들어지는 것이 일반적이고 특정 사용자들에게 맞도록 맞춤식으로 만들어지지 않는다.
삼각측량기술을 이용하여 제공하기 위해 비행기, 선박 및 자동차의 이동식 수신기에 의해 수신될 수 있는 정확한 타이밍 신호를 지구 위의 정지궤도에 있는 수많은 위성이 방송하는 지구위치 결정시스템(Global Positioning System ;GPS)으로 알려진 위성에 의한 위치결정 시스템이 현재 사용되고 있다. 위도 및 경도 정보를 제공하는 외에, GPS는 위성제공 GPS 위치 데이터와 결합된 지도를 보여주기 위하여 여러가지 형태의 온-보드 데이터 저장장치(디스크, 카트릿지 등)를 자주 사용한다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 움직이는 지도 위에 사용자의 위치를 그래프 식으로 나타낼 수 있다. 이러한 수신기들이 항해에 매우 유용한 반면, 지도 데이터가 유용한 상태로 있기 위해서는(가입서비스를 통해 새로운 디스크나 카트릿지를 얻는 것이 전형적임) 빈번하게 내용을 새로이 바꾸어야 한다. 빈번하게 내용을 새롭게 바꾸더라도, (기상도 데이터와 같은) 몇 가지 형태의 지도 데이터는 이러한 방법으로는 효과적으로 마련될 수 없다.
발명의 요약
앞에서 설명한 결점과 한계에 비추어 볼 때, 본 발명의 목적은 사용자가 원하는 시점에서 최신 자료를 얻을 수 있게 하기 위해 무선 주파수 연결망을 이용하여 사용자에게 주로 지도 데이터 또는 기타 화상정보 등을 배포하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
관련 출원들의 상호참조사항
에스. 조셉 캄파넬라에 의해 1995.12.8.자로 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원 제08-569,346호; 에스. 조셉 캄파넬라에 의해 1996.11.5.자로 “시분할 멀티플렉스된 송출을 위한 디렉트 라디오 방송수신 프레임 동기화 및 상관관계” 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원(대리인파일 33877A);1996.11.5자로 “시분할 멀티플렉스된 송출을 위한 디렉트 라디오 방송수신기” 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원(대리인 파일 33877B); 에스. 조셉 캄파넬라에 의해 1996.5.11.자로 "위성 송출과 라디오 수신을 위해 방송 데이터를 포맷하는 시스템” 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원(대리인 파일 33877C); 에스. 조셉 캄파넬라에 의해 1996.11.5자로 "방송서비스 제공자들 사이의 스페이스 세그먼트 사용을 관리하기 위한 시스템” 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원 (대리인 파일 33877D); 에스 조셉 캄파넬라에 의해 1996.11.5.자로“상향링크 신호를 시분할 멀티플렉스된 하향링크 신호에 스위칭하기 위한 위성 페이로드 처리 시스템” 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원(대리인 파일 33877E); 에스 조셉 캄파넬라에 의해 1996.11.5.자로 “다위상 멀티플렉싱 및 직각위상 상변화 키잉 복조를 사용하는 위성 페이로드 처리 시스템“ 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원 (대리인 파일 33877F); 및 1996.11.5.자로 “온보드 레이트 정렬을 제공하는 위성 페이로드 처리시스템” 발명에 대하여 출원되어 계류중인 미합중국 특허출원(대리인 파일33877G);에 관련 주제가 개시되어 특허 청구되어 있으며, 이들 출원은 명백히 본 명세서의 일부를 구성한다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 데이터의 송신과 수신에 관한 것으로서, 특히 방송수신기를 지리위치결정 유니트와 결합시킴으로써 원격지의 사용자에게 고유위치 데이터(location specific data)를 제공하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 목적, 장점, 새로운 특징들은 첨부된 도면과 그에 대한 아래의 상세한 설명에 의해 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성직접 무선방송을 통해 고유위치데이터가 사용자에게 전달되는 방법을 나타내는 설명도;
도 2는 도 1에 나타나 있는 위성직접 무선방송 시스템에서의 상향링크(uplink) 주파수분할 다중접속채널에서 하향링크(downlink) 시분할 다중화 채널로의 정보 재배치를 보여주는 도면;
도 3은 도1의 위성직접 무선방송 시스템에서의 온-보드 위성신호처리가 이루어질 수 있는 방법을 나타내는 도면;
도 4는 화상자료가 방송국의 음성자료와 결합되어 도 1∼3의 디지털 방송위성으로 상향링크(uplink)되는 방법을 나타내는 블록도;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 디지털 방송 수신기와 지리위치(geological) 수신기를 통합하는 사용자 단말기 구성을 나타내는 블록도;
도 6∼8은 화상 자료가 도1∼3의 디지털 방송위성으로부터 하행 연결되는 3가지 각기 다른 방법을 나타내는 도면;
도 9와 10은 비용을 지불한 사용자에게는 화상 자료에 대한 접근을 허용하고, 인가 받지 못한 사용자에게는 자료접근을 막는 데빗 카드(debit card)의 2가지 가능한 버전을 보여주는 도면;
도 11은 화상 및 음성 정보가 수신되었을 때의 도 5의 사용자 단말기에 의해 수행되는 일련의 작업들을 요약한 도면;
도 12는 지도 또는 다른 위치고유 화상자료가 사용자에게 보여지는 방법을 나타내는 사용자 단말기의 정면도이다.
첨부도면에 있어서, 동일한 도면 부호는 동일한 부품 또는 구성품을 나타낸다.
본 발명의 다른 목적은 사용자 위치에 고유한 자료(data), 특히 지도 자료를 사용자에게 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광범위한 지리적 공간에 위치하는 사용자의 요구에 따라 지도 및 기타 자료를 제공하기 위해 위성 직접 무선방송을 사용하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일반적인 지도자료와 기타 자료들이 특정 사용자의 고유위치에 맞게 만들어질 수 있도록 GPS 수신기 등의 위치결정장치를 사용하는 것이다.
사용자와 필요자료 출처와의 양방향 통신없이 원격지 사용자가 자료를 선별적으로 얻을 수 있는 방법과 시스템을 제공하는 것도 본 발명의 또 다른 목적이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 자료의 대가를 지불하는 사용자에게만 지도 및 기타자료를 제공하고 인가받지 않은 사용자들에게는 자료 접근을 막을 수 있게 할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적들은 원격지 수신 단말기를 제공함으로써 부분적으로 달성될 수 있다. 방송 수신기는 방송국으로부터 각기 다른 위치의 사용자가 잠재적으로 사용할 수 있는 자료인 일반 자료를 수신하는 역할을 하며, 위치결정장치는 이 일반 자료를 사용자 요구에 맞게 만들어진 사용자 고유위치 자료로 변환되게 해준다. 직접무선방송위성과 같은 중계위성이 일반 자료를 방송국에서 수신 단말기로 중계하는데 사용될 수도 있다.
따라서, 하나의 측면으로 볼 때, 본 발명은 사용자에게 고유위치 자료를 제공하기 위한 시스템을 지향한다. 이 시스템은 각기 다른 지리적 위치에 있는 다수 사용자들에게 잠재적으로 사용될 수 있는 일반 자료를 전송하는 방송국과, 자료를 방송국에서 다수의 사용자에게 전달하는 중계위성으로 구성된다. 이 시스템에는 각각의 사용자들에게 제공되는 수신 단말기도 포함되는데 이 수신 단말기는 중계 위성으로부터 일반 자료를 받아들이는 하나의 방송 수신기, 사용자의 지리적 위치를 결정하는 하나의 위치결정장치, 일반 자료를 위치결정장치에 의해 결정된 사용자의 지리적 위치에 기초한 고유 위치 자료로 변환시켜주는 하나의 처리장치를 포함한다.
다른 측면으로 볼 때, 본 발명은 사용자에게 고유 위치 자료를 제공하는 하나의 수신 단말기를 지향한다. 수신 단말기는 방송국에 의해 송신된 일반 자료를 받아들이는 하나의 방송 수신기와 수신 단말기의 지리적 위치를 결정하는 하나의 위치결정장치로 구성된다. 수신 단말기는 또한 일반 자료를 수신 단말기의 지리적 위치에 기초한 고유위치자료로 변환시키는 하나의 처리장치를 포함한다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 사용자에게 고유위치자료를 제공하는 하나의 방법을 지향한다. 이 방법은 각기 다른 지리적 위치에 있는 복수의 사용자들에게 잠재적으로 사용될 수 있는 일반 자료를 송신하는 단계와, 사용자 위치들 중 하나에서 일반 자료를 수신하는 단계와, 사용자의 지리적 위치를 결정하는 단계와, 일반 자료를 사용자의 지리적 위치에 기초한 고유위치자료로 변환시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명에 의거, 사용자에게 고유위치 자료를 제공하는 시스템은 1995.12.8. 출원되어 현재 미합중국 특허출원번호 제08/569,346호로 계류중인 것으로 앞서 기술한 형태의 위성직접 무선방송 시스템과 연결하여 사용되는 것이 바람직하다. 직접무선방송 시스템은(도 1의 20에 표시된 것을 포함하는) 3개의 정지위성, 저가 무선 수신기 또는 사용자 단말기(22), 그리고 관련 지상 통신망으로 구성되는 것이 바람직하다. 위치결정을 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 실제 GPS 위성(24)의 기존 배열(constellation)이 사용된다. 위성(24)과 그 관련 수신기의 작동방법은 잘 알려져 있으므로 여기서는 설명하지 않는다.
직접무선방송 시스템의 바람직한 위성(20)은 아래의 지구정지궤도에서 아프리카-아라비아 지역, 아시아 지역, 카리브해 지역, 라틴 아메리카 지역을 커버한다.
◆ 동경 21˙궤도 위치 : 아프리카, 중동지역에 대한 서비스 제공
◆ 서경 95˙궤도 위치 : 중남미에 서비스 제공
◆ 서경 105˙ 궤도 위치: 동남 아시아, 태평양 연안에 서비스 제공
북아메리카, 유럽 등 기타 지역은 추가 위성이 필요하다.
직접무선방송 시스템은, ITU의 33호, 528호 결의에 따른 WARC 92에서 방송위성 서비스(BSS) 직접음성방송(DAB)을 위해 할당된 1467∼1492MHz의 주파수 대역를 사용한다. 방송시설(26)은 7050∼7075MHz의 X밴드 피더 상향링크(feeder uplink)를 사용한다.
직접무선방송 시스템은 디지털 오디오 부호화 기술을 사용한다. 각각의 위성은, 각각의 담당 지역 전체에 걸쳐, 라디오에 대한 비디오 및 텍스트 직접 송신 및 호출과 같은 보조 자료들과 함께 AM 모노,FM 모노, FM 스테레오, CD 스테레오 등의 음질로 디지털 무선 오디오 신호를 전달한다. 이 시스템은 사업용 PC에 대한 방대한 양의 데이터 베이스 다운로드, 앞으로 더 자세히 설명될 여행객들을 위한 지도와 출력문서 정보, 광고와 오락을 위한 오디오 프로그램의 효과 증진을 위한 색채에 이르기까지의 멀티미디어 서비스도 제공한다.
시스템 방송업자들은 각각 하나 또는 그 이상의 16 kbps(kilobit per second)의 프라임 레이트(prime rate) 채널로 이루어진 프로그램 채널로 그들의 서비스를 구성한다. 프로그램 채널 당 프라임 레이트 채널의 수는 1∼8개인데, 이에 1개당 16 kbps 인크리먼트에 따라 16∼128 kbps의 프로그램 채널 비트 레이트가 산출된다. 각 방송업자들은 각각의 특정 사용용도에 따라 채널당 총 비트 레이트를 16,519 kbps로 올려 1초당 519 비트를 갖는 서비스 제어 헤더도 있다.
방송업자의 프로그램 채널을 보호하기 위해서는, 순방향 오류 정정(forward error correction)(FEC) 방법이 사용되는데 이 방법은 하나의 인터리버 (interleaver)와 결합된(concatenated) 하나의 리드 솔로몬(Reed Solomon) 부호기(coder)와 하나의 레이트 1/2 비테르비(Viterbi) 불변길이(constant length) 7 부호기로 구성된다. 이 오류 정정 부호화 방법은 하나의 동기 헤더(a aync header)를 추가함으로써 프라임 레이트 채널을 19 kbps 까지 끌어올린다.
각 위성(20)은 약 6˙의 빔 폭(beamwidth)을 가지는 하향링크 스포트 빔(spot beam)을 구비하는 것이 바람직하다. 각각의 빔은 빔 센터로부터 4dB 다운된 파워분배 외곽선(power distribution contour) 안의 대략 14백만 평방 킬로미터와 8dB 다운된 외곽선 안의 28백만 평방 킬로미터를 커버할 수 있다. 빔 센터 마진은 -13dB/k의 수신기 온도 비 이득(gain-to-temperature)에 의해 14dB가 될 수 있다.
각 위성(20)은 2종류의 페이로드(payload)를 갖고 있다. 하나는 상향링크 신호를 재생시키고 3개의 TDM 하향링크 캐리어를 어셈블하는 “처리”페이로드이고, 다른 하나는 3개의 TDM 캐리어 위에 상향링크 신호를 반복시키는 “트랜스페어런트(transparent)”페이로드이다. 두 페이로드로 부터의 TDM 신호는 서로 반대되는 원극화파(circular polarization)(HCP와 RHCP)를 가지는 각 빔의 “처리”신호와 “트랜스페어런트”신호와 함께 각 3개의 빔으로 송신된다. TDM 하향링크 신호는 할당된 시간 간격 96개의 프라임 레이트 채널을 가진다. 무선 수신기에는 모든 TDM 하향링크 신호가 반송 주파수의 경우를 제외하고는 같게 나타난다. 각 위성의 총 용량은 576 (2 x 3 x 96) 프라임 레이트 채널이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 고유위치 자료 전달시스템의 전반적인 운용방법을 나타낸다. 위성처리 페이로드의 경우, 10˙보다 높은 앙각으로 위성(20)이 커버할 수 있는 지구상에 위치한 방송국(26)으로부터 각각의 주파수다중접속(FDMA)채널을 거쳐 방송업자 들로부터 상향링크신호(28)가 송신된다. 방송업자들은 자체 시설로부터 FDMA 캐리어의 한 개 또는 그 이상의 16 kbps 프라임 레이트 채널을 갖고 있는 위성(20)까지 직접 상향링크 시킬 수 있다. 위성(20)으로 직접 접속할 수 있는 능력이 없는 방송업자들은 하나의 허브스테이션(hub station)을 통해 교대로 접속하게 된다. 상향링크를 위해 FDMA를 사용하는 것은 다중독립방송국 간의 유연성을 가능한 가장 높게 해준다.
상향링크 FDMA와 하향링크 다중채널 캐리어와의 변환 작업인 도 1의 직접무선방송 방법에서의 시분할 멀티플렉스(MCPC/TDM)는 온-보드 처리기에 의해 위성(20)에서 행해질 수 있다. 위성(20)에서는, 방송국(26)에서 송신된 각각의 프라임 레이트 채널이 개별 16 kbps 베이스 밴드 신호로 역다중화되고 복조된다(demultiplexed and demodulated). 개별 채널은 스위치를 통해 각각 단일 TDM 신호인 한 개 또는 그 이상의 하향링크 빔(30)으로 루팅된다(routed). 이러한 베이스 밴드 처리는 상향링크 주파수 할당과 상향링크와 하향링크 사이의 채널 전송 시 높은 수준의 채널 제어를 제공한다. 상향링크 신호는 X밴드의 위성에서 수신되어 온-보드 처리기에 의해 L 밴드로 변환된다. 사용자 단말기(22)에의 하향링크(30)는 MCPC/TDM 캐리어를 사용하는데, 각각의 위성(20) 위의 3개의 빔에 각각 1개의 캐리어가 사용된다.
“트랜스페어런트”페이로드의 경우, TDM 신호는 방송국에 어셈블되어 “처리”페이로드에 의해 위성(20)에 적재되어 어셈블된 구조와 똑같이 나타난다. TDM 신호는 X밴드의 위성으로 보내져 3개의 하향링크 빔 중 하나의 L밴드에서 반복된다. 출력수준은 “처리”페이로드에 의해 발생한 하향링크 TDM 신호의 경우와 같다.
앞으로 설명될 것처럼, GPS 위성(2)으로부터의 신호는 사용자 단말기(22)에서 수신되고, 그 지리적 위치를 결정하기 위해 사용된다. 이렇게 됨으로써, 각각의 사용자 단말기(22)는 방송시설(22)로부터 수신된 일반 자료를 사용자의 요구에 따라 처리된 위치고유 자료로 전환시킨다.
도 2는 상향링크 주파수분할 다중접속 채널로부터의 도 1의 위성(20)의 ”처리”페이로드 내의 하향링크 MCPC/TDM 채널로의 프라임 레이트 채널의 온-보드 재할당(re-allocation) 을 나타낸다. 전반적인 상향링크 용량은 각각 16.519 kbps의 288∼384 프라임 레이트 상향링크 채널(32)사이가 바람직하다. 96 프라임 레이트 채널(34)은 약 2.5MHz 밴드 폭의 캐리어로의 시분할 다중화된 하향링크 빔(36) 각각으로 송신을 위해 선별되고 다중화된다. 각각의 상향링크 채널은 모든 또는 일부 하향링크 빔으로 전송되거나 전혀 전송되지 않을 수도 있다. 하향링크 빔의 프라임 레이트 채널 순서와 배치는 도 1의 원격측정, 범위측정, 제어(TRC)시설(38)에 의해 선택된다.
하향링크 빔(36)의 캐리어 주파수는 빔 대 빔 격리를 강화시키는 데 있어 다르다. 각각의 TDM 하향링크 채널은 포화상태에서의 위성 페이로드에서 작동되는데, 연결성능에 있어 최대가능 전력효율을 나타낸다. 송수신기(transpander) 작동시의 단일캐리어 사용은 무선 주파수 출력으로의 태양열 전환에 있어 위성 통신 페이로드를 사용할 때 최대효율을 달성할 수 있다. 이는 다수의 TDM 캐리어의 동시 증폭을 필요로 하는 기술보다 효율적이다. 이 시스템은 외부와 내부의 정지 및 이동 수신에 적합한 높은 수신마진을 만들어낸다.
이 시스템은 16,32,64,128 kbps 각각의 비트 레이트 에서의 품질을 달성하는 MPEG 2.5, 레이어 3(Layer 3)을 사용하여 오디오 소스 부호화를 행하며 또한 8 kbps 부호화를 수행할 수 있다. 화상 기호화는 JPEG 표준을 이용하여 행해진다. 시스템의 오류율은 10-10이하이고, 따라서 멀티미디어 서비스를 위한 고품질의 디지털 화상 및 자료 송신에 적합하다. MPEG 2.5, 레이어 3 부호화는 종전의 MPEG 2.0, 레이어 2(musicam) 또는 같은 음질을 위한 MPEG 표준보다 더 나은 비트 레이트 표준을 나타낸다. 음성 방송에 있어서, 디지털 기호화 소스 비트 레이트는 다음과 같다.
◆ 유틸리티 모노 음성 : 8 kbps
◆ 일반 모노 음성 : 16 kbps
◆ FM 음질 수준의 모노 음악 : 32 kbps
◆ FM 음질 수준의 스테레오 음악 : 64 kbps
◆ CD 음질 수준의 스테레오 음악 : 128 kbps
위성직접무선방송 시스템의 바람직한 사용에 있어, 각각의 위성은 “처리”페이로드와 “트랜스페어런트”페이로드에 의한 2개의 TDM 캐리어를 포함하는 각 빔 당 총 3072 kbps를 송신하는 용량을 갖고 있는데, 이로써 위에 설명한 오디오 서비스의 어떠한 결합도 할 수 있다. 이는 아래의 각 빔 당 용량과 같다.
◆ 192 모노 음성 채널 ; 또는
◆ 96 모노 음악 채널 ; 또는
◆ 48 스테레오 음악 채널 ; 또는
◆ 24 CD 스테레오 음악 채널 ; 또는
◆ 위 신호 품질들의 모든 결합
전반적인 위성직접 무선방송 시스템은 10-4또는 그보다 더 낮은 비트 오류 비율(BER)로 디지털 신호를 전송하며 앞서 설명한 다양한 서비스 품질을 제공한다. 위성에 의해 전송된 L 밴드의 하향링크 빔 각각의 경우, TDM 캐리어의 적용범위(Edge of Coverage) EIRP는 49.5 dBW 이다. 이 EIRP는, 특정 순 방향 오류 정정 방법과 함께, 기준선(base line) 무선 수신기 안테나를 사용, 10-4BER의 최소 마진을 보장한다. 이 마진은 위성과 수신기간, 통로에 있는 장애물로 인한 콤배트 신호 손실을 막고, 의도한 서비스 지역 내의 완전한 수신 품질을 제공한다.
장애물로 막힌 지역의 무선수신기는 고 이득 안테나 또는 장애가 없는 지역에 설치된 안테나에 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 큰 건물내의 수신을 위해서는 빌딩 전체를 위한 내부 재전송장치를 가진 공통 지붕 안테나 또는 창문 근처의 개별 수신안테나가 필요할 것이다. 지상서비스 윤곽선에서 4 dB 다운된 곳에서는 채널의 마진이 약 10dB인데, 이는 10-4의 비트 오류율을 나타내는데 필요한 전력밀도(power density)에 비례하는 것이다. 빔 중앙에서의 마진 간격은 14 dB이다.
시스템의 운용 마진은 비트 레이트가 높다해서 변화하지는 않는다. 4 dB 윤곽선 안에서는 대부분의 라디오 방송이 60˙이상의 앙각에 위치한 위성을 이용하게 되는데 이 때 실제로 존재하지 않는 구조물로부터 간섭을 받게 된다. 어떤 빔에서는 8 dB 범위내의 위성으로의 앙각이 50˙이상이고 이로써 구조물로부터의 반사, 막힘에 의한 혼선을 가끔 경험하기도 한다. 작은 앙각(10˙∼ 50˙)에서의 시각선 수신(line of sight reception)도 지평선을 향한 몇몇 빔 내의 작은 8 dBi 이득 안테나를 이용하여 가능하다.
직접무선방송 시스템은 위성(20)의 하나의 베이스밴드 “처리”페이로드를 포함한다. 베이스밴드“처리”페이로드는 상향링크, 하향링크 연결비용, 방송국 관리, 하향링크 신호제어를 위한 시스템 수행능력 향상을 가능하게 한다.
도 3은 바람직한 직접무선방송 시스템의 위성신호처리 과정을 나타낸다. 부호화된(coded) 프라임 레이트 상향링크 캐리어는 X 밴드 수신기(40)에서 수신된다. 하나의 다위상 디멀티플렉서/복조기(42)가 288개의 개별 FDMA 신호를 수신하고, 288개의 신호들의 데이터가 6번 다중화되는 6개의 아날로그 신호를 발생시켜, 각각의 스트림 위에 직렬 자료들의 복조를 수행한다. 하나의 루팅 스위치/변조기(44)는 각각 96개의 채널을 가지는 3개의 하향링크의 신호의 모두 또는 몇몇에 직렬데이터의 개별채널을 루팅하거나 루팅??지 아니하며, 3개의 하향링크 L 밴드 TDM 신호에 그들을 변조시킨다. 진행파 튜브 증폭기(46)는 3개의 하향링크 신호를 증폭시키고, 이 신호는 L밴드 전송 안테나(48)에 의해 지구로 보내진다. 또한, 위성은 L 밴드에서의 재전송을 위한 상향링크 TDM/MCPC 신호의주파수 변환을 위한 곡관(bent pipe) 신호 경로의 형태로된 하나의 디멀티플렉서/다운컨버터(downconverter)(50)와 하나의 증폭기군(52)으로 구성된 하나의 “트랜스페어런트”페이로드를 포함한다.
위성 수신기, 디지털 처리기, 고출력 고성능 증폭기의 높은 여유도(redundancy)는 위성(20) 각각의 12년 수명을 보장한다. 또한 위성(20) 각각은 15년 동안 정해진 궤도 위치에서 0.1˙이내로 유지시켜주는 충분한 위치유지연료를 갖고 있다.
시분할 멀티플렉스 프레임은 0.138초의 지속기간을 가지며, 각각 하나의 96 심볼동기화단어(symbol synchronization word)에 의해 표시된다. 하향링크 MCPC/TDM 캐리어는 초당 184만 QPSK 심볼 레이트를 갖는다. 위성(20)은 궤도 정지기간 동안 하나의 지상제어부문에 의해 조정되며 미션제어부문에 의해 트래픽(traffic) 요건에 따라 관리된다. 비트 레이트와 이에 따른 서비스 품질은 서비스 요구를 충족시키기 위해 여하한 빔에도 혼합되는 것이 가능하다. 서비스의 비트 레이트/품질양상은 지상 명령에 의해 쉽게, 하루 중 어느 때라도 변경될 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 채널 배정이 24시간 전에 설정된 프로그램 스케쥴에 의해 매시간별로 변경될 수 있다. TDM 프레임과 각각의 프라임 레이트 채널에 포함되어 있는 집합(ensemble) 정보에 의해, 무선 수신기는 사용자 선택 디지털 오디오 프로그램 또는 다른 디지털 서비스 프로그램을 만들어내는데 필요한 프라임 레이트 채널을 자동적으로 선택하게 된다.
본 발명과 관련하여 사용할 수 있는 하나의 방송국(26)의 블록도가 도 4에 나타나 있다. 2가지 소스가 도 4에 나와 있는데, 오디오 프로그래밍을 제공하는 하나의 소스(54)와 특정 사용자가 필요로 하는 화상 자료를 제공하는 하나의 소스(56)가 그것이다. (이러한 배열은 한 예일 뿐이고, 방송국(26)은 필요에 따라 오디오 프로그래밍, 화상 자료 또는 다른 방송 서비스들 중 한 가지만을 전송할 수도 있다. 또한 소스의 숫자가 2개 이상일 수도 있으며, 어떤 경우 오디오 자료와 화상자료가 하나의 소스에서 만들어질 수도 있다.) 화상자료는 기상도, 지형도, 행정구역지도, 도로지도, 항해도, 항공도, 위성자료화면, 레이더자료화면 등을 포함한다. 다른 종류의 화상 자료가 각기 다른 시간에 전송되고 (예를 들어, 항공지도가 항해지도로 교체됨) 같은 종류의 화상자료가 계속적으로 업데이트되어 전송될 수도 있다. 본 발명의 목적을 위해서는 사용자에게 사전에 알려진 일정표에 따라 연속적인 화상자료를 전송하여 사용자가 방송국과의 양방향 통신 연결을 하지 않고 원하는 일련의 화상자료에 선택적으로 접근할 수 있도록 하는 것이 바람직하다(필수사항은 아님). 예를 들어 다른 지리적 위치에 관한 기상도가 미리 알려진 시간에 순서대로 전송된다면, 특정 지역의 사용자는 고유 위치에 해당하는 기상도를 얻기 위해 지정된 시간(사전에 통보된 일정에 따른)까지 기다릴 필요가 없게 된다.
도 4에 나타나 있는 것처럼 오디오 소스(54)와 화상자료 소스(56)로부터의 디지털 자료의 처리과정은 근본적으로 같다. 오디오와 화상자료 소스(54,45)는 먼저 블록 (58,60)의 MPEG 또는 JPEG 소스 코딩을 받게된다. 소스 코딩된 화상자료는 암호해독 키를 사용하여 해독될 수 있는 암호방법을 사용하여 블록 (61)에서 암호화된다. (선택적으로, 소스 코딩된 오디오자료도 암호화할 수 있으나 도 4에서는 나타내지 않았다.) 소스 코딩된 디지털 신호(화상자료의 경우 암호화된)는 하나의 리드 솔로몬 (255,233) 블록 코더 (Reed Solomon Block Coder), 블록 인터리빙(Block Interleaving), 레이트 2/1 비테르비 컨버루셔널 코딩(rate 2/1 Viterbi convolutional coding)을 포함하는 하나의 연관된 채널 코딩 체계(a concatenated channel coding scheme)를 사용하여 블록 (62),(64)에서 순방향 오류 정정 부호화 단계를 거친다.
그러한 하나의 연관된 채널 코딩 체계의 사용은 시스템 전반에 걸쳐 낮은 비트 오류율을 성취하는데 기여한다. 채널 부호화는 2 x 255/233 인수(factor)를 통해 전송에 필요한 비트 레이트를 증가시킨다. 그리하여, 프라임 레이트는 에러 코딩 이후 37.78 kps로 증가된다. 프로그램 채널 레이트에 따라 부호화된 프로그램 채널의 심볼들은 일련의 부호화된 프라임 레이트 전송 채널로 분할된다. 예를 들어, 하나의 128 kbps 채널은 아래와 같이 8개의 프라임 레이트 채널로 나뉜다.:
심볼 1은 물리적 채널 1로
심볼 2는 물리적 채널 2으로
심볼 3은 물리적 채널 3으로
심볼 4는 물리적 채널 4로
심볼 5는 물리적 채널 5로
심볼 6은 물리적 채널 6으로
심볼 7은 물리적 채녈 7로
심볼 8은 물리적 채널 로1
·
·
등등
하나의 제어 단어가 각각의 부호화된 프라임 레이트 채널로 삽입되게 되는데, 이는 그것이 속하는 프로그램 채널을 확인하고 부호화된 프로그램 채널을 재구성하기 위해 수신자가 코딩된 프라임 레이트 채널을 재조합할 수 있도록 하는 지시를 수행하게 하기 위해서이다. 80 비트 제어단어의 예는 다음과 같다.:
# Bits 정의
2 Quantity of Related Ensembles
(00 = no relation, four related ensembles maximum)
2 Esemble Identification Number
(00 = ensemble #1,11 = ensemble4)
4 Ensemble Type
(0000 = audio, 0001 = video, 0010 = data,
other types or reserved)
3 Quantity of 16 kbps Prime Rate Channels in Ensemble
(000 = 1channel, 001 = 2channels,...,111 = 8 channels)
3 Prime Rate Channel Identification Number
(000 = 1, ..., 111 = channel8)
3 Quantity of Sub-Ensembles
(000 = 1, ..., 111 = 8)
2 Sub-Ensemble Identification Number
(000 = ensemble #1,..., 111 - ensemble8)
3 Ensemble/Sub-Ensemble Blocking
(000 = no blocking, 001 = type1 blocking, ...,
111 = type7 blocking)
11 Reserved
40 CRC
관련 집합의 수량에의 제어문자 대입(entry)은 일련의 다양한 집합간의 관계가 창설되게 한다. 예를 들어, 어떤 방송사업자는 오디오 텍스트를 가진 전자 신문과 같은 오디오, 비디오 및 자료 서비스들이 연관된 서비스 또는 부가적인 정보를 제공하려 할 것이다. 집합 확인번호(Ensemble Identification Number)는 채널이 속하는 집합 번호를 식별한다. 집합내의 16 kbps 프라임 레이트 채널의 수는 집합 에서의 프라임 레이트 채널의 숫자를 정의한다. 하위 집합(Sub-Ensemble)의 수량과 하위집합에서의 16 kbps 프라임 레이트 채널 수량은 CD 음질 스테레오 집합에서의 좌측 스테레오 신호용 4개의 프라임 레이트 채널과 우측 스테레오 신호용 4개의 프라임 레이트 채널 같은 집합간 관계를 정의한다. 그 대신에, 각 음성이 다른 언어로 된 다중음성신호를 음악과 결합시킬 수도 있을 것이다. 하위 집합의 16 kbps 프라임 레이트 채널의 수는 하위 집합의 프라임 레이트 채널 수를 정의한다. 하위 집합 식별 번호는 채널이 속한 하위 집합을 식별한다.
집합/하위 집합 블록킹 비트는 방송정보의 협력적 블록킹을 가능케 한다. 예를 들어, 어떤 나라에서는 알코올 광고를 금할 수 있을 것이다. 그런 나라를 위한 무선 신호에는 무선신호가 블록킹 신호에 반응하여 특정 정보를 블록킹 시키도록 하는 코드를 설정해 놓거나 코드를 달리 설치할 수 있을 것이다. 블록킹 기능은 (군사, 정부 정조와 같은) 민감한 정보의 보급을 차단하고 특정 사용자에게 수입을 올려줄 수 있는 방송서비스를 차단할 수도 있을 것이다.
각각의 프라임 레이트 채널은 방송국과 위성간 타이밍 조회(timing reference)를 제공하는 적어도 하나의 프리앰블(preamble)을 갖고 있는 프레임들로 구성되어 있다. 이 프리앰블은 각 프레임의 블록 부호화의 시작을 식별하는 특수 단어를 포함하고 있다. 이 프리앰블은 또한 48개의 2 비트 심볼을 갖고 있는 타이밍 비트의 블록을 포함할 수도 있다. 방송국과 위성이 동기화되면, 블록은 47개의 심볼을 갖게 된다. 위성과 방송국의 오실레이터의 차이에 의해 방송국이 늦어지거나 한 심볼 먼저 가게 되면 타이밍 심볼의 블록이 그에 따라 짧아지거나 길어진다. 모든 채널이 같은 프리앰블을 사용할 수도 있다. 소스가 다중/프라임 레이트 채널로 나뉘면, 모든 관련 채널의 프리앰블은 일치되어야 한다. 분산되어 있는 방송국 간에는 마스터클럭 동기화가 되어있지 않다. 제어단어와 프리앰블 코드의 추가는 전송된 프라임 레이트 채널 레이트를 38 kbps로 향상시킨다.
각각의 부호화된 프로그램 소스는 개별 프라임 레이트 채널로 분할된다. 예를 들어, 소스(54)는 4개의 프라임 레이트 채널로 구성되는데, 이는 FM 스테레오 음질 스테레오 신호를 나타낸다. 그 대신에, 오디오 소스 (54)는 6개의 프라임 레이트 패널로 구성될 수도 있는데, 이는 CD 유사 음질 스테레오 신호 또는 32 비트 데이터 채널에 연결된 FM 음질 스테레오 신호(무선 수신기 액정표시기 위에 나타내기 위해 사용하는 등)로서 사용될 수 있다. 또 다른 방법으로는 6개의 프라임 레이트 채널을 96 kbps 방송자료채널로 사용할 수 있다. 화상 소스는 1개의 16 kbps 채널 또는 몇 개의 채널로 구성될 수 있다. 화상 자료는 고해상 지도용 1200만 픽셀이 가능한 포맷으로 전송될 수 있다. 이 화상자료는 20분 안에 어떤 수신기에도 전달될 수 있다. 필요시간은 프라임 레이트 채널의 수가 2배 증가할 때마다 1/2로 줄어든다. JPEG 화상 부호화는 위와 같은 화상에 사용될 수 있다.
계속해서 도 4를 참조하면, 프라임 레이트 채널은 채널 배분 블록 (64,68)에 의해 QPSK 변조 블록 (70,72)에 각각 배분된다. QPSK 변조 블록 (70,72) 내의 하나의 별도의 QPSK 변조기(그림에는 나타나지 않음.)는 프라임 레이트 채널 각각을 중간주파수로 변조한다. 상향변환기(upconverter)(74)는 별도의 프라임 레이트 채널을 FDMA 상향링크 대역으로 이동시키고 상향변환된 채널은 증폭기(76)와 안테나(78)를 통해 전송된다. 상향링크 방송시설은 기본(16kbps) 채널 전송을 위해 VSAT 신호를 사용하는데 이 때, (지름 2∼3M)의 작은 안테나가 이용된다.
프라임 레이트 상향링크 채널은 개별 주파수 분할 다중 접속 (FDMA) 캐리어에 의해 위성(20)으로 전송된다. 288 개까지의 상향링크 프라임 레이트 캐리어가 지구 상향링크 빔으로 위성(20)으로 전송될 수 있다. 2.4m 지름의 접시형 X 밴드 안테나와 25와트 전력 증폭기를 갖춘 소규모 방송국의 지상의 단말기는 (8개의 프라임 레이트 채널을 가진) 128 kbps 프로그램 채널을 프로그램을 제작한 나라의 한 지점으로부터 위성(20)까지 쉽게 전송시킬 수 있다. 그 대신에, 프로그램 채널은 임차한 PSTN 지상연결망을 통해 분할형 상향링크 지상 단말기에 연결될 수 있다. 이 시스템은 자신의 위성무선방송 채널을 가질 수 있도록 전세계의 국가에 적정 가능한 상향링크 용량을 갖고 있다.
도 1의 사용자 단말기의 블록 다이어그램이 도 5에 나와 있다. 사용자 단말기(22)는 위성(20)으로부터 L 밴드 신호를 수신하고, 변조시키고 TDM 스트림으로부터 유용한 오디오, 화상 신호를 추출하여 원하는 오디오, 화상 정보를 재생시킨다. 이 사용자 단말기는 약 4 ∼ 6 dBi 이득을 가진 소형 팻치 안테나를 장착하게 되며 실질적으로 아무런 방향설정을 필요로하지 않는다. 사용자 단말기(22)는 자동적으로 선택된 채널로 동조된다. 다른 고가의 최종 사용자 단말기는 10 ∼ 20 dBi 이득을 가진 안테나를 장착하게 된다. 그러한 안테나는 방향성이 강하기 때문에 최적의 방향설정을 하게된다. 이 안테나의 하나의 형태는 팻치들의 어레이(array)이다. 이 어레이는 사용자 단말기 케이스의 표면에 뚜껑 형태로 부착되어 내장되거나 완전히 분리되어 몇 M의 가느다란 동축 케이블로 사용자 단말기에 연결된다. 이 안테나의 또 다른 형태는 넓은면 또는 종형(end-fire) 모드에서 동하는 헬릭스(helix)형 모양이다. 방향설정은 안테나를 앙각과 방위각으로 회전시킴으로써 가능하다. 분리 가능한 안테나는 지상의 작은 3각대 위에 설치되거나 창틀에 설치되어 양호한 수신효율을 갖도록 방향설정을 할 수도 있다. 10 dBi 안테나는 대략 65。 의 빔 폭을 가지며, 이로써 위성(20)이 최적의 수신효율을 갖도록 방향 설정할 수 있게 된다. 이 안테나의 방향성은 반사로 인한 방해가 일어날 수 있는 위치에서의 수신효율을 높혀 주게 된다. 한 방향에서는 넓은 빔 폭을 갖고 나머지 방향에서는 좁은 빔 폭을 갖는 위상배열의 봉 모양 안테나도 또 다른 대안이라 할 수 있다. 그러나, 외부수신도 되고 대부분은 내부수신을 위한 나선형 안테나도 또 다른 대안이다. 석고, 콘크리트, 또는 금속 빌딩과 같은 환경에서는 내부 수신시 외부 안테나와의 연결이 필요하다. 이동식 사용자 단말기에 의한 수신을 위해서는 4 dBi의 매우 낮은 이득을 가진 안테나가 차량에 설치될 수도 있다. 이런 종류의 단순형 안테나는 앙각이 크고, 다경로 반사현상이 심하지 않은 개방된 공간에서 잘 작동한다. 그러나, 도심과 같이 앙각이 60이하이고 다경로 반사현상이 심한 곳에서는 다경로 간섭을 완화시킬 수 있는 대처방법이 필요하다. 그 방법 중 하나는2 3개의 4 dBi 이득 안테나를 차량의 다양한 위치에 다양한 배열로 설치하는 것이다. 이 안테나들은 방향성 획득을 위해 추가될 수 있으며 주어진 순간에 최대 신호 도착을 포착할 수 있도록 결합될 수 있다. 또 다른 방법은, 10 dBi 이득을 가지며, 방향 조정이 가능한 안테나를 설치하여 위성(20)을 추적하게 하는 것이다. 이 방법은 비용이 많이 들기는 하지만, 효과 면에서 최적의 결과를 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다. 위성 이동 시스템이 10년 후 세계적으로 사용되게 되면 전자식 방향조정 어레이 안테나의 가격이 내려가 일반적인 사용이 가능해질 것이다.
시분할 다중화된, 캐리어 당 다중 채널 기술(time division multiplexed, multiple channel per carrier technique)이 사용자 단말기(22)의 하향링크 전송에 사용되고 있다. 각 프라임 레이트 채널(16.549 kbps)은 시분할 스트림 안에 자체 시간 슬롯(slot)을 갖는다. 이러한 프라임 레이트 채널들은 초당 16 ∼ 128 kbps에 이르는 프로그램 채널을 싣기 위해 조정된다(combined to carry program channels). 디지털 기술의 사용은 저속도 화상, 호출, 전자우편, 팩스, 평면 디스플레이 스크린 또는 직렬 데이터 인터페이스 등의 보조서비스를 가능하게 한다. 이 데이터와 정보는 오디오 디지털 신호 채널로 멀티플렉스될 수도 있다.
각각의 사용자 단말기(22)는 빔 가청범위 중 하나로 전송된 TDM 캐리어 중 하나에 동조될 수 있다. 도 5에 보여지는 것처럼, 사용자 단말기(22)는 하나의 방송 수신기(82), 하나의 안테나(80), 하나의 GPS 수신기(84), 하나의 안테나(85), 하나의 시스템 제어기(86), 하나의 사용자 인터페이스(88)를 포함한다. 디지털 방송수신기(82)에서는 저잡음 증폭기(90)가 위성신호를 증폭시키고 증폭된 신호는 하나의 프론트 엔드(front end)와 QPSK 복조기(92)에 의해 수신된다. RF 프론트 엔드와 QPSK 복조기(92)의 출력은 오디오 프라임 레이트 채널을 회복시키는 하나의 제1 시분할 디멀티플렉서(94)와 화상정보를 전달하는 프라임 레이트 채널을 회생시키는 하나의 제2 시분할 디멀티플렉서에 연결된다. 순방향 오류 정정(FEC) 디코딩도 또한 블록(94,96)에서 행해진다. 블록(94)의 출력은 오디오 정보를 전달하는 베이스 밴드 디지털 신호이며, 블록(96)의 출력은 화상정보를 전달하는 베이스 밴드 디지털 신호이다.
수신기(22)가 부호화된 프라임 채널을 부호화된 프로그램 채널로 재조합하도록 제어하는데 필요한 지침사항은 각 부호화된 프라임 레이트 채널과 TDM 프레임에 내장된 제어단어에 포함되어 있다. 이렇게 회복된 재 조합 부호화 프로그램 채널은 방송국 지상 단말기의 시스템으로 들어온 본래의 베이스밴드 프라임 레이트 비트 스트림을 회복시키기 위해 디코드되고 디인터리브된다(deinterleaved). 오디오 자료의 경우, 회복된 비트 스트림은 오디오 디코더(98)와 아날로그/디지털 변환기(100)에 의해 아날로그 오디오 신호로 다시 변환된다. 아날로그 신호는 증폭기(102)에 의해 증폭되고 사용자 인터페이스(88)의 한 부분을 형성하는 스피커에 의해 재생산된다. 수신기는 프로그램 채널 속도에 따라 AM 모노에서 CD 스테레오에 이르는 다양한 음질을 재생할 수 있다.
화상자료의 경우, 회복된 비트 스트림은 화상 디코더(106)에 의해 화면출력 가능한 포맷으로 변환된다. 사용자가 화상자료에 대해 비용을 지불하는 경우처럼 화상자료가 방송시설(26)에서 암호화된다면 화상자료의 암호 해독은 블록(108)에서 이루어지고 암호 해독된 자료는 시스템 제어기(86)로 전달된다. 암호해독은 랜덤 비트 패턴을 수신된 방송채널 프레임에 추가함으로써 가능하다. 비트 패턴은 키 코드에 의해 작동되는 패턴 발생기에 의해 만들어진다. 키 코드는 시스템을 통해 제공될 수도 있고 스마트 카드 또는 데빗 카드에 의해 주어질 수도 있다. 키 코드는 사용자별로 다르다.
시스템 제어기(86)는 여러 가지 기능을 갖는다. 디지털 방송 수신기(82)의 작동율의 모니터링과 제어, GPS 수신기(84)로부터의 위치정보 수신(후술함), 화면표시 제어, 수신 화상자료의 출력과 저장, 암호해독 키의 관리, 사용자 인터페이스(88)의 중간매개체를 이용한 사용자 입출력 자료 처리 등이 바로 그 기능들이다. 시스템 제어기(86)의 주요부품은 적당량의 RAM(112)와 ROM(114)를 갖고 있는 마이크로 프로세서(110), 실 시각 시계(116), 화면제어기(118)등이다. 화면 제어기(118)는 지도자료와 같은 화상자료를 사용자 인터페이스(88)에 맞는 LCD 화면(120)으로 포맷팅하는 작업을 제어한다. 사용자 인터페이스(88)는 하나의 키 패드(122), 하나의 프린터/플로터(124), 하나의 카드 판독기(126), 하나의 디스크 드라이브(128)를 포함한다. 키 패드(122)는 방송프로그램을 선별하고, 음량 크기를 제어하고, 목록표를 만드는 등의 기능을 말한다. 프린터/플로터(124)는 LCD 화면(120) 위에 화상자료를 보여주는 것 외에, 최신 기상도, 항해도 등 모든 종류의 수신 화상자료의 서면자료 수신을 가능하게 해준다. 카드 판독기(126)는 자기식으로 엔코딩된 데빗 카드 또는 스마트 카드를 이용하여 사용자가 암호화된 화상자료로 접근이 용이하도록 해준다. 이 과정은 아래에서 자세히 설명하기로 한다. 마지막으로, 디스크 드라이브(128)는 자료와 프로그램이 시스템 제어기(86)에 입력되고, 수신된 화상자료가 이후 화면, 서면 출력될 수 있도록 저장될 수 있게 해준다. 예를 들어, 디스크 드라이브(122)의 기능은 시스템 제어기(86)가 디지털 방송 수신기(82)에 의해 실시간 수신되는 화상자료를 자기 디스켓에 저장되어 있는 현재 자료와 통합시킬 수 있도록 하는 것이다. 이러한 기능은 전체 지도를 전송 받지 않고 새로운 또는 수정된 정보만을 전송받음으로써 기존 지도를 업데이트시킬 때 유용하다.
도 5의 전체 또는 일부분의 구성품은 고정 위치 또는 이동시를 위한 경우에 사용하도록 결합될 수 있다. 후자의 경우, 충전지, 태양열, 스프링 모터, 핸드 크랭크에 의한 발전기에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 사용자 단말기(22)가 보트, 비행기, 자동차와 같은 운송수단에 장착될 경우 전력은 해당 운송수단의 전력공급장치에 의해 공급될 것이다. 사용자 단말기(22)의 모든 구성부분을 한 케이스에 수용하여 사용할 때는, 사용자 단말기(22)는 적당한 케이블로 상호 연결된 개별 부품의 네트워크나 시스템으로 만들 수 있다.
도 6 ∼ 8은 지도 또는 다른 화상자료가 도 1의 하향링크 TDM 채널로 전송될 수 있는 3가지 다른 방법을 나타내고 있다. 도 6에서는 오디오 프로그램 사이의 데드 타임(dead time)에 화상자료가 전송되고 프리앰블 또는 식별 부호들이 오디오 정보를 화상정보와 구분하는 데 사용된다. 예를 들어, 오디오 프로그램은 정해진 TDM 하향링크 채널 (또는 한 세트의 TDM 하향링크 채널)을 통해 낮 시간 동안 전송되지만 같은 채널(들)이 오디오 정보 요구가 적은 늦은 저녁이나 이른 아침에는 화상정보를 전송할 수도 있다. 도 7에서는 오디오 프로그램과 화상자료가 각기 다른 TDM 하향링크 채널을 점유하기 때문에 연속적인 전송이 가능하다. 이러한 선택사항은 화상자료가 기상도를 나타낼 때 필요한데, 기상도의 경우 24시간 내내 자료가 필요하고 매우 자주 최신화되어야할 자료이기 때문이다. 도 8은 별도의 TDM 채널이 오디오 프로그램과 자료에 이용된다는 점에서 비슷하지만 이번 예의 경우, 다른 종류의 화상자료가 다른 시간대에 화상채널을 통해 전달되고, 프리앰블 또는 식별부호에 의해 서로 분리된다. 그리하여, 예를 들어, 방송국이 처음에는 항해도를 전송하고 나중에는 항공지도를 전송할 수 있다. 미리 알려진 일정표대로 적정 시간에 화상 채널에 동조시킴으로써, 사용자 단말기(22)가 자동적으로 특정코드를 찾도록 미리 프로그램 해놓음으로써, 사용자는 화면출력, 프린팅, 저장을 위한 원하는 화상자료를 선택할 수 있다.
도 9 와 도 10 은 자기식으로 엔코딩된 데빗 카드와 스마트 카드가 도 5의 사용자 단말기(22)와 연계되어 사용될 수 있는 2가지 방법을 나타낸다. 도 9에서는 지도 또는 기타 화상정보를 구매할 수 있는 선불 금액이 엔코딩되어 있는 마그네틱 띠(132)가 데빗 카드(130)에 포함되어 있다. 마그네틱 띠(132)는 암호화된 형태로 방송시설에 전송되는 화상자료의 암호해독을 제어하기 위해 도 5의 시스템 제어기(86)에 의해 사용되는 암호 해독키를 포함하고 있다. 데빗 카드(130)의 선불 금액을 다 쓰게 되면 암호 해독키는 시스템 제어기(86)에 제공되지 않고 사용자는 화상정보 제공자로부터 새로운 데빗 카드를 구입해야한다.
도 10은 도 9에서 보여진 것과 비슷한 마그네틱 띠(132')가 포함된 변형된 데빗 카드(130')를 보여준다. 그러나, 도 10의 경우, 마그네틱 띠(132)는 선불금액과 암호 해독키 뿐만 아니라 무선 수신기(22)가 사용자에게 미리 요청한 화상 자료를 자동적으로 선별할 수 있도록 하는 화상코드, 프로그램 채널, 방송일정 등의 정보도 엔코딩되어 있다. 예를 들어, 사용자가 선택된 지리적 범위의 최신 자료만을 얻는 동의를 한 경우, 화상 코드와 방송일정은 사용자의 추가조작 없이 무선 수신기(22)가 자동적으로 원하는 지도자료만을 송신하도록 할 것이다. 반대로, 도 9의 데빗 카드(13)는 사용자가 원하는 화상 코드, 프로그램 채널, 방송 일정 등을 키 패드(122)를 이용하여 무선 수신기(22)로 입력하여야 하거나, 원하는 화상이 전송되는 시점에서 원하는 프로그램 채널에 수동으로 동조시키도록 할 필요가 있다.
도 11은 오디오, 화상 자료가 수신될 때 도 5의 사용자 단말기에 의해 수행되는 일련의 기본 작업들을 요약한 플로우 챠트이다. 하향링크 채널의 TDM 포맷으로 인해, 수신기(22)는 오디오, 화상 정보를 동시에 수신하고 재생할 수 있다. 따라서, 선택된 오디오 프로그램과 원하는 화상 자료가 TDM 하향링크 채널에서 교대로 전송되는 경우를 제외하고는 사용자가 지도 또는 기타 화상자료를 수신하기 위해 오디오 프로그램 청취를 중단할 필요는 없다. 결과적으로, 사용자는 오디오 프로그램 채널을 통해 일기예보를 청취하면서 기상도 자료를 얻을 수 있는 것이다.
이제 도 11에 나와 있는 논리 순서를 참조해보면, 프로그램의 첫 번째 단계는 블록(134)에서 이루어지는 시동과 초기화 단계이다. 이 단계 후, 프로그램은 블록(136)으로 진행되어, 수신기(22)가 사용자에 의해 선택된 오디오 프로그램을 디코딩하고 작동시킨다. 블록(138)에서는 사용자가 화상자료를 요청했는가를 판단하기 위해 점검한다. 전형적으로, 사용자는 LCD 화면(120)에 나타나 있는 메뉴표를 선택하기 위해 도 5의 키 패드(122)를 사용하여 그러한 요청을 한다. 화상자료가 요청되지 않은 경우, 프로그램은 블록(136)으로 돌아가 선택된 오디오 프로그램을 수행한다. 그러나, 화상 자료가 요청된 경우에는 프로그램은 판단 블록(140)으로 돌아가 사용자가 요청 화상 자료의 수신 권한이 있는지 여부를 점검한다. 이 결정 과정은 사용자의 (카드 판독기 (126)에 삽입된) 데빗 카드(130 또는 130')의 선불 잔액 점검, 사용자 암호 해독키의 유효성 여부 점검 등이 포함된다. 한 가지 조건이라도 충족되지 않을 경우에는 사용자에게 적정 권한이 없음을 알려주는 사용자 메시지가 블록(142)의 LCD 화면에 나타나게 된다.
수신자가 블록(140)에서 적정 권한이 있는 것으로 판정되면, 프로그램은 블록(144)으로 진행되어 TDM 캐리어를 모니터하고 원하는 화상자료가 전달될 채널을 점검한다. 이러한 점검 작업은 데빗 카드(130')로부터 입력된 화상코드와 방송 일정을 이용하여, 도 5의 시스템 제어기(86)에 의해 자동적으로 수행될 수도 있다. 그렇지 않을 경우, 사용자는 LCD 화면(120)의 채널 출력을 관찰하여 화상 채널을 수동으로 점검한 후, 원하는 자료가 나타났을 때 자료 저장 또는 출력작업을 시작하게 된다. 판단 블록(146)에서는 원하는 자료가 나타났는지를 결정하는 점검작업이 자동 또는 수동으로 이루어진다. 화상자료가 나타나지 않은 경우, 화상정보가 수신될 때까지 블록(144)에서 점검이 계속 이루어진다. 화상정보가 탐지되면 프로그램은 블록(148)으로 진행되어 사용자 데빗 카드(130 또는 130')의 암호해독키를 이용하여 화상자료에 필요한 암호해독작업을 수행하게 된다. 일단 화상정보의 암호가 해독되면, 프로그램은 블록(150)으로 진행되어 사용자 단말기(22)에 의해 수신된 일반 화상정보의 사용자 요구대로 가공된 사용자 고유 위치 화상 자료로의 변환 작업이 이루어진다. 이 작업은 GPS 수신기(84)에 의해 결정된 사용자의 지리적 위치를 이용, 시스템 제어기(86)에 의해 이루어진다. 변환 단계는 여러 방법으로 수행되고, 화상의 분할과 구분, 몇몇 가능 화상의 선별, 화상정보의 화상정보 또는 비 화상정보와의 통합, 기타 화상의 처리, 변형, 리포맷팅 등의 과정을 거친다. 그리하여, 예를 들어 화상자료가 넓은 지역의 기상 또는 지형 자료로 이루어진 경우, 블록(155)에서의 변환 단계는 화상 자료를 미리 정해져 있는 사용자 GPS-결정 위치의 반경 안의 더 작은 지리적 범위로 제한한다. 화상 자료의 크기가 제한되는 것 외에도 사용자의 위치의 위도, 경도, 이동 사용자를 위한 방향과 속도가 조절되고, 수신된 GPS 정보에 기초한 시스템 제어기(86)에 의해 기타 정보들이 화상정보에 겹쳐지게 된다. 이러한 화상 변환 방법이 수행되는 방법은 이 분야의 일반적 기술에서도 잘 알 수 있는데 이는, 해당 원리가GPS 수신기에 이동 지도 화면을 제공하는데 사용되는 것과 비슷하기 때문이다. 또 다른 화상변환 방법의 예로서는 육상지도와 해상지도처럼 서로 다른 2개 이상의 지도가 정렬을 목적으로 GPS 위치 자료를 이용해 복합지도를 나타내거나 사용자 좌표 등을 복합지도 위에 겹쳐질 수 있다. 원하는 화상 자료 변환이 블록(150)에서 이루어지면, 프로그램은 블록(152)으로 진행되고 사용자의 입력 명령에 따라 LCD 화면(120)에 화상 출력되거나 프린터/플로터를 이용, 서면 출력되게 된다. (두 가지 작업 모두도 가능하다.) 화상 자료는 이후 재사용을 위해 디스크 드라이브(128)를 이용, 자기 디스켓에 저장할 수 있으며 사용자 단말기(22)가 이동 가능한 단말기일 경우 움직이는 지도의 화면출력도 가능하다. 블록(154)에서는 사용자 데빗 카드(130 또는 130')로부터 수신 화상자료의 비용이 차감된다. 사용자 데빗 카드에 충분한 잔액이 남아 있을 경우에는 다른 화상정보를 얻기 위해 도 11의 과정이 반복될 수도 있다. 사용자 데빗 카드의 잔액이 없거나 또 다른 화상 자료를 전송 받는데 충분하지 않을 경우에는 은행이나 기타 기관에서 새로운 데빗 카드를 구입하거나 적정 잔액을 기존 카드에 재충전할 수 있다.
도 12는 사용자에게 LCD 화면(12)을 통해 보여질 화상 자료를 나타내는 사용자 단말기(22)의 전면 확대 도이다. 넓은 지리적 범위를 커버하는 지도(156)는 사용자 단말기(22)에 디지털 헝태로 다운로드되고, 사용자 단말기 내의 소프트웨어가 화상자료(156)를 사용자가 위치하는 지역에 상당하는 더 작은 크기로 제한한다.(GPS수신기(84)의 위치자료에 의함). 사용자의 위치는 십자표(160)로 표시되고 사용자 진행방향(연속적인 GPS 위치 측정으로 판정)은 점선으로 표시된다. 원하는 경우, LCD 화면(120) 위에 위도, 경도, 속도, 방향 등도 나타낼 수 있다.
도 5의 GPS 수신기(84)는 본 발명과 연관되어 사용할 수 있는 지구위치 수신기의 하나의 형태일 뿐임을 알 수 있을 것이다. LORAN 수신기와 같은 다른 형태의 지구위치 수신기도 사용될 수 있다. 지구위치 수신기의 정확도를 높이기 위해서는 사용자의 고도를 정확히 측정할 수 있는 고도계가 필요하다. 어떤 경우에는, 지구위치 수신기가 아닌 관성항법 유니트와 같은 장치에 의해 사용자 위치를 추적할 수 있을 것이다.
본 발명을 바람직한 실시 예를 참조로 설명하였으나 그렇다고 해서 본 발명이 상기 세부사항에 한정되는 것은 아니다. 여러 다양한 대체와 변형을 앞에서 설명하였으며, 다른 방법들도 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 가능할 것이다. 그러한 모든 대체와 변형은 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 본 발명자는 생각한다.

Claims (20)

  1. 서로 다른 지리적 위치에 있는 다수의 이용자들에 의해 장래 이용될 수 있는 일반 데이터를 전송하기 위한 하나의 방송국과 ;
    상기 방송국으로부터 상기 일반 데이터를 상기 다수의 이용자들에게 중계하기 위한 하나의 중계 위성과 ;
    상기 이용자들 각각에 제공되고, 상기 중계위성으로부터 상기 일반 데이터를 수신하기 위한 하나의 방송수신기, 이용자의 지리적 위치를 판단하기 위한 위치판단유닛, 및 상기 위치판단유닛에 의해 판단된 것과 같은 상기 이용자의 지리적 위치에 기초한 위치고유 데이터로 상기 일반 데이터를 변환하기 위한 프로세서로 구성된 하나의 수신기 단말기를 포함하여 구성되는, 이용자에게 고유위치 데이터를 제공하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치판단유닛이 지리 위치(geolocation) 라디오 수신기를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수신기 단말기가 상기 고유위치 데이터를 상기 이용자에게 시각적으로 제시하기 위한 하나의 출력장치를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방송국에 의해 전송된 상기 일반 데이터가 암호화되고, 상기 수신기 단말기가 암호해독키를 이용하여 상기 데이터를 암호해독하기에 적합한, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 라디오 단말기가 외부 소스로부터 상기 암호해독키를 수신하기 위한 하나의 입력장치를 더 포함하는, 시스템.
  6. 제8항에 있어서, 상기 외부 소스가 자기적으로 엔코딩된 카드를 포함하며, 상기 입력장치가 자기카드 독취기를 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 일반 데이터가 어떤 지역에 대한 지도 데이터를 포함하며, 상기 고유 위치 데이터가 상기 지역에서 이용자가 위치한 부분에 대한 지도데이터를 포함하는, 시스템.
  8. 방송국에 의해 전송된 일반 데이터를 수신하기 위한 하나의 방송수신기와 ;
    수신기 단말기의 지리적 위치를 판단하기 위한 하나의 위치판단유닛과 ;
    수신기 단말기의 지리적 위치에 기초하여 상기 일반화상 데이터를 고유위치 화상데이터로 변환하기 위한 하나의 프로세서 ; 를 포함하여 구성된, 이용자에게 고유위치 데이터를 제공하기 위한 수신기 단말기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 위치판단유닛이 지리 위치 라디오 수신기를 포함하는, 수신기 단말기.
  10. 제8항에 있어서, 상기 이용자에게 상기 고유위치 데이터를 시각적으로 제시하기 위한 하나의 출력장치를 더 포함하는, 수신기 단말기.
  11. 제8항에 있어서, 상기 방송국에 의해 전송된 상기 일반 데이터가 암호화되고, 상기 수신기 단말기가 암호해독키를 이용하여 상기 화상 데이터를 암호해독하기에 적합한, 수신기 단말기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 수신기 단말기가 외부 소스로부터 상기 암호해독키를 수신하기 위한 하나의 입력장치를 더 포함하는, 수신기 단말기.
  13. 제8항에 있어서, 상기 외부소스가 자기적으로 엔코딩된 카드를 포함하고, 상기 입력장치가 자기카드 독취기를 포함하는, 수신기 단말기.
  14. 제8항에 있어서, 상기 일반데이터가 어느 지역을 위한 지도 데이터를 포함하고, 상기 위치고유 데이타는 상기 지역에서 이용자가 위치한 부분에 대한 지도 데이터를 포함하는, 수신기 단말기.
  15. 서로 다른 지리적 위치에 있는 다수의 이용자들에 의해 잠재적으로 이용될 수 있는 일반 데이터를 전송하는 단계와 ;
    상기 이용자 위치들중 하나에서 상기 일반 데이터를 수신하는 단계와 ;
    상기 이용자의 지리적 위치를 판단하는 단계와 ;
    상기 이용자의 지리적 위치에 기초한 고유위치 데이터로 일반 데이터를 변환하는 단계 ; 를 포함하여 구성된, 이용자에게 고유위치 데이터를 제공하기 위한 방법.
  16. 제15항에 있어서, 위성을 통하여 전송된 상기 일반 데이터를 중계하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 이용자의 지리적 위치판단단계가 지리 위치 라디오 신호들을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 고유위치 데이터를 상기 이용자에게 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서, 전송된 상기 일반 데이터가 암호화되어, 상기 이용자 위치의 상기 화상 데이터를 암호해독하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 일반 데이터가 어느 지역을 위한 지도 데이터를 포함하고, 상기 위치고유 데이터가 상기 지역중에서 상기 이용자가 위치한 한 부분에 대한 지도 데이터를 포함하는, 방법.
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