KR20040047122A - 방위각을 이용한 이동체에서의 위성 방송 수신 방법 및 장치 - Google Patents

방위각을 이용한 이동체에서의 위성 방송 수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방위각을 이용한 이동체에서의 위성 방송 수신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량, 기차, 선박 등과 같은 이동체에서 방위각을 이용하여 위성의 위치를 추적하며 위성 방송 신호를 수신함으로써, 위성 추적 시간을 줄이고, 전력 소모를 최소화할 수 있는 위성 방송 수신 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 따른 위성 방송 수신 방법은 (a) 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출하는 단계, (b) 방위각 및 미리 지정된 기준 방위각의 차이에 상응하는 회전각을 산출하는 단계, (c) 제1 회전각에 상응하여 안테나를 회전시키는 단계, (d) 위성 방송 신호의 신호 세기(signal strength)에 상응하여 안테나의 회전 방향을 설정하는 단계, (e) 회전 방향에 상응하여 안테나를 미리 지정된 회전각만큼 회전시키는 단계, (f) (d)단계 및 (e)단계를 미리 설정된 각도 범위 내에서 반복 수행하여 안테나를 미세 조정하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

방위각을 이용한 이동체에서의 위성 방송 수신 방법 및 장치 {Method and Device for receiving satellite broadcasting with azimuth in mobile object}
본 발명은 방위각을 이용한 이동체에서의 위성 방송 수신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량, 기차, 선박 등과 같은 이동체에서 방위각을 이용하여 위성의 위치를 추적하며 위성 방송 신호를 수신함으로써, 위성 추적 시간을 줄이고, 전력 소모를 최소화할 수 있는 위성 방송 수신 방법 및 장치에 관한 것이다.
기존의 이동체에서의 위성 추적 방법은 이동체의 위치 변화에 따른 변화량을 감지한 후, 이전 이동체의 위치와 비교하여 상기 변화량에 상응하는 회전각만큼 안테나를 이동시키는 방식으로 이루어지고 있다. 여기서, 안테나의 이동은 크게 전자식 및 기계식으로 대별되며, 이를 혼합한 하이브리드 방식도 사용되고 있다. 이와 같은 기존의 방식에서는 이동체의 운동량 및 상기 운동량에 상응하는 안테나의 회전각을 신속하고도 정확하게 판단하는 것이 매우 중요하다. 그러나, 이와 같은 위성 추적 방법은 이동체의 운동량을 파악하는데 고가의 장비가 필요한 문제점이 있다.
기존의 이동체의 위치 변화에 따른 위성 추적 방법을 보다 상세하게 살펴보면, 신호 세기를 이용하는 방법, 자이로 센서를 이용하는 방법 및 위상배열안테나를 이용하는 방법 등이 있다. 이하, 상기 기술한 방법의 문제점을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
첫째, 신호 세기(signal strength)를 이용하는 방법은 안테나를 회전시키면서 위성 신호를 수신하여 가장 최적의 신호 세기에 상응하는 안테나 위치를 산출하고, 상기 위치를 안테나의 수신 위치로 설정하는 방법이다. 이러한 방법은 가장 원시적인 방법으로 위성을 추적하는데 장시간이 소요되며, 계속적으로 이동체 회전에 상응하여 안테나를 회전시켜야 하므로 전력 소모가 증가하는 문제점이 있다.
둘째, 자이로 센서를 이용하는 방법은 자이로 센서를 이용하여 이동체의 위치 변화량을 감지하고, 상기 변화량에 상응하여 안테나를 이동시키는 방법이다. 여기서, 자이로 센서는 이동체의 운동 특히 각 바퀴 둘레의 회전 운동을 직접 검출하는 센서로서, 메카니컬 자이로, 가스레이트 자이로, 광파이버 자이로 등 다양한 종류가 있으나, 가격이 비싼 게 흠이다. 또한, 이러한 자이로 센서를 구비한 안테나 장치 역시 제조 단가가 올라갈 수밖에 없는 문제점이 있다.
셋째, 위상 배열 안테나를 이용하는 방법은 위상을 제어해서 위성 방송 신호의 세기를 파악하고, 최적의 전자빔 수신 위치를 파악하는 방법이다. 이러한 위상 배열 기술은 각 소자간에 이상기(移相器)를 사용해 위상차를 부여하는데 이 위상차에 의해 안테나의 송수신에 따른 등위상면(等位相面)을 결정할 수 있다. 따라서 이상기의 이상량(移相量)을 적당히 변화시켜주면 등위상면을 임의로 변하게 할 수 있다. 상기 원리를 이용하여 최적의 수신 위치를 결정할 수 있는 다양한 알고리즘이 개발되고 있다.
그러나, 이러한 위상 배열 안테나를 이용하는 방법은 다양한 설계 인자를 고려해야 하며, 개발 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 즉, 이러한 위상배열안테나의 설계인자에는 위상배열안테나의 빔형상과 빔방향을 결정하는 인자로서 각 배열요소에 인가되는 여기계수의 크기와 위상, 배열요소의 배열형상, 배열요소간의 간격 등이 있으나, 이러한 각각의 데이터를 정확한 실험결과를 거쳐 결정해야 하는 문제점이 있다.
또한, 이러한 위상 배열 안테나를 이용하는 방법은 높은 EIRP가 요구되는 위성통신 시스템에서 안테나 소자 수가 증가되어 위상 천이기 및 급전망에 의한 급전손실이 증가할 뿐 아니라, 워밍업 시간이 소요되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 인공 위성의 위치를 추적하여 위성 방송을 수신하는 방법은 이동체의 위치 변화량에 상응하는 회전각을 산출하는 방식이나, 위성으로부터 수신한 신호의 세기를 이용한 방법을 사용하고 있으나, 제조 단가, 위밍업 시간, 높은 전력 소모, 최초 위성 위치 판단에 360°이상을 회전하는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 차량, 기차, 선박 등과 같은 이동체에서 방위각을 이용하여 위성의 위치를 추적하여 위성 방송 신호를 수신할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 최초 위성 방송 수신시에 360° 이상의 회전을 한 후, 위성 방송을 수신하는 불편함을 제거하고, 미리 지정된 기준 방위각을 이용하여 단시간 내에 위성 방송을 수신할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 고가인 자이로 센서를 대체한 방위각 생성부를 이용하여 적은 제조 비용으로 짧은 위성 추적 시간과 정확성을 지닌 위성 방송 수신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전력 소모를 줄이고, 워밍업 시간을 제거한 위성 방송 수신 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이동체의 운동량을 감지하는 정밀한 장치와 복잡한 알고리즘의 사용없이 효과적으로 위성 방송을 수신할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 종래 위치 추적 안테나에서 불필요한 안테나 움직임에 의한 추적 손실을 없애고, 응답 속도를 개선하여 저전력으로 위성을 안정적으로 추적할 수 있는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위성 방송 수신 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방위각 설정 방법을 나타낸 도면.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어부의 기능별 모듈을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위성 방송 수신 절차를 나타낸 순서도.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지자기 센서부와 제어부와의 연결 관계를 나타낸 블록도.
도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지자기 센서부의 출력 전압을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 검출부의 구성을 나타낸 블록도
도 7a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 세기를 이용하여 안테나의 위치를 추적하는 절차를 나타낸 순서도이고, 도 7b는 상기 도7a에 따른 신호 세기(signal strength)를 나타낸 그래프.
도 8a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 신호 세기를 이용하여 안테나의 위치를 추적하는 절차를 나타낸 순서도이고, 도 8b는 상기 도8a에 따른 신호 세기(signal strength)를 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 방송 위성 120 : 안테나 장치
130 : 위성 방송 수신 장치 140 : TV
345 : 안테나 340 : 주파수 하향부
310 : 신호 검출부 320 : 방위각 정보 생성부
330 : 모터 구동부 300 : 제어부
303 : 방위각 산출 모듈 306 : 신호 세기 판단 모듈
309 : 모터 제어 모듈 323 : 지자기 센서부
326 : 증폭부 329 : 펄스파 발생부
상술한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면,(a) 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출하는 단계, (b) 상기 방위각 및 미리 지정된 기준 방위각의 차이에 상응하는 회전각을 산출하는 단계, (c) 상기 제1 회전각에 상응하여 안테나를 회전시키는 단계, (d) 상기 위성 방송 신호의 신호 세기(signal strength)에 상응하여 상기 안테나의 회전 방향을 설정하는 단계, (e) 상기 회전 방향에 상응하여 상기 안테나를 미리 지정된 회전각만큼 회전시키는 단계, (f) 상기 (d)단계 및 (e)단계를 미리 설정된 각도 범위 내에서 반복 수행하여 상기 안테나를 미세 조정하는 단계를 포함함으로써, 이동체의 이동 중에 위성 방송을 수신할 수 있는 안테나 장치의 위성 방송 수신 방법이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 방위각 정보는 상기 안테나 장치에 포함된 지자기 센서부에서 생성한 지자기 값을 이용하여 생성되며, 상기 기준 방위각은 상기 이동체의 위치에 관계없이 고정되어 지정되며, 상기 각도 범위는 상기 지자기 센서부에서 생성된 지자기 값의 오차에 상응하여 설정될 수 있다.
그리고, 상기 위성 방송 신호가 상기 각도범위내에서 수신되지 않는 경우, 상기 안테나의 회전을 정지시킬 수 있으며, 미리 설정된 시간 경과 후, 상기 위성 방송 신호의 수신 여부 판단을 위하여 안테나의 회전이 재개되도록 설정할 수 있다.
또한, 상기 (f)단계는 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)가 미리 설정된 최적 수신 상태 또는 미리 설정된 기준 레벨 이상에 도달될 때까지 반복 수행되도록 구성할 수 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 위성 방송 신호를 수신하는 안테나, 상기 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 생성하는 방위각 생성부, 상기 안테나에서 수신한 위성방송 신호의 주파수를 미리 설정된 주파수로 하향 변환시킨 후, 상기 안테나 장치에 결합된 위성 방송 수신 장치로 전달하는 저잡음 주파수 하향부, 상기 하향 변환된 위성 방송 신호에서 미리 설정된 신호 세기(signal strength)를 검출하는 신호 검출부, 미리 설정된 기준 방위각과 상기 방위각 생성부에서 생성한 신호에 상응하여 산출한 방위각 정보의 편차에 상응하는 안테나의 회전각 및 상기 신호 검출부에서 검출한 신호에 상응하는 안테나의 회전 방향을 산출하는 제어부, 상기 제어부의 제어에 의하여, 상기 회전각 및 회전 방향에 상응하여 안테나를 회전하는 모터 구동부를 포함하며, 이동체에 장착되어, 상기 이동체의 이동 중에 위성 방송을 수신할 수 있는 위성 수신 안테나 장치가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 신호 검출부는 상기 주파수 하향부에서 전달된 신호를 증폭하는 제1 증폭부, 상기 증폭된 신호 중 미리 설정된 주파수 대역의 신호를 추출하는 필터부 및 상기 추출된 신호를 증폭하는 제2 증폭부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 증폭부에서 전달된 신호 세기(signal strength)를 판단하여, 미리 설정된 각도 범위 내에서 상기 안테나의 회전을 제어하도록 설정될 수 있다.
그리고, 상기 방위각 생성부는 현재 방위각에 상응하는 지자기 값을 생성하는 지자기 센서부 및 상기 생성된 지자기 값을 증폭하는 증폭부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 이동체의 위치에 관계없이 고정되어 설정된 기준 방위각 정보 및 상기 지자기 센서부에서 생성된 지자기 값의 오차에 상응하여 설정된 각도 범위 정보를 포함하며, 상기 증폭된 지자기 값을 이용하여 방위각을 산출하도록 설정될 수 있다. 여기서, 상기 방위각 생성부는 상기 제어부에서 입력된 셋/리셋 신호에 상응하는 펄스파를 생성하고, 상기 생성된 펄스파를 상기 지자기 센서부에 인가하는 펄스파 발생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 위성 방송 신호가 수신되는 경우, 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)에 상응하여 상기 안테나의 회전 방향을 설정하고, 상기 회전 방향에 상응하여 상기 안테나를 미리 지정된 회전각만큼 회전시키는 단계를 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)가 미리 설정된 최적 수신 상태 또는 미리 설정된 기준 레벨 이상에 도달될 때까지 반복 수행되도록 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각을 이용한 이동체에서의 위성 방송 수신 방법 및 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위성 방송 수신 시스템의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 위성 방송 수신 시스템은 방송 위성(100), 안테나 장치(120), 위성 방송 수신 장치(SVR, satellite video receiver)(130) 및 TV(140) 등을 포함하여 구성된다. 여기서, 안테나 장치(120)는 이동체(110) 지붕 등과 같이 위성이 잘 포착되는 곳에 설치되고, 안테나 장치(120)에 연결된 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)와 TV(140)는 이동체 내부에 설치된다. 여기서, 이동체(120)는 차량, 선박, 철도 등을 포함한다.
상기 방송 위성(100)은 위성 방송을 수행할 수 있는 모든 인공 위성을 포함하며, 이하, 국내 방송 위성인 무궁화 3호를 기준으로 설명하기로 한다. 무궁화 3호는 14/12㎓대역(Ku밴드)에는 24개의 통신용중계기와 6개의 고출력 방송용 중계기를 탑재하고 있으며 새로운 주파수자원인 30/20㎓대역(Ka밴드)의 통신용 중계기 3개를 추가로 탑재하고 있다. 상기 6개의 방송용 중계기로는 약 48개 채널의 디지털위성방송이 가능하고, 통신용중계기 일부를 추가 활용할 경우 최대 168개까지의 위성방송채널을 공급할 수 있다.
이러한 방송 위성(100)은 적도 상공 35,800Km에 위치하고 있으며 지구의 자전과 함께 서쪽에서 동쪽으로 지구를 돌고 있는 위성을 지칭한다, 상기 궤도에 있는 위성을 정지 위성이라 하며 지구에서 보면 정지하고 있는 것처럼 보인다.
상기 방송 위성(100)으로 위성 방송 신호를 수신할 수 있는 지역에서는 고정된 방위각을 이용하여 위성 방송 신호를 수신할 수 있다. 특히, 국내와 같이 좁은 지역에서는 거의 고정된 방위각(5° 내외)을 이용하여 위성 방송을 수신할 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 상기 원리를 이용하여, 이동체의 위치 변화량을 감지하는 것이 아니라, 상기 이동체에 상응하는 지자기 값을 이용하여 방위각을 추출하고, 상기 추출한 방위각을 이용하여 안테나의 방향을 조절할 수 있다.
이렇게 안테나 장치(120)를 통하여 수신한 위성 방송 신호는 중간 주파수로 하향 변환되어 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)로 전달되면, 상기 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)는 전달된 신호를 복조한 후, TV(140)를 통해 출력할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 방위각 설정 방법을 나타낸 도면이다.
기존의 위성 추적 안테나는 방송 위성(100)을 추적함에 있어, 이동체의 위치 변화량을 감지하고, 감지한 위치 변화량을 이용하여 안테나를 회전시키는 방식을 이용하여 방송 위성(100)을 추적하는 방식을 사용하고 있다. 그러나, 이와 같은 위성 추적 방법은 고가의 측정 장비, 많은 계산량, 느린 응답 속도 등의 문제점이 있다.
본 발명은 기존의 위성 추적 방법과 같이 이동체의 회전량에 상응하는 변화량을 감지하는 것이 아니다. 현재 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 이용하여 위성을 추적하는 방법이다. 하기의 표 1을 참조하면 우리나라와 같이 좁은 국토에서는 방위각의 편차가 5°미만인 것을 알 수 있다.
위치 경도(E) 위도(N) 무궁화 위성 (116도)
거리(km) 앙각(도) 방위각(도)
서울지역 126.92 37.52 37411.77 45.01 197.57
부산지역 129.10 35.13 37283.78 46.86 202.02
대구지역 128.63 35.87 37325.37 46.25 200.92
대전지역 127.41 36.33 37333.24 46.14 198.82
광주지역 126.92 35.31 37249.47 47.37 198.45
전주지역 127.14 35.83 37291.44 46.75 198.59
청주지역 127.48 36.33 37356.60 45.80 198.79
강릉지역 128.89 37.75 37469.18 44.20 200.50
춘천지역 127.72 37.88 37454.01 44.41 198.58
창원지역 128.69 35.22 37280.64 46.91 201.32
제주지역 126.50 33.48 37113.48 49.45 198.56
울 릉 도 130.89 37.49 37497.45 4380 203.60
여기서, 앙각은 안테나의 상하 조절 각도를 지칭하고, 방위각은 안테나의 좌우 조절 각도를 지칭한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 방송 위성(100)과의 방위각의 최대 편차(210)는 5°미만이므로, 국내 임의의 지역에라도 기준 방위각(250)을 200°로 설정한 경우, 3°미만의 방위각 오차를 유지할 수 있음을 알 수 있다. 상기 지역에 상응하여 기준 방위각(250)을 설정한다면, 1°도 미만의 방위각(250) 오차를 유지할 수 있음은 당연하며, 이하, 상기 기준 방위각(250)을 200°로 설정한 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
따라서, 현재 이동체의 위치 변화량을 감지하기보다는 일률적으로 차량 위치에 관계없이 방위각(250)을 200°로 고정하는 것이 위성 추적 시간을 줄이는데 효율적임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 이동체의 방위각을 산출하고, 상기 산출한 방위각을 이용하여 안테나를 회전시키는 방식을 사용함으로써, 간단한 방법으로 안테나가 항상 위성을 향하도록 제어할 수 있다. 그리고 미세 조정은 신호 세기를 이용하여 수행함으로써, 최적의 위성 방송 수신 상태를 유지할 수 있다.
본 발명은 이동체의 위치 변화량을 감지하기 위한 고가의 자이로 센서 및 복잡한 데이터 및 정밀한 제어가 필요한 위상 배열 안테나를 이용하지 않더라도, 저렴한 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)를 이용하여 짧은 응답 시간 및 전력 소모 감소 등의 특성을 지닌 위성 추적 기능을 구현할 수 있다. 특히, 최초 위성 추적시 기준 방위각(250)을 이용하여 위성을 추적하므로 10° 미만의 회전을 통하여 위성을 추적할 수 있다. 여기서, 10°는 현재 일반적인 가격의 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)에서 발생하는 평균 오차로 인하여 기인한 것이며, 상기 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)가 정밀하면 정밀할수록 빠른 위성 추적 기능을 수행할 수 있음은 당연하다.
본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)에서 검출한 지자기 값을 이용하여 방위각을 산출하도록 구성된다. 이러한 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)는 기존의 자이로 센서를 이용하는 방법에 비하여 오차가 누적되지 않는 장점이 있는 반면, 주위 자기장의 분포에 따라 지자기 값이 변동하는 단점이 있다. 본 발명에 의할 때, 이러한 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)의 단점은 셋/리셋(set/reset) 신호를 주기적으로 인가하거나, 외부 자성체 등으로부터 순수한 지자기 값만을 산출하는 기존의 다양한 보정 기법 등을 이용하여 보정할 수 있다.
상술한 바와 같이 방위각을 이용하여 안테나가 위성을 향하도록 제어한 후, 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)로부터 발생한 오차는 안테나 장치(120)에 포함된 신호 검출부로부터 전달된 신호 세기를 이용하여 보정하도록 구성된다. 이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명에 따른 안테나 장치(120) 및 제어부의 구성을 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 장치(120)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 위성방송 수신 시스템은 안테나 장치(120), 위성 방송 수신 장치(SVR)(130) 및 TV(140)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 안테나 장치(120)는 위성 방송의 수신 기능 및 위성 추적 기능을 수행하여, 위성으로부터 최적의 신호를 수신할 수 있는 기능을 수행한다.
그리고, 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)는 안테나 장치(120)에서 수신한 방송 신호에서 원하는 채널을 복조하여 TV에 제공하는 기능을 수행한다. 디지털 위성 방송을 수신할 수 있으며, 그 외에 디지털 위성에 상응하는 다양한 인터랙티브 기능을 수행할 수 있음은 물론이다. TV(140)는 상기 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)에서 수신한 신호를 시각 정보를 변환하여 상기 TV(140)에 구비된 디스플레이 장치를 통하여 출력하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 안테나(345), 주파수 하향부(340), 신호 검출부(310), 방위각 정보 생성부(320), 모터 구동부(330) 및 제어부(305)를 포함한다.
안테나(345)는 수신한 위성 방송 신호를 국부 발진기를 포함한 주파수 하향부(340)로 전달하고, 상기 주파수 하향부(340)는 상기 각 채널의 위성방송신호의 주파수를 하향 변환하여 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)와 신호검출부(310)로 각각 분배하여 전달한다. 여기서, 안테나(345)에서 수신하는 위성 방송 신호의 주파수 대역은 10㎓ 대역이며, 주파수 하향부(340)는 10㎓ 대역의 주파수의 위성 방송 신호를 위성 방송 수신 장치(SVR)(130)에서 처리할 수 있도록 1㎓ 대역의 주파수로 변환한다.
방위각 정보 생성부(320)는 현재 이동체의 위치에 상응하는 방위각 정보를 생성하여 제어부(305)로 전달하며, 제어부(305)는 상기 방위각과 기준 방위각과의편차를 산출하고, 상기 편차만큼 안테나를 회전하여 항상 안테나가 위성을 향하도록 제어하도록 모터 구동 펄스를 생성한다. 국토가 좁은 우리나라의 경우, 극단간의 방위각 편차가 5°미만이므로, 상술한 바와 같이 이전 차량의 위치 정보와 현재의 위치 정보의 차이를 산출하는 기존의 복잡한 방식을 사용하지 않고, 미리 설정된 기준 방위각과 비교하는 방식으로 안테나(345)가 방송 위성을 지향하도록 제어할 수 있다.
신호 검출부(310)는 안테나의 상세 제어, 즉, 방위각에 의한 안테나 제어에서 발생하는 오차를 보정하기 위하여 수신한 위성 방송 신호를 신호처리하여 제어부(305)로 전달한다. 상기 제어부(305)는 위성 방송 신호의 크기(signal strength)를 이용하여 안테나의 회전 방향을 산출하고, 상기 회전 방향에 상응하는 모터 구동 펄스를 생성하여 상기 모터 구동부(330)로 전송한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 이러한 상세 제어시에는 일 회 회전에 상응하는 회전 각도는 미리 설정되어 있으며, 회전 방향만 판단하도록 구성될 수 있다(도 7a 내지 도 8b 참조)
모터 구동부(330)는 도면에 도시되지 않은 모터 드라이버에 의해 상기 안테나(345)가 방송 위성을 지향하도록 모터를 구동하여 안테나를 회전시킨다. 여기서, 상기 상세 제어를 위한 위성 방송 신호의 세기(signal strength)는 단순히 신호 세기만을 이용하거나, 반송파 대 잡음비(C/N, Carrier to Noise Ratio)를 이용할 수 있도록 구성할 수 있다.
모터 구동부(330)는 상기 방위각 정보 생성부(320) 및 신호 검출부(310)에서 생성된 정보를 이용하여 제어부에서 산출된 생성된 모터 구동 펄스에 의하여 모터를 구동하여 안테나(345)를 회전하는 역할을 수행한다. 이러한 모터 구동부(330)는 도면에 도시되지 않은 모터 드라이버 및 모터를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 때, 상기 안테나(345)는 도면에 도시되지 않은 로터리 조인트를 회전축으로 회전하는 회전 기구물위에 장착되도록 구성됨으로써, 안테나(345)의 회전에 상관없이 수신한 위성 방송 신호를 위성 방송 수신 장치(SVR)(130) 또는 신호 검출부(310)로 전달할 수 있다. 여기서, 로터리 조인트는 안테나의 회전시에도 위성 방송 수신 장치(SVR)(130) 또는 신호 검출부(310)에 위성 방송 신호를 전달하는 기능을 수행한다.
제어부(305)는 방위각에 의한 제어와 신호 검출부에 의한 제어를 통하여 신속하고 정확하게 안테나를 제어함으로써, 상기 안테나(345)가 항상 위성을 향하도록 모터를 제어하여 최적의 수신 상태에 오도록 안테나를 제어할 수 있다. 이러한 제어부(305)는 방위각 정보, 신호 세기 등에 상응하여 모터를 제어하는 역할을 수행하며, 이하 도 3b를 참조하여 상기 제어부의 기능을 상세히 설명하기로 한다.
도 3b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어부의 기능별 모듈을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 제어부(305)는 방위각 산출 모듈(303), 신호 세기 판단 모듈(306), 모터 제어 모듈(309)을 포함한다.
방위각 산출 모듈(303)은 방위각 생성부(320)에서 지자기 값에 상응하는 두 개의 신호를 수신하여 현재 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출하고, 상기 방위각과 기준 방위각의 방위각 편차 정보를 산출한다. 상기 모터 제어 모듈(309)은 방위각 산출 모듈(303)에서 산출한 편차 정보에 상응하는 모터 구동 펄스를 생성하여, 상기 편차 정보에 상응하는 각도만큼 모터를 구동하여 안테나를 회전시킨다. 본 발명에 따른 안테나의 제어는 미리 설정된 기준 방위각과 비교하여 현재의 방위각을 산출하는 방식을 사용하기 때문에, 제작 비용이 저렴하고 위성 추적 속도가 빠르다.
신호 세기 판단 모듈(306)은 상기 방위각 산출 모듈(303)을 이용하여 안테나를 방송 위성으로 향하게 제어한 다음, 신호 세기를 이용하여 안테나의 상세한 제어를 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 방위각을 이용한 안테나 제어는 10°미만의 오차를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 오차는 현재 일반적인 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)를 이용하는 경우에 발생하는 오차이며, 정밀한 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)를 이용하면 상기 오차를 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)에서 발생하는 오차를 신호 검출부에서 생성된 신호의 크기(signal strength)를 이용하여 보정하도록 구성될 수 있다.
기존의 신호 세기만으로 안테나를 제어하는 경우, 360°의 전 범위를 회전하며 안테나를 추적하여야 하는 문제점이 있으며, 자이로 센서나 위상 배열 안테나를 사용하는 경우 위성 추적 알고리즘은 많은 계산량이 요구될 뿐만 아니라, 고가의 비용이 소요되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에 의하면 이동체의 위치에 상응하는 방위각과 기준 방위각의 차이만을 산출하면 되므로, 제어부의 계산량이 감소될 뿐만 아니라, 상기 방위각 제어에서 발생하는 오차는 신호 세기를 이용하여 10° 미만을 각도 범위만을 추적하여 보정할 수 있으므로 그만큼 감지 속도나 모터 구동에 소요되는 전력을 줄일 수 있다.
즉, 신호 세기 판단 모듈(306)은 위성으로부터 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 상응하여 최적의 각도로 미세 조정을 한다. 상술한 바와 갈이, 우리나라의 경우 방위각 차이가 5° 미만이므로 기준 방위각을 고정시키더라도 큰 차이가 없다. 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 기준 방위각은 약 200°로 고정할 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 신호 세기 판단 모듈(306)은 안테나에서 검출된 신호 세기(signal strength)만을 판단하도록 구성할 수 도 있고, 상기 신호의 반송파 대 잡음비(C/N)를 산출하고, 상기 반송파 대 잡음비(C/N)를 이용하여 안테나를 회전시키도록 구성된다.
그리고, 모터 제어 모듈(309)은 상기 방위각 차이 정보를 이용하여 안테나를 회전시켜, 항상 안테나가 위성을 향하도록 제어한다. 모터 제어 모듈(309)은 상기 제어 명령을 모터 드라이브에 전달하면 모터 드라이버는 상기 회전각만큼 모터를 구동하여 안테나를 회전시킬 수 있다. 즉, 모터 제어 모듈(309)은 상기 회전량에 상응하는 모터 구동 펄스를 생성하여 모터 드라이버로 전송한다.
이러한 방식에 의한 위치 추적 방법은 기존의 안테나처럼 일 회 이상의 회전을 하여 안테나를 최적 위치를 파악하는 것이 아니라, 미리 설정된 각도로 안테나를 회전시킨 뒤 신호를 수신하므로 위성 추적 속도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위성 방송 수신 절차를 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 이동체의 위치 변화량을 감지하는 것이 아니라, 상기 이동체의 위치에 상응하는 지자기 값을 이용하여 방위각을 추출하고, 상기 추출한 방위각을 이용하여 안테나의 방향을 조절할 수 있다. 그리고, 상기 방위각에 발생하는 오차는 신호 검출부에서 생성된 신호의 크기(signal strength)를 이용하여 보정함으로써, 간단한 알고리즘으로 위성 추적 속도를 향상할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 이동체에 장착된 안테나 장치(120)에서 이동체의 위치 변화에 관계없이 지속적으로 위성 방송을 수신할 수 있는 방법을 설명하면 다음과 같다.
단계 400에서 전원이 인가되면, 안테나 장치(120)는 미리 설정된 기준 방위각으로 안테나를 회전한다. 여기서, 발명의 일 실시예에 의할 때, 기준 방위각은 현재 위치에 관계없이 약 200° 정도로 고정할 수 있다.
단계 405에서 안테나 장치(120)(120)는 신호의 크기(signal strength)를 이용하여 위성 방송 신호를 검출한다. 여기서, 신호 세기를 이용한 위성 방송 신호의 검출 방식은 기존의 신호 세기를 이용한 검출 방식뿐만 아니라, 이후, 개발될 모든 검출 방식을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 신호 세기를 이용하여 위성 신호를 검출하는 방식은 최적 수신 상태에서 위성 방송 신호를 수신하는 방식과 미리 설정된 기준 레벨 이상의 위성 방송 신호를 수신하는 방법 등을 포함한다.
그러나, 본 발명의 특징은 기준 방위각을 이용하여 일차적으로 위성 추적을 수행한 후, 세부적으로 신호 세기를 이용하여 검출하는 부분에 있으므로, 상기의 두 가지 방식에 의한 신호 세기 검출 방식에 본 발명이 한정되지 아니함은 당연하다.
단계 410에서 안테나 장치(120)는 신호 세기를 이용한 검출 과정에서 위성 방송 신호의 검출 여부를 판단한다. 본 발명에 의할 때, 신호 세기를 이용한 검출 방식은 안테나를 360° 전 범위를 회전시키면서 검출하는 것이 아니라 미리 설정된 각도 범위만을 검출하도록 설정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 신호 세기를 이용하여 위성을 추적하는 경우의 안테나 회전 각도는 10° 미만으로 설정될 수 있다. 그러나, 상기 회전 각도는 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)의 성능에 따라 조절 가능하며, 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)가 정확할수록 상기 회전 각도 범위를 축소할 수 있음은 당연하다. 여기서, 상기 신호 세기를 이용한 위성 방송 신호 검출 방식은 도 7a 내지 도 8b에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 단계 410에서, 미리 설정된 안테나의 회전 각도 범위 내에서 위성 방송 신호가 수신되는 아니하는 경우, 단계 415에서 안테나의 회전을 정지하는 것이 바람직하다. 기존에는 위성 방송 신호가 검출되지 아니한 경우, 안테나 신호를 검출하기 위하여 계속하여 안테나를 회전하여 신호 검출을 시도하였다. 그러나, 이러한 기존 방식은 건물, 기타 등등의 이유로 위성 방송 신호를 검출할 수 없는 지역에서도 위성 방송 신호를 수신하기 위하여 안테나의 공회전을 통하여 전력을 소모하는문제점이 있다. 반면, 본 발명에 의할 위성 방송 수신 방법은 안테나가 언제나 위성을 향하도록 제어되므로, 안테나가 위성을 향한 상태에서 위성 방송 신호를 검출되지 아니하는 경우는 건물 등의 이유로 위성 방송 신호를 검출하지 못하는 경우가 대부분이므로 안테나의 회전을 정지하도록 구성하는 것이 바람직하다.
여기서, 안테나를 정지하고 나서, 일정 기간 경과 후, 위성 방송 신호를 재 검색하도록 설정할 수 있으며, 상기 재 검색 과정은 미리 설정된 각도 범위 내에서만 수행하도록 구성될 수 있다.
그리고 단계 418에서 "현재 위치에서는 위성 방송 신호를 수신할 수 없습니다" 등의 메시지를 디스플레이한 후, 일정 기간이 지난 후 다시 신호 검출 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 단계 410에서, 미리 설정된 안테나의 회전 각도 범위내에서 위성 방송 신호가 수신된 경우, 안테나 장치(120)는 수신한 위성 방송 신호를 TV를 통하여 출력함과 동시에 방위각을 통한 안테나 제어, 신호 세기를 이용한 안테나 제어를 지속적으로 수행한다.
즉, 단계 420에서 안테나 장치(120)는 현재 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출한 후 단계 425에서 상기 방위각과 미리 설정된 기준 방위각을 비교하여, 상기 방위각의 편차를 산출한다. 그리고, 단계 430에서 산출한 방위각 차이가 미리 설정된 기준 이내이면, 단계 405에서 신호 세기를 이용하여 위성 방송 신호를 수신한다, 그리고, 상기 방위각 차이가 미리 설정된 기준을 벗어나면 단계 425에서 방위각을 이용하여 안테나를 회전시킨 후, 단계 405의 신호 세기를 이용하여 위성 방송 신호를 추적하도록 구성된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 기준 방위각은 고정되어 있고, 상기 기준 방위각과 현재 방위각과의 차이만을 이용하여 안테나를 회전하므로 안테나 위치를 추적하기 위해 공회전을 시도하지 않고, 미리 설정된 기준 방위각으로 안테나를 회전한 후, 위성 방송 신호를 추적하므로 기존의 위성 추적 방식에 비하여 간단하면서 효율적으로 안테나를 추적할 수 있는 장점이 있다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지자기 센서부와 제어부와의 연결 관계를 나타낸 블록도이고, 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지자기 센서부의 출력 전압을 나타내는 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 방위각 생성부(320)와 제어부(305)의 연결 관계가 도시되어 있다. 여기서, 방위각 생성부는 지자기 센서부(323), 증폭부(326) 및 펄스파 발생부(329)를 포함하며, 제어부(305)는 방위각 산출 모듈(303)에서 상기 방위각 생성부에서 수신한 신호를 이용하여 방위각을 산출하고, 기준 방위각의 편차에 상응하는 안테나의 회전 각도 정보를 생성한다. 그리고, 제어부(305)의 도면에 도시되지 않은 모터 제어 모듈(도 3b의 309)은 이렇게 생성된 회전 각도 정보에 상응하는 모터 구동 펄스를 생성하여 모터 구동부로 전달하여, 안테나를 회전시킨다.
지자기 센서부(323)는 내부에 포함된 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor)를 사용하여 지자기 값을 검출하고 상기 지자기 값을 이용하여 현재 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출할 수 있다.
도 5b를 참조하여 설명하면, 상기 지자기 값을 X 신호(530) 및 Y 신호(570)로 이루어지며, 상기 X 신호(530) 및 Y 신호(570)는 증폭부(326)에서 증폭된 후, 제어부(305)에 전달된다.
상기 그래프의 X 축은 방위각을 나타내고 Y축은 신호의 전압을 나타내며, X 신호(530) 및 Y 신호(570)의 값에 상응하는 방위각은 도 5b의 그래프와 같이 미리 설정되어 있다. 제어부(305)는 X 신호(530) 및 Y 신호(570)의 크기(signal strength)를 이용하여 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출한다, 그리고, 제어부(305)는 상기 방위각과 기준 방위각의 편차를 산출하고, 상기 편차에 상응하는 각도만큼 안테나를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 상기 방위각의 편차가 미리 설정된 기준 범위를 벗어나면 방위각을 이용하여 안테나를 제어하고, 상기 방위각 편차가 상기 기준 범위 이내이면 신호의 크기(signal strength)를 이용하여 안테나를 제어하도록 설정할 수 있다.
펄스파 발생부(329)는 주위의 자기에 의한 영향에 의하여 발생하는 오차를 제거하기 위하여, 주기적으로 제어부(305)에서 수신한 셋/리셋(set/reset) 신호에 상응하는 신호를 지자기 센서부(323)에 입력하여, 상기 지자기 센서부(323)를 지속적으로 셋/리셋(set/reset)한다. 지자기 센서부(323)는 오차가 누적되지는 않으나 주위 자기장의 분포에 따라 변동하는 단점을 가지고 있으므로, 상기 오차를 제거하기 위하여 셋/리셋(set/reset) 신호를 주기적으로 계속 공급하는 것이 바람직하다. 지자기 센서부(323)의 오차 제거를 위하여 상술한 셋/리셋(set/reset) 신호를 사용하지 않고, 헬름홀츠 코일을 이용하여 측정하며 주위로부터 간섭받는 자기장의 정도를 측정하고, 상기 간섭의 분포를 정확히 분석하여 이에 대한 오차 보상을 수행하는 기존의 방법을 사용하도록 구성할 수 있음은 당연하다.
또한, 본 발명이 상기 지자기 센서의 회로 구성 및 출력 전압에 한정되지 아니하며, 지자기 센서부의 제조사에 따라 출력 전압 및 주변 회로 구성이 변경될 수 있음은 당연하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 검출부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 신호 검출부(310)는 증폭기(313), 필터 (316) 및 증폭기(319)로 구성되며, 상기 신호 검출부(310)는 제어부의 신호 세기 판단 모듈(도 3b의 306)로 검출한 위성 방송 신호를 전달한다.
상기 증폭기(313)는 주파수 하향부(도 3a의 340)로부터 수신한 위성 방송 신호를 증폭한 후, 증폭된 신호를 필터부(316)로 전달한다.
필터부(316)는 상기 증폭된 신호 중에서 임의의 주파수에 대역에 상응하는 위성 방송 신호를 추출한다. 현재, 무궁화 3호는 14/12㎓대역(Ku밴드)에는 24개의 통신용중계기와 6개의 고출력 방송용 중계기를 탑재하고 있으며 상기 방송용 중계기를 이용하여 위성 방송을 실시하고 있다. 따라서, 상기 6개의 방송용 중계기 중 임의의 하나의 중계기에서 송신한 주파수 대역에 해당하는 위성 방송 신호만을 필터링하고, 상기 주파수 대역에 상응하는 위성 방송 신호의 크기(signal strength)를 판단하도록 구성될 수 있다.
이렇게 추출된 위성 방송 신호는 증폭기(319)에서 다시 증폭된 후, 제어부(305)의 신호 세기 판단 모듈(306)에 전달된다. 제어부(305)의 신호 세기 판단 모듈(306)은 상기 위성 방송 신호의 신호 세기를 판단한다, 여기서, 신호 세기(signal strength)의 판단 방법은 단순히 상기 위성 방송 신호의 세기만을 판단하거나 반송파 대 잡음비(C/N)를 산출하여 판단하도록 구성된다. 상기 위성 방송 신호가 TV에서 위성 방송을 수신할 수 있도록 미리 설정된 기준을 만족하면, 안테나를 고정하여 위성 방송을 수신하며, 그 외의 경우는 다시 안테나를 회전하며 최적 수신 각도를 위성 방송 신호를 수신할 수 있도록 안테나를 회전한다.
본 발명의 실시예에 의할 때, 신호 세기 판단 모듈(306)은 최적 신호를 검출하여 위성 방송을 수신하는 방법과 기준 레벨 이상의 신호를 수신하여 위성 방송을 수신할 수 있다. 그러나, 상술한 신호 세기를 이용한 위성 방송 수신 방법에 본 발명은 한정되지 아니하고, 그 외의 다양한 신호 세기를 이용하여 위성 방송을 수신하는 방법을 사용할 수 있다. 이하, 최적 신호를 검출하여 위성 방송을 수신하는 방법은 도 7a 및 도 7b에서 설명하고, 기준 레벨 이상의 신호를 수신하여 위성 방송을 수신하는 방법은 도 8a 및 도 8b에서 설명하기로 한다.
도 7a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 세기를 이용하여 안테나의 위치를 추적하는 절차를 나타낸 순서도이고, 도 7b는 상기 도7a에 따른 신호 세기(signal strength)를 나타낸 그래프이다.
이하, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 본 발명에 일 실시예에 따른 최적 신호를 이용한 위성 방송 수신 방법을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 도 7b에 도시된 위성 방송 신호(750)를 수신하고 있다고 전제하고 설명하기로 한다.
단계 700에서 안테나 장치(120)는 현재 위치에서 수신한 위성 방송 신호(750)의 크기(signal strength)(755)를 판단하고, 단계 705에서 미리 설정된 방향으로 안테나를 회전한다. 여기서, 미리 설정된 방향은 최초 안테나 회전시에는 시계 방향 및 반시계 방향 중 미리 설정된 임의의 방향을 지칭하고, 그 외에는 이전에 회전하던 방향과 같은 방향을 지칭한다. 그리고, 신호 세기를 이용하여 안테나를 회전하는 경우, 일 회 회전에 상응하는 회전 각도는 미리 설정되어 있으며, 회전 방향만 판단하도록 구성될 수 있다
그리고, 단계 710에서 안테나를 회전한 후, 안테나 장치(120)는 회전된 위치에서 수신한 위성 방송 신호(760)의 크기(signal strength)(765)를 판단한 후, 단계 715에서 단계 710에서 수신한 신호(760)의 크기(signal strength)(765)와 단계 700에서 수신한 신호(750)의 크기(signal strength)(755)를 비교한다.
상기 비교 결과, 단계 710에서 안테나를 회전한 후 수신한 위성 방송 신호(760)의 크기(signal strength)(765)가 더 크면, 다시 단계 705로 이전하여 상술한 단계를 반복한다. 즉, 단계 705에서 미리 설정된 방향, 즉 이전 회전 방향과 같은 방향으로 안테나를 회전한 후, 단계 710에서 회전된 위치에서 수신한 위성 방송 신호(770)의 크기(signal strength)(785)를 판단한다. 그리고, 단계 715에서 안테나 장치(120)는 단계 710에서 수신한 신호(770)의 크기(signal strength)(775)와 이전 루프에서 수신한 신호(760)의 크기(signal strength)(765)를 비교한다.
비교 결과, 단계 710에서 수신한 신호(770)의 크기(signal strength)(775)의 크기(signal strength)가 더 작으므로 안테나 장치(120)는 이전 위치의 위성 방송 신호(760)의 수신 상태가 최적의 수신 상태라고 인식하고, 단계 720에서 다시 반대 방향으로 안테나를 회전한다. 그리고, 단계 725에서 안테나 장치(120)는 안테나를 고정하고, 최적의 상태에서 위성 방송 신호를 수신하고, 수신한 위성 방송 신호를 TV를 통하여 출력할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 신호 세기를 이용하여 안테나의 위치를 추적하는 절차를 나타낸 순서도이고, 도 8b는 상기 도8a에 따른 신호 세기(signal strength)를 나타낸 그래프이다.
일반적으로 위성 방송 수신 장치(130)에 입력되는 신호의 크기(signal strength)가 기준 레벨이상일 때, 사용자는 거부감없이 위성방송을 시청할 수 있다. 신호 세기를 이용하여 안테나의 위치를 추적하는 방법은 최적 상태에서의 수신은 아니지만, 기준 레벨 이상의 신호가 감지되면 안테나를 고정하고 위성 방송을 수신하도록 구성된 방법이다
이하, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 호 세기를 이용하여 안테나 위치를 추적 절차를 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명에 따른 안테나 장치(120)는 도 8b에 도시된 위성 방송 신호(850)를 수신하고 있다고 전제하고 설명하기로 한다.
단계 800에서 안테나 장치(120)는 현재 위치에서 수신한 신호(850)의 크기(signal strength)(855)를 판단한다. 그리고, 단계 805에서 미리 설정된 방향으로 안테나를 회전한다. 도 7a와 같이 미리 설정된 방향이란, 최초 안테나 회전시에는 시계 방향 및 반시계 방향 중 설정된 임의의 방향을 지칭하고, 그 외에는 이전에 회전하던 방향과 같은 방향을 지칭한다. 그리고, 신호 세기를 이용하여 안테나를 회전하는 경우, 1회 회전에 상응하는 회전 각도는 미리 설정되어 있으며, 회전 방향만 판단하도록 구성될 수 있도록 한다
그리고, 단계 810에서 안테나 장치(120)는 회전된 위치에서 수신한 위성 방송 신호(860)의 크기(signal strength)(865)와 단계 800에서 수신한 위성 방송 신호(850)의 크기(signal strength)(855)를 비교한다.
상기 비교 결과, 단계 800에서 수신한 위성 방송 신호(850)의 크기(signal strength)(855)가 더 크면, 단계 820으로 이전하여 안테나를 반대 방향으로 회전한다. 그리고, 단계 805에서 수신한 위성 방송 신호(860)의 크기(signal strength)(865)가 더 크면, 단계 815로 이전하여 안테나를 기존의 회전 방향과 같은 방향으로 회전한다. 여기서, 반대 방향으로 회전시에는 2회 회전에 상응하는 각도로 회전하도록 설정할 수 있다. 여기서는 후자에 해당하므로 기존의 회전 방향과 같은 방향으로 회전한 경우를 기준으로 설명한다.
그리고 단계 825에서 안테나 장치(120)는 회전된 위치에서 수신한 위성 방송 신호(870)의 크기(signal strength)(875)를 미리 설정된 기준 레벨과 비교한다. 비교 결과, 상기 위성 방송 신호(870)의 크기(signal strength)(875)가 기준 레벨이상이므로, 단계 835에서 안테나 장치(120)는 안테나를 고정하고, 위성 방송 신호를 수신하고, 수신한 위성 방송 신호를 TV를 통하여 출력할 수 있다.
단계 830에서 기 위성 방송 신호(870)의 크기(signal strength)(875)가 기준 레벨미만이며, 상기 단계 810 내지 단계 825를 반복 수행하여 기준 레벨 이상인 안테나 수신 위치를 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나 장치는 고가인 자이로 센서 및 위상 배열 센서 등의 이용하지 않고도, 지자기 센서(terrestrial magnetic sensor) 및 방위각을 이용하여 효율적으로 위성을 추적할 수 있다. 본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 따라서, 차량, 기차, 선박 등과 같은 이동체에서 방위각을 이용하여 위성의 위치를 추적하며 위성 방송 신호를 수신할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최초 위성 방송 수신시에 360° 이상의 회전을 한 후, 위성 방송을 수신하는 불편함을 제거하고, 미리 지정된 기준 방위각을 이용하여 단시간내에 위성 방송을 수신할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 고가인 자이로 센서를 대체한 방위각 생성부를 이용하여 적은 제조 비용으로 짧은 위성 추적 시간과 정확성을 지닌 위성 방송 수신 방법 및 장치를 제공할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 전력 소모를 줄이고, 워밍업 시간을 제거할 수 있을 뿐 아니라, 이동체의 운동량을 감지하는 정밀한 장치와 복잡한 알고리즘의 사용없이 효과적으로 위성 방송을 수신할 수 있는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 종래 위치 추적 안테나에서 불필요한 안테나 움직임에 의한 추적 손실을 없애고, 응답 속도를 개선하여 저전력으로 위성을 안정적으로 추적할 수 있는 효과도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 이동체의 이동 중에 위성 방송을 수신할 수 있는 안테나 장치의 위성 방송 수신 방법에 있어서,
    (a) 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 산출하는 단계;
    (b) 상기 방위각 및 미리 지정된 기준 방위각의 차이에 상응하는 회전각을 산출하는 단계;
    (c) 상기 제1 회전각에 상응하여 안테나를 회전시키는 단계;
    (d) 상기 위성 방송 신호의 신호 세기(signal strength)에 상응하여 상기 안테나의 회전 방향을 설정하는 단계;
    (e) 상기 회전 방향에 상응하여 상기 안테나를 미리 지정된 회전각만큼 회전시키는 단계;
    (f) 상기 (d)단계 및 (e)단계를 미리 설정된 각도 범위내에서 반복 수행하여 상기 안테나를 미세 조정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방위각 정보는 상기 안테나 장치에 포함된 지자기 센서부에서 생성한 지자기 값을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준 방위각은 상기 이동체의 위치에 관계없이 고정되어 지정되며,
    상기 각도 범위는 상기 지자기 센서부에서 생성된 지자기 값의 오차에 상응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위성 방송 신호가 상기 각도범위내에서 수신되지 않는 경우, 상기 안테나의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    미리 설정된 시간 경과 후, 상기 위성 방송 신호의 수신 여부 판단을 위하여 안테나의 회전을 재개하는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (f)단계는
    상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)가 미리 설정된 최적 수신 상태에 도달될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (f)단계는 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)가 미리 설정된 기준 레벨 이상에 도달될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 위성 방송 수신 방법.
  8. 이동체에 장착되어, 상기 이동체의 이동 중에 위성 방송을 수신할 수 있는 위성 수신 안테나 장치에 있어서,
    상기 위성 방송 신호를 수신하는 안테나;
    상기 이동체의 위치에 상응하는 방위각을 생성하는 방위각 생성부;
    상기 안테나에서 수신한 위성방송 신호의 주파수를 미리 설정된 주파수로 하향 변환시킨 후, 상기 안테나 장치에 결합된 위성 방송 수신 장치로 전달하는 저잡음 주파수 하향부;
    상기 하향 변환된 위성 방송 신호에서 미리 설정된 신호 세기(signal strength)를 검출하는 신호 검출부;
    미리 설정된 기준 방위각과 상기 방위각 생성부에서 생성한 신호에 상응하여산출한 방위각 정보의 편차에 상응하는 안테나의 회전각 및 상기 신호 검출부에서 검출한 신호에 상응하는 안테나의 회전 방향을 산출하는 제어부;
    상기 제어부의 제어에 의하여, 상기 회전각 및 회전 방향에 상응하여 안테나를 회전하는 모터 구동부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호 검출부는
    상기 주파수 하향부에서 전달된 신호를 증폭하는 제1 증폭부, 상기 증폭된 신호 중 미리 설정된 주파수 대역의 신호를 추출하는 필터부 및 상기 추출된 신호를 증폭하는 제2 증폭부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제2 증폭부에서 전달된 신호 세기(signal strength)를 판단하여, 미리 설정된 각도 범위내에서 상기 안테나의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방위각 생성부는
    현재 방위각에 상응하는 지자기 값을 생성하는 지자기 센서부 및 상기 생성된 지자기 값을 증폭하는 증폭부를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 이동체의 위치에 관계없이 고정되어 설정된 기준 방위각 정보 및 상기 지자기 센서부에서 생성된 지자기 값의 오차에 상응하여 설정된 각도 범위 정보를 포함하며, 상기 증폭된 지자기 값을 이용하여 방위각을 산출하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 방위각 생성부는
    상기 제어부에서 입력된 셋/리셋 신호에 상응하는 펄스파를 생성하고, 상기 생성된 펄스파를 상기 지자기 센서부에 인가하는 펄스파 발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 위성 방송 신호가 수신되는 경우, 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)에 상응하여 상기 안테나의 회전 방향을 설정하고, 상기 회전 방향에 상응하여 상기 안테나를 미리 지정된 회전각만큼 회전시키는 단계를 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)가 미리 설정된 최적 수신 상태에 도달될 때까지 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 위성 방송 신호가 수신되는 경우, 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)에 상응하여 상기 안테나의 회전 방향을 설정하고, 상기 회전 방향에 상응하여 상기 안테나를 미리 지정된 회전각만큼 회전시키는 단계를 상기 위성 방송 신호 세기(signal strength)가 미리 설정된 기준 레벨 이상에 도달될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 위성 방송 신호가 수신되지 않는 경우, 상기 안테나의 회전을 정지하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    미리 설정된 시간 경과 후, 상기 위성 방송 신호의 수신 여부 판단을 위하여 안테나의 회전을 재개하는 것을 특징으로 하는 위성 수신 안테나 장치.
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