KR20040019952A - 디지털 인공 위성 무선 신호 수신용 다이버시티 시스템 - Google Patents

디지털 인공 위성 무선 신호 수신용 다이버시티 시스템 Download PDF

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KR20040019952A
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린덴마이어하인츠
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푸바 오토모티브 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

SDARS 표준 또는 유사한 표준에 따른 디지털 인공 위성 무선 신호를 수신하고, 전송 안정성을 향상시키고, 또한 동일한 HF 채널 대역폭 B의 이웃하는 고주파수 대역에서, M-PSK 방식에 따른 제1 인공 위성의 디지털 변조 인공 위성 무선 신호(5a), 상기 M-PSK 방식에 따른 제2 인공 위성의 디지털 변조 인공 위성 무선 신호(5a'), 및 지상 무선국(terrestrial radio station)에 의하여 전송되는 COFDM 방법에 따른 디지털 변조된 수신 신호(5b)를 대등하게 수신하기 위한 다이버시티 시스템으로서, 각각의 경우에 동일한 신호량 - 상기 신호량은 순회 시간(traveling time) 만큼 오프셋됨 - 이 안테나 시스템(20)을 통하여 수신기(3)에 의하여 수신되며, 상기 수신기는 세 개의 무선 채널의 각각을 위한 분리된 수신 브랜치(3a, a', b)를 가지고 있고 중첩 원리에 기초하여 설계되며, 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)는 각각의 상기 수신 브랜치(3a, 3a', 3b)에 대하여 존재하고, 상기 수신 레벨 시험 소자는 관련된 무선 서비스의 심볼 사이클(18a, 18a', 18b)로 공급되고, 제어 가능한 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)는 모든 세 개의 주파수 범위에 대하여 존재하고, 지상 수신 브랜치(3b)를 통하여 전송된 데이터와, 두 개의 인공 위성 수신 브랜치(3a, 3a')를 통하여 전송된 데이터를 포함하는 데이터의 합은 수신기(3)에서 하나의 메시지로 조합되고, 상기 안테나 시스템(20)으로부터의 서로 다른 수신 신호의 선택을 통하여 상기 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b) 및 상기 제어 가능 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)는, 상기 수신 신호(5a, a', b)의 수신 레벨이 상기 제어 가능한 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b) 및 상기 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)의 스위칭 위치(S1, S2, ...)를 급속하게 순차적으로 계속 진행함으로써 구동되는 동안에 비교의 방식으로 빠르게 검출되도록 설계되며, 여기서 디지털 정보를 안전하게 검출하기 위하여 요구되는 수신된 수신 신호(5a, 5a', 5b)의 최소 레벨의 합은 진행 속력 및 파장 λ에 기초하여 시간 간격에 대해 가능한 한 높고, 유지되며, 안테나 다이버시티 기능은 다이버시티 기능이 없는 일반적으로 사용되는 수신 시스템으로부터 표준 부품로서 이용 가능한 단지 약간 수정된 구성 요소를 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 시스템을 개시한다.

Description

디지털 인공 위성 무선 신호 수신용 다이버시티 시스템{DIVERSITY SYSTEM FOR RECEIVING DIGITAL SATELLITE RADIO SIGNALS}
예를 들어 상품명 "SDARS"라고 사용되는 형태의 현대 인공 위성 무선 시스템은 인공 위성의 이동에 의하여 발생하는 다중 전파(multiple propagation), 쉐이딩(shading) 및 변하는 수신 조건 때문에 시간에 관하여 오프셋(offset)된 신호량(signal content)의 다중 전송에 의하여 기인하는 높은 비트 에러율(errorrate)을 감소시킨다. QPSK-변조 신호는 두 개의 인공 위성에 의하여 전송되고, 시각에 대하여 오프셋된다. 도시 지역에서, 지상의 COFDM 변조 신호는 전송되는 정보량으로 지원 목적으로 그러한 신호에 추가되고, 동일한 방식으로 시간에 관하여 오프셋된다. 각각의 경우에 약 4MHz의 주파수 간격으로, 약 f=2.33GHz의 서로 다르지만 매우 인접하는 주파수 대역(frequency band)으로 전송되는 신호가 별개의 고주파수/중간주파수(high-frequency/intermediate-frequency; HF-IF) 부품(42)를 구비한 수신기에서 수신되고, 디지털 정보는 채널 간의 시간에서의 서로 다른 편이(shift)의 보상으로 약식으로 평가된다. 그러므로, 시스템은 주파수 다이버시티의 원리에 기초하여 동작하고, 전송 경로는 신호의 서로 다른 특성으로 인하여 서로 다른 신호의 비상관성 수신(de-correlated reception)을 허용한다. 도시, 특히 나무에 의하여 그늘이 지는 언덕 지역에서는, 추가적인 다이버시티 기능을 구비한 시스템을 지원하는 것이 필요하다.
이러한 점은 안테나 다이버시티의 도움으로 본 발명에 따라서 이루어진다. 상기한 수신 조건 하에서, 인공 위성에 의하여 전송되는 신호는 전송의 직접 경로를 통하여 수신의 위치에서 수신되지는 않지만, 지상으로 수신되는 신호처럼 여러 번 반사되는 파(wave)의 통계적 중첩(statistical superimposition)에 종속적인데, 이로 인하여 "Rayleigh" 또는 "Rice"에 따른 확률 밀도 분포(probability density distribution)를 갖는 주지의 다경로 페이딩(multi-way fading)이 유발된다.
다이버시티 구성으로 달성될 수 있는 수신의 개선은 지상의 아날로그 FM 라디오 또는 텔레비전 방송 분야의 안테나 다이버시티의 다양한 응용 예로부터 알려져 있다. 그것과 관련된 추가적인 지출은 흔히 그러한 기술의 응용에 관해서 결정적인 요인이다. 마찬가지로, 수신기 측에서, 디지털 인공 위성 무선 시스템은 경제적이고 효율적인 기술적 솔루션에 의존적이다. 그러므로, 수신기 측에서, 다이버시티 시스템은 다이버시티 효율로 표현되는 효율을 바탕으로 할 뿐만 아니라, 특히 기술적 지출을 바탕으로 해서 그러한 응용에 대하여 고려되어야 한다.
그러므로, 본 발명은 SDARS 표준 또는 유사한 표준에 따른 복수의 디지털 변조 인공 위성 신호 및 디지털 변호 지상 신호의 수신을 위한 다이버시티 수신 시스템을 제공하는 문제에 기초하고, 특히 경제적인 솔루션이 구현될 수 있고 그 효율성이 다이버시티 효율성의 도움으로 표현될 수 있는 방식에 관한 지시어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 문제점은 청구항 1 및 후속하는 청구항에서 지정된 특징에 따른 다이버시티 시스템과 관련하여 해결된다.
세 개의 수신 채널 중 하나의 다이버시티 동작에서 요구되는 최소 수신 레벨의 확률에 대하여, pd= ps n이 적용 가능하고, 여기서 ps는 각각의 수신 채널의 단일 안테나로 인공 위성 또는 지상 수신 신호의 요구되는 최소 수신 레벨의 확률을 나타내고, n은 채널 중 하나의 신호에 대하여 다이버시티 효율을 나타낸다. 수신기의 디지털 파트에서 이용 가능한 총 유효(effective) 다이버시티 효율 ntotal에 대한 총 시스템의 다이버시티 효율에 대하여, nSDARS= 3 전송 경로를 고려하면, 결과로서생기는 에러 확률은 Pdtotal= Ps total이 되고, 각각의 채널에 동일한 확률을 가정한 경우에서 모든 세 개의 신호에 대하여 ntotal= nt+ ns1+ ns2이 된다. nt, ns1, ns2는 이 접속에서 지상 채널과 제1 및 제2 인공 위성 위성 채널의 각각의 다이버시티 효율이다. 시스템 전체의 다이버시티 효율은 ntotal이 된다. 따라서, 안테나 시스템 단독의 다이버시티 효율에 의하여 달성되는 전체 구성의 다이버시티 효율의 이득은 본 경우에 있어서 △ntotal= ntotal- nSDARS가 된다. 아래에서, 이 기준 값은 다이버시티 안테나 시스템의 효율을 설명하기 위하여 사용된다.
동일한 정보가 각각의 경우에 전송되지만 시간적으로 오프셋인 고주파수 채널의 특별한 구조 및 서로 다른 특성 때문에, 효율을 평가하기 위한 결과적인 기준은 이제까지 알려진 안테나 다이버시티 시스템에 적용되는 것들과는 다르다. 그러므로, 아래에서 고려되는 본 발명에 의하여 정의되는 구성과 관련하여, 중요한 요인은 이용 가능한 표준 형태의 안테나 및 수신기의 배경에 대한 지출의 고려와, 본 발명에 의하여 정의되는 바와 같은 다양한 안테나 다이버시티 시스템을 구현하기 위하여 추가적으로 요구되는 측정 및 그러한 안테나 다이버시티 시스템으로 달성될 수 있는 다이버시티 효율의 고려이다.
도 1은 효율 및 기술적 지출에 대하여 본 발명에 따라 최적화될 수 있는 안테나 다이버시티 시스템의 동작 모드를 설명하기 위한 기본적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 지상 및 인공 위성 신호에 대한 별개의 출력과 수신기 입력에 논리 회로 스위칭 소자를 갖는, 표준 형태의 안테나 모듈(40)을 포함하는 시스템을 나타내는 도면.
도 3은 도 2에서 도시한 것과 유사하지만, 모터 운송 수단(motor vehicle)에 설치된, 표준 형태의 서로 떨어져 있는 두 개의 안테나 모듈(40)을 포함하는 시스템을 나타내는 도면.
도 4는 수신 레벨을 시험하기 위하여 안테나 모듈에 위치하는 시험 소자(25)를 갖는, 접속(49 및 48)에서 세 개 또는 네 개의 서로 다른 안테나 신호를 별개로 분리하는 수정된 안테나 모듈(40)을 갖는 시스템을 나타내는 도면.
도 5는 도 4에서 도시된 것과 동일하지만, 접속(49 및 48)에서 각각의 경우에 안테나 모듈(40)의 지상 경로 및 인공 위성 경로의 신호를 선택적으로 분리하는 시스템을 나타내는 도면.
도 6은 표준 형태의 두 개의 안테나 모듈(40), 인공 위성 및 지상 신호를 위한 별개의 입력을 포함하는 약간 수정된 직렬 수신기를 포함하는 시스템으로서, 시스템으로부터 심볼 사이클 신호(symbol cycle signal)(18) 및 수신 레벨(30)이 분리되어 별개의 위치의 모터 운송 수단에 포함된 선택기 모듈(52)에 공급되는 것을 나타내는 도면.
도 7은 도 6에 도시된 것과 유사하지만, 인공 위성 및 지상 신호를 위하여 단지 하나의 입력을 갖는 표준 형태의 약간 수정된 수신기를 갖는 시스템을 나타내는 도면.
도 8은 지상 및 인공 위성 신호 경로의 신호를 선택적으로 분리하는 약간 수정된 안테나 모듈(40), 및 단지 하나의 고주파수 입력을 구비한 표준 형태지만 약간 수정된 수신기(3)를 갖는 시스템을 나타내는 도면.
도 9는 지상 경로로부터의 신호를 선택적으로 분리하고, 인공 위성 경로의 기본 방사기(elementary radiator)의 신호를 별개로 분리하며, 또한 조합된 인공 위성 경로의 신호를 분리하는 수정된 안테나 모듈(40)을 갖는 도 8의 것과 동일한 시스템을 나타내는 도면.
도 10은 모터 운송 수단에 별개로 탑재된 선택기 모듈(52)을 포함하여, 지상 및 인공 위성 신호를 위하여 조합된 방사기와, 인공 위성 및 지상 신호를 위한 별개의 입력을 갖는 표준 형태의 약간 수정된 수신기(3)을 갖는 단일 안테나 모듈을 복수개 갖는 시스템을 나타내는 도면.
도 11은 도 10에 도시된 것과 동일한 시스템이지만, 모든 신호에 대하여 단지 하나의 고주파수 입력을 갖는 표준 형태의 약간 수정된 수신기를 갖는 시스템을 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
1 안테나 시스템
2 논리 회로 스위칭 소자
3 수신기
3a, 3a', 3b 채널 수신기
4a, 4b, 4c 안테나 구성 요소
5a, 5a', 5b 수신 신호
18 심볼 사이클 신호
20 안테나 배치
21 안테나 접속점
25 수신 레벨 시험 소자
30a, 30a', 30b 수신 레벨
36 수신 신호 레벨 지시기
40 안테나 모듈
41 HF 안테나 증폭기
42 HF-IF 부품
44 수직 편광용 기본 방사기
45 원형 편광용 방사기 조합
45a 방사기 조합(45)의 제1 기본 방사기
45b 방사기 조합(45)의 제1 기본 방사기
46 고주파수 라인
47a, 47a', 47b 수신기 입력에서의 논리 회로 스위칭 소자
48 지상 신호용 접속
49 인공 위성 신호용 접속
50 안테나 모듈(40)에서의 논리 회로 스위칭 소자
51 안테나 모듈(40)에서의 역 스위치
52 선택기 모듈
54 지상 및 인공 위성 신호를 위하여 조합된 방사기
S1, S2, S3.. 이산적으로 이용 가능한 스위칭 위치
λ 파장, 깨끗한 공간 파장
f 반송 주파수
다이버시티 수신 시스템의 동작의 기본적인 방식은 도 1을 참조하여 아래에서 설명된다. 각각 안테나 시스템(1)으로부터 이용 가능한 모든 신호를 별개로 액세스하는, 수신 신호 레벨 지시기(36a, 36a', 36b)를 구비한 별개의 채널 수신기(3a, 3a', 3b), 수신 레벨 시험 소자(reception level testing element)(25a, 25a', 25b) 및 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)는 각각의 주파수 채널과 관련된다. 비상관 방식으로 동작하는 안테나 시스템(1)의 "z" 안테나를 구비한 채널 수신기(3a, 3a', 3b)의 출력에서 모두 디지털적으로 수신된 정보의 중첩 때문에, 결과는 3 x z의 다이버시티 효율이고 값은 △ntotal= 3 x (z-1)이다. SDARS 표준에 따른 수신기(3)는 이러한 형태로 이용 가능하지 않다. 또한, 고주파수 라인(46)에 대한한 지출이 상대적으로 높다.
다른 도면에서 설명되고 도시되는 구성의 특별한 이점은 가능한 한 표준 형태로 이용 가능한 다수의 전자 어셈블리(electronic assemblies)를 다이버시티 시스템에서 이용하는 점에 기초한다. 그러므로, 목적은 안테나 다이버시티 기능을 달성하는 것인데, 그것의 효율은 다이버시티 기능이 없는 SDARS 수신 시스템용 대형 표준 시리즈에서 생산되는 어셈블리에 대하여 가능한 한 고지출 부가물의 적은 도움으로, △ntotal에 의하여 특징 지워진다. 물론, 인공 위성 무선 시스템 SDARS는 실시예를 참조하여 본 발명과 연관하여 고려되어야 하고, 본 발명에 의하여 정의되는 바와 같은 안테나 다이버시티 시스템의 효율이 구체적인 방식으로 설명되도록 하는 방법으로 선택되어야 한다. 따라서 본 발명의 교시는 각각 유사하게 고려되는 인공 위성 무선 시스템에 적용될 수 있다.
그러므로, 표준 제품으로 이용 가능하고 지상 신호(48)용의 별개의 접속 및 인공 위성 신호(49)용의 접속을 포함하는 안테나 모듈(40)이 도 2에서 사용된다. 예를 들어 그러한 안테나 모듈은 XM Satellite, SAE 2001-01-1328, ISSN 0148-7191 [3/2001]의 PATSIOKAS 등에 의한 예에 대해 설명된다. 그러나, 다른 형태의 구성 및 유사한 특성의 다수의 안테나 모듈은 대부분의 경우 더 소형이고, 어느 정도 시장에서 성공적으로 이용되고 있다. 두 개의 인공 위성 신호용 공통 입력 및 지상으로 전송된 신호용 별개의 입력을 구비한 표준 형태의 수신기는 그러한 안테나 모듈에 대해 이용 가능하다. 그러므로, 도 2에서, 본 발명에 의하여 정의된 바와 같은 안테나 다이버시티 시스템을 설계하기 위하여, 각각의 인공 위성 채널 및 지상 채널을 위한 별개의 HF-IF 부품(42) 및 각각의 경우에 수신기 입력(47)에 위치한 논리 회로 스위칭 소자를 제어하기 위한 별개의 수신 레벨 시험 소자(25)를 갖는, 용이하게 수정될 수 있고 표준 형태의 제품으로서 이용 가능한 수신기를 단지 구비한다. 지상 신호용 접속(48) 또는 인공 위성 신호용 접속(49)에서 이용 가능한 신호를 선택함으로써, 수신기의 입력은 서로 독립한 두 개의 신호가 각각의 인공 위성 채널 및 지상 채널에 대하여 이용 가능한 방식으로, 대응하게 관련된 논리 회로 스위칭 소자(47a, a', b)를 구비한 논리 스위칭 소자에 의하여 수정된다. 또한, 중간 주파수 레벨을 결정하기 위하여 덜 비싼 정류기(rectifier) 회로를 구비하며, 그 정류기는 수신기의 각각의 채널에 할당된 수신 신호 레벨 지시기(36a, a', b)의 형태로 존재한다. 또한, 각각의 경우에 수신기 입력(47a, 47a', 47b)에 위치하는 논리 회로 스위칭 소자를 제어하기 위한 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)를구비한다. 그러므로, 각각의 대역(band)의 이들 접속에서 이용 가능한 신호의 비상관성 때문에, ns1= 2, ns2= 2 또는 nt= 2, 즉 각각의 경우에 2의 다이버시티 효율은 각각의 인공 위성 채널 및 지상 채널을 위한 각각의 밴드의 수신기에서 이용 가능하여서, 전체적인 결과는 △ntotal= 3 x 2 - 3 =3이 된다. 안테나 다이버시티가 없으면 nSDARS= 3의 다이버시티 효율이 기준 값으로 얻어지는, 두 개의 인공 위성 채널 및 하나의 지상 채널을 구비한 무선 시스템의 구현과 연결된 지출의 배경에 대하여, 3의 효율 이득을 유발하는 안테나 다이버시티와 연결된 지출은 수신기 측의 일반적인 지출에 대하여 상대적으로 낮게 측정된다. 수신기 입력(47)의 논리 회로 스위칭 소자는 수신기의 입력에 낮은 지출로 이 접속에 포함될 수 있다. 또한 비싼 고주파수 라인(46)의 견지에서 보면, 모터 운송 수단의 전송 라인을 위하여 추가적인 지출이 초래되지 않는다는 것을 주목할 필요가 있다.
운송 수단의 영역이 차광 처리가 되면, 본 발명에 따라서 안테나 모듈(40)을 포함하는 것이 가능한데, 안테나 모듈(40)은 표준 제품으로서는 모터 운반 수단의 앞 영역에서, 그리고 또 다른 안테나 모듈은 모터 운반 수단의 뒤 영역에서 이용 가능하고, 이것은 도 3에 도시되어 있다. 안테나 모듈(40)은 지상 신호 및 인공 위성 신호를 위한 별개의 출력을 가지고 있다. 그러한 실시예는 고정된 지붕이 없는 모터 운송 수단, 예를 들어 컨버터블(convertible)과 같은 운송 수단과 관련하여 특히 유용하다. 도 3에 도시된 구성과 관련하여, 수정된 SDARS 수신기는 수신기 입력(47)에 논리 회로 스위칭 소자를 갖고, 수신기 입력(47)은 모든 채널이 두개의 안테나에 의하여 이용 가능하도록 된 모든 신호에 별개로 액세스하는, 네 개의 고주파수 입력을 갖는다. 안테나에 의하여 공급되는 모든 신호의 비상관성으로 인하여, 안테나 다이버시티는 △ntotal= 3 x 4 - 3 = 9를 생기게 한다. 그러나, 이 높은 추가적인 다이버시티 효율은 인공 위성 수신기에 연결하는 더 고가의 고주파수 라인(46)의 사용을 요구한다.
도 4에 도시된 바와 같은, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 두 개의 고주파수 입력을 가진 표준 형태의 단지 약간 수정된 수신기(3)가 사용된다. 단지 심볼 사이클 신호(18) 및 수신 레벨(30)은 각각의 채널에 대한 수신기로부터 출력되고, 더 비싼 제어 라인을 통하여 안테나 모듈(40)에 공급되며, 여기에는 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b) 및 논리 회로 소자(50) 및 필요에 따라서 역 스위치(reversing switch)(51)가 존재한다. 안테나 모듈(40)은, 수직 편광(vertical polarization)용 기본 방사기(elementary radiator)(44), 및 원형 편광(circular polarization)용 방사기 조합(45)의 제1 기본 방사기(45a) 및 제2 기본 방사기(45b)가 구비된다. 안테나 모듈(51)의 역 스위치는 원형 편광(45) 자체를 위한 방사기 조합뿐만 아니라, 원형 편광용 방사기 조합(45)의 제1 기본 방사기(45a) 및 제2 기본 방사기를 별개로 액세스하는 것을 허용한다. 본 발명에 따르면, 수직 편광(44)을 위한 기본 방사기에 의하여 수신된 신호와 함께, 이들 신호는, 논리 회로 스위칭 소자(50)를 통하여 교호적인 방식으로 서로 독립적으로 인공 위성 신호용 접속(49)에 공급된다. 이와 유사하게, 이들 신호는 역 신호(53)에 따라서, 그리고 인공 위성 신호용 접속(49)에서 이용 가능한 신호에 독립하여 지상 신호(50)용 접속에 선택적으로 이용 가능하다. 이러한 구성은 지상 수신을 위한 HF-IF 부품(42b)에 공급된 신호가 이렇게 형성된 네 개의 신호로부터 최고 진폭을 가진 신호로서 선택된다는 것을 보여준다. 기본 방사기(45a, 45b) 중 하나와 원형 편광(45b) 자체를 위한 방사기 조합(45)의 신호간의 신호의 부분적인 상관성을 고려하면, 지상 경로에 대한 다이버시티 효율은 nt= 3.2가 된다. 본 발명에 따르면, 신호이 선택은 최소 전압을 초과하는 두 개의 인공 위성 신호의 최대 수를 포함하는 인공 위성 신호용 접속(49)에서 그 신호가 항상 나타날 것이라는 방식으로 다이버시티 시스템의 제어를 통하여 인공 위성 신호용 접속(49)에서 행하여질 수 있다. ns1= ns2= 2.5의 더 낮은 다이버시티 효율은 두 개의 인공 위성 채널의 각각에 대한 이 접속에서 얻어진다. ntotal= nt+ ns1+ ns2의 전체 다이버시티 효율은 8.2가 되고, △ntotal= 5.2이 된다. 이러한 구성에 의해, 표준 형태의 수신기에서 얻어지는 수정으로 매우 낮은 지출을 달성하고, 안테나 모듈(40)에 구현되는 전자 측정의 도움으로 높은 다이버시티 효율이 얻어지는 특별한 이점을 얻을 수 있다. 안테나 모듈에 기본 방사기를 분리하기 위하여 그리고 전력 분할(power division) 및 라인 감쇠 효과(line damping effect)를 보상하기 위한 HF-안테나 증폭기가 구비된다.
도 5에 도시된 수신기 시스템은 도 4 중 하나와 동일하다. 더 적은 지출을 요구하는 안테나 모듈을 위하여, 이 수신기 시스템은 실질상 지상 신호(48)용 별개의 접속 및 인공 위성 신호용 접속(49)을 포함하고 있는 표준 형태의 안테나와 같이 구현될 수 있다. 인공 위성 경로의 출력 및 안테나의 지상 경로의 출력에서의 신호가, 각각의 경우에 지상 신호용 접속(48) 및 인공 위성 신호용 접속(49)에 교호로 공급되기 위하여, 안테나 모듈(40)의 논리 회로 스위칭 소자(50)에 공급되는 한도에서만, 표준 형태의 안테나 모듈이 결과적으로 수정된다. 지상 경로 또는 인공 위성 경로로부터의 신호의 선택은 수신 레벨 시험 소자(25)를 가진 논리 회로 스위칭 소자를 제어함으로써 이루어진다. 도 4의 구성과의 차이는 안테나에서 이용 가능한 신호의 수가 더 적다는데 있다. 이는 한편으로는 두 개의 인공 위성 채널 그리고 다른 한편으로는 지상 채널을 위한 최적의 신호가 인공 위성 신호용 접속(49) 및 지상 신호용 접속(48)의 서로 다른 두 개에 각각 독립적으로 이용 가능하기 때문이다. 지상 신호용 접속(48)의 신호의 비상관성으로 인하여, 지상 경로에 대한 다이버시티 효율은 nt= 2가 된다. 상기한 이유 때문에 두 개의 인공 위성 채널의 각각에 대한 이러한 접속에서의 다이버시티 효율은 ns1= ns2= 1.7로 더 낮아진다. 그러므로 전체 다이버시티 효율은 △ntotal= 2.4이면서 ntotal= nt+ ns1+ ns2= 5.4가 된다. 이러한 구성은 지출의 견지에서 특히 이로운데, 이는 단지 간단한 논리 회로 스위칭 소자(50)가 안테나 모듈(40)에서, 즉 표준 장비를 넘어서 공급되고, 상기 논리 회로 스위칭 소자는 수신 레벨 시험 소자(25)에 의하여 제어되기 때문이다. 다이버시티 기능에 대한 낮은 지출 및 다이버시티 효율 △ntotal=2.4에서 얻어진 상당한 이득으로 인하여, 이러한 구성이 특히 유용하다고 볼 수 있다.
바람직한 방식으로 모터 운송 수단에 고주파수 라인(46)을 설치하기 위하여, 구성 형태 때문에 안테나 모듈(40)을 위한 여러 설치 사이트를 요구하는 모터 운송 수단과 특히 관련하여, 안테나 및 수신기로부터 떨어져 있는 바람직한 장소의 모터 운송 수단에 설치된 선택기 모듈(52)을 이용할 필요가 있다. 그러한 구성은 도 6에 도시되어 있다. 특히, 안테나 모듈(40)의 사용이 유용한 데, 안테나 모듈은 지상 신호(48)용 별개의 접속 및 인공 위성 신호용 접속을 가진 SDARS 시스템을 위한 표준 제품으로서 이용가능하고, 그들의 신호는 선택기 모듈(52)에 각각 존재하는 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2b)에 공급된다. 선택기 모듈은 표준 수신기와 관련되므로, 수신기(3)는 두 개의 인공 위성 채널용 하나의 입력 및 지상 채널용 하나의 입력을 포함한다. 그러므로 네 개의 안테나 신호는 그들의 개별적이고 자유로운 선택을 위하여 각각의 상기 입력에 이용 가능하다. 안테나에 의하여 공급되는 모든 신호의 비상관성으로 인하여, 지상 채널의 다이버시티 효율은 nt= 4가 된다. 두 개의 인공 위성 채널을 대하여, 이러한 접속으로 각각의 이들 두 개의 채널에 대해 ns1= ns2= 2.8의 다이버시티 효율을 얻는다. 그러므로 총 다이버시티 효율은 ntotal= nt+ ns1+ ns2= 9.6이 되고, △ntotal= 6.6이 된다. 거리가 한 파장보다 실질적으로 더 작지(또는 더 짧지) 않으면, 안테나 모듈(40)을 위한 설치 장소간의 거리가 작을지라도, 이 값이 달성될 수 있다. 모듈과 선택기 모듈간의 고주파수라인을 위한 지출은 이러한 방법으로 낮게 유지될 수 있다.
비용 감소를 얻기 위하여, 모든 인공 위성 및 지상 채널을 위하여 단지 하나의 고주파수 입력을 갖는 그러한 SDARS-수신기(3)가 표준 구성 요소로서 이용된다. 표준 구성 요소로서 사용되고 서로에 대해 떨어져서 설치된, 2개의 안테나 모듈(40)을 갖는 그러한 수신기를 유용하게 사용하여 얻어지는 구성이 도 7에 도시되어 있다. 도 6에 도시된 배치에 반대로, 신호는 선택기 모듈(52)에 존재하는 수신 레벨 시험 소자(2)를 통하여 임의의 시간에 수신기(3)에 전송되기 위하여 선택된다. 본 발명에 따르면, 이러한 점은 네 개의 이용 가능한 안테나 신호로부터 인공 위성 및 지상 신호의 최대의 수를 안전하게 수신하는 것을 선택함으로써 이루어진다. 특히 선택기 모듈(52)과 수신기(3)간의 거리가 크면, 그렇게 얻어진 고주파수 라인(46)의 절약은 상당하다. 안테나에 의하여 공급되는 모든 신호의 비상관성으로 인하여, 인공 위성 신호 및 지상 신호의 다이버시티 효율은 ns1= ns2= nt= 2.4가 된다. 그러므로 총 다이버시티 효율은 ntotal= 7.2가 되고, △ntotal= 4.2이 된다. 이러한 표준 형태의 두 개의 안테나가 서로 너무 멀지 않지만 파장에 대하여 서로 적당한 간격을 가지고 모터 운송 수단에 탑재되면, 특히 유용하여, 안테나와 선택기 모듈(52)간의 케이블 접속은 작은 지출로 구현될 수 있고, 고주파수 라인(46)을 위한 지출은 단지 하나의 수신기 입력이 존재하기 때문에 낮을 것이다.
특히 낮은 지출로 구현되는 본 발명에 의하여 정의된 다이버시티 시스템이 도 8에 도시되어 있다. 표준 형태의 제품으로서 이용 가능하고 수신 레벨 시험 소자(25)를 가진 논리 회로 스위칭 소자(50)가 단지 추가된 정도록 약간 변경된 단지 하나의 안테나 모듈(40)이 이 시스템을 위하여 사용되었다. 수신기(3)는 단지 하나의 고주파수 입력을 가진 것으로 설계된다. 따라서 단일 고주파수 라인(46)을 위해 요구되는 지출은 낮다. 지상 신호 경로 및 인공 위성 신호 경로로부터의 신호는 단일 안테나 접속점(21)에서 교호로 이용 가능하다. 모든 채널에 대하여 얻어지는 다이버시티 효율은 nt= ns1= ns2= 1.5로 된다. 그러므로 △ntotal= 1.5이다. 안테나 시스템의 다이버시티 효율에서의 이 이득은 선행하는 예와 비교해보면 낮아 보인다. 그러나, 이 더 낮은 이득은 낮은 추가적인 지출에 대하여 측정되어야 하고, 예를 들어 추가적인 채널의 설치와 관련되는 지출과 비교하면 매우 정당해 보인다.
본 발명에 의하여 정의된 바와 같은 시스템의 또 다른 이로운 실시예가 도 9에 도시되어 있는데, 도 4에서 이용된 안테나 모듈과 동일한 안테나 모듈(40)이 사용되고, 도 8과 관련하여 설명한 것과 동일한 단지 하나의 고주파수 입력을 가진 수신기(3)가 이용된다. 이번 경우에 있어서, 도 8과 관련하여 얻어진 효율보다 우월한 다이버시티 효율이 얻어지고, 안테나 접속점(21)에서 교호로 이용 가능한 안테나 신호의 수가 더 높다는 사실 때문에, 고주파수 라인(46)에 대한 지출이 특히 더 낮아진다. 이것은 도 9의 안테나 모듈(40)의 더 높은 지출의 도움으로 이루어진다. 모든 채널에 대하여 얻어지는 다이버시티 효율은 n1= ns1= ns2= 2.2가 된다. 따라서 그 결과는 △ntotal= 3.6이다. 도 7에 도시된 구성으로 달성되는 효율과 비교할 때 다이버시티 효율에서의 이 상당한 이득은 안테나 모듈(40)의 역 스위치(51)와 함께, 논리 회로 스위칭 소자(50)와 같이 구현된 전자 측정(electronic measures)의 도움으로 얻어진다. 안테나를 위한 단지 하나의 설치 장소가 모터 운송 수단에 필요하다는 사실과 관련하여, 이 방법과 관련된 이점은 고주파수 라인에 대한 낮은 지출이다.
자동차 산업에서는 가능한 한 눈에 띄지 않은 안테나가 특히 소망된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 인공 위성 수신 및 지상 수신을 위하여 특별한 특성을 가진, 지금까지 소개된 안테나를 사용하는 대신에, 눈에 띄지 않고 더 간단한 안테나 소자가 지상 및 인공 위성 신호(54)를 위한 조합된 방사기의 형태로 이용될 것이 제안된다. 그러한 안테나 소자는 다양한 설치 장소에 더 큰 수로 모터 운송 수단에 탑재된다. 기존의 패치 안테나(patch antenna)는 또한 그러한 목적으로 매우 적당하다. 모터 운송 수단의 창문 틀에 네 개의 방사기를 포함하는 구성으로 운송 수단에 통합된 안테나가 되도록 한다. 도 10은 복수의 간단한 개별 안테나로 이루어진 안테나 시스템을 도시한다. 그들의 기능적 원리는 도 6에 도시된 시스템과 동일하다. 이들 안테나에 의하여 공급된 모든 신호의 비상관성으로 인하여, 지상 채널의 다이버시티 효율은 nt= 4가 된다. 두 개의 인공 위성 채널에 대하여, 각각의 채널의 다이버시티 효율은 ns1= ns2= 2.8이 된다. 그러므로 총 다이버시티 효율은 ntotal= nt+ ns1+ ns2= 9.6이 되고, △ntotal= 6.6이 된다. 그러한 구성은, 모든 3차원 방향의 바람직한 부채꼴의 커버리지(sectorial coverage)를 가지면서,수신이 또한 Rayleigh-분포가 없는 영역에서 보장되고, 그럼으로써 인공 위성 및 지상 신호가 직접 발생하는 영역에서 보장되는 특성을 가지고 있다. 이것은 운송 수단에 통합된 안테나를 사용하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
하지만 도 11은 단지 하나의 고주파수 입력을 가진 수신기를 사용하여 도 10에 도시된 안테나 시스템의 유용한 변형을 나타낸다. 선택기 모듈(52)과 수신기(3) 간의 고주파수 라인(46)은 이 경우에 있어서 생략되었다. 모든 채널에 대하여 얻어진 다이버시티 효율은 nt= ns1= ns2= 2.4가 되고, 그러므로 △ntotal= 4.2이다.
본 발명에 따르면 SDARS 표준 또는 유사한 표준에 따른 복수의 디지털 변조 인공 위성 신호 및 디지털 변호 지상 신호의 수신을 위한 다이버시티 수신 시스템을 제공할 수 있고, 특히 경제적인 솔루션이 구현될 수 있으며 그 효율성이 다이버시티 효율성의 도움으로 표현될 수 있는 방식에 관한 지시어를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. SDARS 표준 또는 유사한 표준에 따른 디지털 인공 위성 무선 신호를 수신하고, 전송 안정성을 향상시키고, 또한 동일한 HF 채널 대역폭 B의 이웃하는 고주파수 대역에서, M-PSK 방식에 따른 제1 인공 위성의 디지털 변조 인공 위성 무선 신호(5a), 상기 M-PSK 방식에 따른 제2 인공 위성의 디지털 변조 인공 위성 무선 신호(5a'), 및 지상 무선국(terrestrial radio station)에 의하여 전송되는 COFDM 방법에 따른 디지털 변조된 수신 신호(5b)를 대등하게 수신하기 위한 다이버시티 시스템으로서,
    각각의 경우에 동일한 신호량 - 상기 신호량은 순회 시간(traveling time) 만큼 오프셋됨 - 이 안테나 시스템(20)을 통하여 수신기(3)에 의하여 수신되며;
    상기 수신기는 세 개의 무선 채널의 각각을 위한 분리된 수신 브랜치(3a, a', b)를 가지고 있고 중첩 원리에 기초하여 설계되며;
    수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)는 각각의 상기 수신 브랜치(3a, 3a', 3b)에 대하여 존재하고, 상기 수신 레벨 시험 소자는 관련된 무선 서비스의 심볼 사이클(18a, 18a', 18b)로 공급되고;
    제어 가능한 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)는 모든 세 개의 주파수 범위에 대하여 존재하고, 지상 수신 브랜치(3b)를 통하여 전송된 데이터와, 두 개의 인공 위성 수신 브랜치(3a, 3a')를 통하여 전송된 데이터를 포함하는 데이터의 합은 수신기(3)에서 하나의 메시지로 조합되고,
    상기 안테나 시스템(20)으로부터의 서로 다른 수신 신호의 선택을 통하여 상기 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b) 및 상기 제어 가능 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)는, 상기 수신 신호(5a, a', b)의 수신 레벨이 상기 제어 가능한 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b) 및 상기 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2a', 2b)의 스위칭 위치(S1, S2, ...)를 급속하게 순차적으로 계속 진행함으로써 구동되는 동안에 비교의 방식으로 빠르게 검출되도록 설계되며,
    여기서 디지털 정보를 안전하게 검출하기 위하여 요구되는 수신된 수신 신호(5a, 5a', 5b)의 최소 레벨의 합은 진행 속력 및 파장 λ에 기초하여 시간 간격에 대해 가능한 한 높고, 유지되며, 안테나 다이버시티 기능은 다이버시티 기능이 없는 일반적으로 사용되는 수신 시스템으로부터 표준 부품로서 이용 가능한 단지 약간 수정된 구성 요소를 사용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    지상 및 인공 위성 신호에 대하여 분리된 출력(49, 48)을 가지면서, 인공 위성 신호 수신용 신호 경로 및 지상 신호 수신용 신호 경로를 갖는 표준 형태의 안테나 모듈(40) - 상기 지상 신호 수신용 신호 경로는 상기 인공 위성 신호 수신용 신호 경로와 분리됨 - ; 및
    각각의 인공 위성 채널 및 지상 채널을 위해 별개의 HF-IF 부품(42)을 갖고, 인공 위성 신호용 고주파수 입력 및 지상 신호용 고주파수 입력을 포함하는 수정된표준 형태의 수신기(3)를 포함하고,
    상기 수정된 표준 형태의 수신기(3)는 상기 논리 회로 스위칭 소자(47a, 47a', 47b)를 제어하기 위하여 상기 수신기 입력에서 별개의 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)를 포함 - 상기 논리 회로 스위칭 소자(47a, 47a', 47b)는 각각 지상 신호용 접속(48) 및 인공 위성 신호용 접속(49)에서 이용 가능한 가장 바람직한 신호를 선택하기 위한 두 개의 고주파수 입력을 포함하며, 상기 신호는 고주파수 라인(46)을 통하여 공급됨 - 는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    지상 신호용 접속(48) 및 인공 위성 신호용 접속(49)에서 이용 가능한 신호로 공급되는 네 개의 고주파수 입력을 포함하는 두 개의 표준 형태의 안테나 모듈(40) 및 수정된 표준 형태의 수신기(3) - 상기 신호는 별개의 고주파수 라인(46)을 통하여 공급됨 -; 및
    상기 수신기 입력의 논리 회로 스위칭 소자(47a, 47a', 47b) - 상기 스위칭 소자는 가장 바람직한 신호가 다이버시티 기능를 통하여 각각의 HF-IF 부품로 스위칭되는 방식으로 설계됨 -
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    수직 편광용 기본 방사기(44)와, 원형 편광용 방사기 조합의 제1 기본 방사기(45a) 및 제2 기본 방사기(45b)와, 역 스위치(51)를 포함하는 수정된 안테나 모듈(40)이, 원형 편광용 방사기 조합(45)의 제1 기본 방사기(45a) 및 제2 기본 방사기(45b)의 수신 신호와 ,원형 편광용 방사기 조합(45) 자체의 신호가 교호로 별개로 액세스될 수 있도록 설계되고;
    원형 편광용 방사기 조합(45)으로부터 유도된 세 개의 서로 다른 신호와 같이, 수직 편광용 기본 방사기(44)의 신호가 논리 회로 스위칭 소자(50)에 교호로 공급됨으로써, 지상 신호용 접속(48) 및 인공 위성 신호용 접속(49)이 상기 논리 회로 스위칭 소자의 출력에 형성되어서, 상기 신호가 안테나 모듈(40)에 존재하는 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)의 도움으로 각각의 상기 접속(48, 49)에서 맞추어지고;
    인공 위성 신호용 고주파수 입력 및 지상 신호용 고주파수 입력을 갖는 약간 수정된 표준 형태의 수신기(3)가 존재하고, 상기 수신기(3)로부터 수신 레벨(30a, 30a', 30b) 및 심볼 사이클 신호(18a, 18a', 18b)가 출력되어 안테나 모듈(40)에 공급되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 모듈(40)은 상기 원형 편광용 방사기 조합(45)을 가진 인공 위성 신호를 위한 신호 경로 및 수직 편광용 기본 방사기(44)를 가진 지상 신호를 위한 신호 경로를 가진 실질적으로 표준에 유사한 방식으로 구현되고;
    두 개의 신호 경로의 신호는 상기 논리 회로 스위칭 소자(50)에 공급되고, 상기 지상 신호용 접속(48) 및 인공 위성 신호용 접속(49) 모두가 상기 스위칭 소자의 출력에 형성되어서, 두 개의 신호 경로의 신호가 상기 안테나 모듈(40)에 존재하는 상기 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)의 도움으로 상기 접속(48, 49)의 각각에서 맞추어질 수 있는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    SDARS 표준 또는 유사한 표준에 따른 두 개의 디지털 변조 인공 위성 신호 및 디지털 변조 지상 신호를 수신하며,
    서로 떨어져서 모터 운송 수단에 탑재되어 있는 표준 형태의 두 개의 안테나 모듈(40) - 상기 안테나 모듈(40)의 각각은 인공 위성 신호 수신용 신호 경로와, 상기 신호 경로와 분리된 지상 신호를 수신하기 위한 신호 경로를 가지며, 또한 지상 및 인공 위성 신호를 위한 별개의 출력(49, 48)을 가지며, 네 개의 출력 신호 각각의 합은 두 개의 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2b) 및 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)를 각각 포함하는 선택기 모듈(52)로 공급됨 - ; 및
    인공 위성 신호용 고주파수 입력 및 지상 신호용 고주파수 입력을 포함하는 표준 형태의 약간 수정된 수신기(3) - 상기 약간 수정된 수신기(3)로부터 수신 레벨(30a, 30a', 30b) 및 심볼 사이클 신호(18a, 18a', 18b)가 출력되어 선택기 모듈(52)에서의 수신 레벨 시험 소자(25a, a', b)에 공급됨 - 를 포함하고
    각각의 논리 회로 스위칭 소자(2a, 2b)의 출력은 고주파수 라인(46)을 통하여 대응하는 고주파수 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    인공 위성 신호 및 지상 신호를 위한 신호 브랜칭(signal branching)을 갖는 단지 하나의 공통된 고주파수 입력을 갖는 표준 형태의 약간 수정된 수신기(3) - 상기 수신기(3)로부터 수신 레벨(30a, a', b) 및 심볼 사이클 신호(18a, 18a', 18b)가 출력되어 선택기 모듈(52)의 수신 레벨 시험 소자(25a, a', b)에 공급됨 - 를 포함하고,
    단지 하나의 논리 회로 스위칭 소자(2)가 선택기 모듈(52)에 존재하고, 상기 논리 회로 스위칭 소자(2)의 출력은 고주파수 라인(46)을 통하여 수신기(3)의 고주파수 입력에 접속되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    안테나 모듈(40)은, 원형 편광용 방사기 조합(45)을 가진 인공 위성 신호를 위한 신호 경로 및 수직 편광용 기본 방사기 조합(44)을를 갖는 지상 신호를 위한 신호 경로를 갖는 실질적으로 표준에 유사한 방식으로 구현되고;
    두 개의 신호 경로의 신호는 상기 안테나 모듈(40)에 존재하는 논리 회로 스위칭 소자(50)에 공급되고, 안테나 접속점(21)는 상기 안테나 모듈의 출력에 형성되어서, 두 개의 신호 경로의 신호가 안테나 모듈(40)에 존재하는 상기 수신 레벨시험 소자(25a, 25a', 25b)의 도움으로 상기 안테나 접속점(21)에서 교호로 맞추어지고, 인공 위성 신호 및 지상 신호를 위한 신호 브랜칭을 갖는 단지 하나의 공통 고주파수 입력을 갖는 약간 수정된 수신기(3)에 고주파수 라인(46)을 통하여 공급되고;
    상기 수신 레벨(30a, 30a', 30b) 및 심볼 사이클 신호(18a, 18a', 18b)는 상기 수신기(3)로부터 출력되어 상기 안테나 모듈(40)의 상기 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)에 공급되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 수신 시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    수정된 안테나 모듈(40)은 원형 편광을 위한 기본 방사기 및 방사기 조합(45)의 모든 신호에 대한 교호 액세스를 갖는 단지 하나의 안테나 접속점(21)를 갖고, 상기 안테나 접속점(21)은 인공 위성 신호 및 지상 신호를 위한 신호 브랜칭을 갖는 단지 하나의 공통 고주파수 입력을 갖는 표준 형태의 단지 약간 수정된 수신기(3)에 고주파수 라인(46)을 통하여 접속되고;
    수신 레벨(30a, 30a', 30b) 및 심볼 사이클 신호(18a, 18a', 18b)는 수신기(3)로부터 출력되어, 안테나 모듈(40)의 수신 레벨 시험 소자(25a, 25a', 25b)에 공급되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    복수의 단일 안테나 모듈(40)이 각각 두 개의 출력을 갖는 두 개의 안테나대신에 이용되고;
    개별 안테나는 지상 및 인공 위성 신호를 위한 조합된 방사기(54)의 형태로 된 더 간단한 안테나 소자로 이루어지고, 바람직한 부채꼴 커버리지가 모든 3차원 방향의 다이버시티에 의하여 얻어지는 방식으로 모터 운송 수단에 탑재되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    복수의 단일 안테나 모듈(40)이 각각 두 개의 출력(48, 49)을 갖는 두 개의 안테나 모듈 대신에 이용되고;
    상기 단일 안테나 모듈은 지상 및 인공 위성 신호를 위한 조합된 방사기(54)의 형태로 된 더 간단한 안테나 소자로 이루어지고, 다이버시티에 의하여 모든 3차원 방향의 바람직한 부채꼴 커버리지가 얻어지는 방식으로 모터 운송 수단에 탑재되는 것을 특징으로 하는 다이버시티 시스템.
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