KR20040084429A - 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치 - Google Patents

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Abstract

위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치가 개시되어 있다. 장치는 위성으로부터 송신된 TDM 신호를 CDM 신호로 변환하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호처리부로부터 입력된 CDM 신호를 대전력 증폭하여 안테나를 통하여 이동 단말기로 무선 송신하기 위한 전송부를 포함되어, 위성 통신 시스템에서 음영지역을 해소할 수 있으며 또한, 서비스 영역을 확장할 수 있다.

Description

위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치{Gap Filler For Converting Signals Coupled With Satellite Communication System}
본 발명은 위성 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시간 분할 다중 방식으로 전송되는 신호를 코드 분할 다중 방식의 신호로 신호 포맷을 변환하여 전송하기 위한 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이동통신 시스템, 방송 시스템, 및 위성 디지털 오디오 방송(Digital Audio Broadcasting, 이하 위성 통신 시스템이라 한다) 시스템에서는 서비스 영역(Coverage)의 무선 구간에서는 전송되는 신호 형태가 일반적으로 시간 분할 다중 (Time Division Multiplex, TDM) 방식의 신호나 코드 분할 다중(Code Division Multiplex, CDM) 방식의 신호 등 단일 멀티플렉싱(Multiplexing) 방식의 신호 만을 전송할 수 있는 시스템 구조를 가지고 있었다.
이동통신 시스템의 경우를 보면, 유럽 방식의 이동통신 시스템에서는 GSM(Global System for Mobile Communication, 이하 GSM 이라 한다) 방식을 기반으로 하는 망(Network) 구조를 가지고 있으며, 서비스 영역의 확장을 위한 GSM 방식의 중계장치를 사용하고 있다.
한국을 비롯한 일본, 북미 지역에서는 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access, 이하 CDMA 라 한다) 방식 기반의 망 구조를 갖는 이동통신 시스템을 사용하고 있으며, 서비스 영역(Coverage) 확장을 위하여 CDMA 방식의 중계장치를 사용하고 있다.
방송 시스템 및 위성 통신 시스템을 이용한 방송 시스템의 경우는FDM(Frequency Division Multiplex, 이하 FDM 이라 한다) 방식을 이용하여 시스템을 운용하고 있으며, 서비스 영역 확장을 이용한 중계장치의 경우도 FDM 방식의 중계장치를 이용하고 있다.
이러한 기존의 이동통신 시스템, 방송 시스템 및 위성 통신 시스템의 경우, 동일 주파수와 동일 변조 특성을 갖는 신호를 음성지역 및 커버리지 확장을 이용하여 재 전송하게 될 경우, 중계장치의 전력증폭기(Linear Power Amplifier, LPA)가 발진하는 문제가 발생하여, 중계장치의 방사출력의 제한 및 시스템 설계의 제한을 가지는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 중계장치의 발진 문제를 해결하기 위하여 광역서비스 영역의 사용 주파수와 음영지역 및 협역 구간의 서비스 영역 확장 구간에서 사용 주파수를 다르게 사용하고 있으나, 주파수 부족, 방송 및 위성 통신 서비스의 경우 단일 주파수 망 (Single Frequency Network, 이하 SFN 라 한다) 구조의 망 구조를 갖는 것이 불가능하게 되어, 시스템 및 주파수 활용도가 떨어지는 문제점이 발생하고 있었다.
현재, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 방송 및 위성 통신 시스템의 경우 ITU(International Telecommunication Union)에서 상위 시스템의 구조를 이종(Hybrid) 구조의 시스템 구조를 권고하고 있으며, 표준화 작업이 진행되고 있다. 이러한 시스템의 구조를 보면 광역 서비스 커버리지 구간의 경우 TDM 방식을 사용하고 있으며, 음영지역 및 협역 영역 구간의 경우 CDM 방식이나 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 방식을 사용하도록 권고하고 있다.
이러한 이종(Hybrid) 구조의 시스템 방식에서는 기존의 동일 신호만을 재 전송하는 중계장치의 사용이 불가능하면, TDM 신호를 CDM 신호 또는 OFDM 신호로 변화하는 신호 변환 장치가 필요로 되며, 광역 커버리지 신호 특성과 비교 재전송되는 변환된 신호 특성이 전체 시스템 링크 구조와 비교 동일한 특성을 갖을 수 있는 채널 코딩 능력을 갖는 중계시스템이 요구된다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시간 분할 다중 방식 및 코드 분할 다중 방식의 이종(Hybrid) 구조를 갖는 위성 통신 시스템에서 음영지역 해소 및 서비스 영역 확장을 위하여 TDM 신호를 CDM 신호로 변환하기 위한 중계 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 위성으로부터 송신된 TDM 신호를 CDM 신호로 변환하기 위한 신호처리부; 및 상기 신호처리부로부터 입력된 CDM 신호를 대전력 증폭하여 안테나를 통하여 이동 단말기로 무선 송신하기 위한 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 신호처리부는 상기 TDM 신호를 복조한 후 TDM 신호의 심볼 신호를 발생시키기 위한 TDM 신호 처리부; 및 상기 TDM 신호의 심볼 신호를 수신하여 CDM 신호로 변조하여 출력시키기 위한 CDM 신호 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 TDM 신호 처리부는
상기 TDM 신호를 수신하고, 증폭한 후 소정의 주파수 대역을 필터링하는 아날로그 수신부; 상기 아날로그 수신부로부터 출력되는 아날로그 TDM 신호를 디지털 TDM 신호로 변조하는 아날로그/디지털 컨버터; 상기 디지털 TDM 신호를 QPSK 복조하기 위한 복조부; 상기 복조된 디지털 TDM 신호에 대한 에러를 검출하기 위한 순방향 에러 검출부; 및 상기 디지털 TDM 신호의 심볼 신호를 발생시키기 위한 직렬/병렬 컨버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 상기 CDM 신호 처리부는
상기 TDM 처리부로부터 출력된 디지털 TDM 신호의 심볼 신호를 한 프레임씩 저장시킨 후 디지털 직렬 신호로 출력시키기 위한 TDM 먹스부; 상기 TDM 먹스부로부터 상기 디지털 직렬 신호를 수신하여 디지털 CDM 신호로 변조시키기 위한 변조부; 및 상기 디지털 CDM 신호를 아날로그 CDM 신호로 변환 후, RF 신호로 변조시켜 방사하기 위한 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명의 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치를 이용하면 위성 통신 시스템에서 음영지역을 해소할 수 있으며 또한, 서비스 영역을 확장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용된 위성 방송 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 방송 시스템 용 중계기의 내부 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 중계기 중 TDM 처리부를 상세히 도시한 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 중계기 중 CDM 처리부를 상세히 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
150 : 중계기
200 : 신호처리부
300 : TDM 처리부
400 : CDM 처리부
500 : 제어부
600 : CDMA 모듈
700 : 전송부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용된 위성 방송 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도시한 바와 같이, 위성 방송 시스템은 다수의 방송 센터(100), 인공위성(130), 중계기(150), 및 다수의 이동통신 단말기(140, 160)를 포함하여 구성되어 있다.
다수의 방송 센터(100)는 각 방송 사업자에 의해 작성 및 편집된 다수의 방송 컨텐츠를 Ka 밴드(26.5 ~ 40GHz) 또는 Ku 밴드(12.5 ~ 18 GHz)의 오름 전송로를 통해 인공 위성(130)으로 송신한다. 이 때 상기 방송 컨텐츠는 시간 분할 다중(TDM) 방식 및 코드 분할 다중(CDM) 방식을 이용하여 각각 시간 분할 다중 신호(이하 TDM 신호(113)라 한다), 및 코드 분할 다중 신호(이하 CDM 신호(112)라 한다)를 인공 위성(130)으로 전송된다.
상기 방송 컨텐츠는 드라마, 뉴스, 오락 프로그램 등 지상파로 방송되는 모든 방송 프로그램을 이동통신 단말기로 전송하기 위한 것이다.
상기 인공 위성(130)은 Ka 밴드 또는 Ku 밴드용 안테나와, S 밴드(2.6 GHz)용 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 다수의 방송 센터(100)로부터 송신된 방송 컨텐츠, 즉 TDM 신호(113) 및 CDM 신호(112)를 Ka 밴드 또는 Ku 밴드용 안테나로 수신 및 증폭한 후, 상기 CDM 신호(112)를 S 밴드의 CDM 신호(132)로 변환한다.
상기 인공 위성(130)은 상기 S 밴드용 안테나로부터 S 밴드의 내림 전송로를 통해 상기 변환된 CDM 신호(132)를 S 밴드를 통하여 전파 전송에 방해물이 없는 서비스 영역인 전파 영역(A)에 있는 이동 단말기로 직접 송신한다.
그러나, 도심 지역에서 빌딩 자체에 의하여 전파 경로를 방해 받거나, 빌딩 내부 또는 지하도 등 전파가 도달하기 어려운 음영 지역(B)으로 전파를 전송하기 위하여 갭 필러(GAP FILLER)라는 위성 방송 시스템용 중계기(150)가 필요하다.
이 때, 인공 위성(130)에서 상기 중계기(150)로 12 GHz, Ku 밴드의 TDM 신호(133)를 발송하면, 상기 중계기(150)에서 상기 TDM 신호(133)를 코드 분할 다중 방식 즉, CDM 신호(152)로 변환한다. 변환된 상기 CDM 신호(152)는 2.6 GHz, S 밴드를 통하여 방송 콘텐츠를 위성으로부터 직접 수신할 수 없는 음영 지역(B)에 위치한 이동통신 단말기(160)로 전송된다.
상기 S 밴드는 강우 감쇠의 영향을 쉽게 받지 않기 때문에 이동 단말기들에서 방송 신호가 충분히 큰 수신 전계 강도로 수신된다. 따라서, 이동 단말기들은 소형의 로드 안테나나 평면 안테나를 사용함으로써 방송 신호를 수신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위성 방송 시스템 용 중계기의 내부 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도시한 바와 같이, 위성 방송 시스템 용 중계기의 내부 구성도는 신호처리부(200), 및 RF부(290)로 구성되어 있다.
신호처리부(200)는 인공 위성으로부터 송신된 방송 컨텐츠인 TDM 신호를 안테나(미도시)로 수신하여 TDM 처리부(300)에서 TDM 신호의 심볼(Symbol)을 생성하고 CDM 처리부(400)에서 TDM 신호를 CDM 신호로 변환한 뒤, RF부(700)를 통하여 빌딩으로 인한 음영 지역 등 인공 위성으로부터 직접 방송 콘텐츠가 도달하지 않는 음영 지역을 향하여 송신된다.
이 때, RF부(700)에는 지향성 안테나가 사용되고, 이것에 의하여 상기 방송 콘텐츠의 송신 범위를 상기 인공 위성으로부터 직접 방송 콘텐츠가 도달하지 않는 음영 지역에 한정하고 있다.
위성 방송 시스템용 중계기의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
상기 신호처리부의 TDM 처리부(300)는 프론트-엔드 아날로그(Front-End Analog, 310), A/D 컨버터(320), QPSK 변조부(330), 포워트 에러 수정 회로(340), 디프레머(De-Framer, 350), 및 직렬/병렬 컨버터(360)를 포함하여 구성된다.
상기 프론트-엔드 아날로그(310)는 미도시된 안테나, 증폭기, 및 필터를 포함하여 구성되어 있다. 따라서, 인공 위성으로부터 아날로그 TDM 신호를 상기 안테나(미도시)로 수신하여 증폭기(미도시)로 증폭한 후, 미도시된 필터로 소정의 주파수 대역을 필터링하여 아날로그 I 및 Q 신호를 발생시킨다.
발생된 아날로그 I 및 Q 신호는 각각 A/D 컨버터(320)에서 디지털 신호로 변환된다.
디지털 신호로 변환된 I 및 Q 신호는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 복조부(330)에서 QPSK 방식의 디지털 복조 과정을 거친 후, 포워드 에러 수정 회로(Forward Error Correction, 340)로 전송된다.
상기 포워드 에러 수정 회로(340)에서 출력된 상기 디지털 TDM 신호는 디프레머(Deframer, 350)를 거쳐서 직렬/병렬 컨버터(360)로 입력된다.
상기 직렬/병렬 컨버터(360)에서 상기 디지털 TDM 신호를 상기 포워드 에러 수정 회로(340)로부터 출력되는 파일롯 채널 바운더리 신호(Pilot Channel Boundary Signal)를 이용하여, 디지털 TDM 신호의 심볼 신호(Symbol Signal)를 발생시킨다.
상기 디지털 TDM 신호의 심볼 신호는 도 4에 도시된 CDM 처리부로 입력된다.
도시한 바와 같이, CDM 처리부(400)는 채널 역 다중화기(410), 다수의 채널 버퍼(Buffer)로 구성된 TDM 먹스부(420), 변조부(430), 디지털/아날로그 변환부(440), 및 아날로그 BACK-END(450)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 디지털 TDM 신호의 심볼 신호를 수신한 상기 채널 역 다중화기(410)는 상기 심볼 신호를 한 프레임(Frame)씩 TDM 먹스(NUX)부로 출력한다.
상기 TDM 먹스부는 병렬(Parallel) 신호인 상기 심볼 신호를 한 프레임씩 저장한 후, 프레임 동기 신호를 이용하여 직렬(Serial)신호로 출력한다.
상기 직렬 신호는 상기 변조부(430)로 입력되어 CDM 변조부(432)에서 왈시(Walsh)발생기(470) 및 PN 발생기(Pseudo-random Noise Generator, 480)로부터 입력되는 왈시 코드 및 PN 시퀀스(Sequence)를 이용하여 디지털 CDM 신호로 변조된다. 이 때, 상기 PN 시퀀스는 왈시 코드에 의하여 스프레딩(Spreading)된다. 그 후에 채널 하나 위에 파일롯 신호 하나가 조합된다. 예컨대, 채널 0 위에 파일롯 신호 0 이 조합되고, 채널 1 위에 파일롯 신호 1이 조합된다. 이와 동일하게 n번째 채널 위에 n번째 파일롯 신호가 조합된다.
상기 CDM 변조부(432)로부터 출력된 신호는 핸드폰, PDA, 무선 노트북 등의 이동 단말기로 전송하기 위하여 RRC(434) 및 Gain(436)를 거쳐서 신호를 컴바인(Combine)하는 합성부(SUM, 448)를 거쳐서 출력부로 입력된다.
상기 출력부는 디지털/아날로그 변조부(440) 및 아날로그 BACK-END (450)를 포함하여 구성되며, 상기 디지털/아날로그 변조부(440)에서 아날로그 CDM 신호로변조된 후, 아날로그 BACK-END 에서 RF 신호로 변조시켜 이동 단말기로 방사 시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치에 의하면, 이동통신 시스템 및 방송 시스템에서 적용할 경우 발진 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 단일 주파수 망 구조를 가능하게 할 수 있다. 특히, 위성 디지털 오디오 방송 시스템에 적용 시, ITU 에서 권고하고 있는 모든 표준 방식의 상위 레벨 구조 즉, 시간 분할 다중 채널 방식(TDM)으로 전송되는 신호의 표준을 모드 수용하고 있음으로 모든 시스템 방식에 적용이 가능하며, 시간 분할 다중 채널 방식(TDM)의 신호를 코드 분할 다중 채널 방식(CDM)의 신호로 변환하여 재 전송하는 것이 가능하다. 또한, 발진 문제가 해소됨으로써 고출력으로 재 전송이 가능하여 효과적인 지상 망 구조를 설계하는 것이 가능하고, 유연한 망 엔지니어링과 경제적이고 효과적인 유지보수가 가능하다.
본 발명의 실시예는 하나의 실시예에 지나지 않으며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 구성요소의 많은 변형 및 변경이 가능함을 물론이며, 본 발명이 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

Claims (4)

  1. 위성으로부터 송신된 TDM 신호를 CDM 신호로 변환하기 위한 신호처리부; 및
    상기 신호처리부로부터 입력된 CDM 신호를 대전력 증폭하여 안테나를 통하여 이동 단말기로 무선 송신하기 위한 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리부는
    상기 TDM 신호를 복조한 후 TDM 신호의 심볼 신호를 발생시키기 위한 TDM 신호 처리부; 및
    상기 TDM 신호의 심볼 신호를 수신하여 CDM 신호로 변조하여 출력시키기 위한 CDM 신호 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 TDM 신호 처리부는
    상기 TDM 신호를 수신하고, 증폭한 후 소정의 주파수 대역을 필터링하는 아날로그 수신부;
    상기 아날로그 수신부로부터 출력되는 아날로그 TDM 신호를 디지털 TDM 신호로 변조하는 아날로그/디지털 컨버터;
    상기 디지털 TDM 신호를 QPSK 복조하기 위한 복조부;
    상기 복조된 디지털 TDM 신호에 대한 에러를 검출하기 위한 순방향 에러 검출부; 및
    상기 디지털 TDM 신호의 심볼 신호를 발생시키기 위한 직렬/병렬 컨버터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 CDM 신호 처리부는
    상기 TDM 처리부로부터 출력된 디지털 TDM 신호의 심볼 신호를 한 프레임씩 저장시킨 후 디지털 직렬 신호로 출력시키기 위한 TDM 먹스부;
    상기 TDM 먹스부로부터 상기 디지털 직렬 신호를 수신하여 디지털 CDM 신호로 변조시키기 위한 변조부; 및
    상기 디지털 CDM 신호를 아날로그 CDM 신호로 변환 후, RF 신호로 변조시켜 방사하기 위한 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 위성 통신 시스템과 연동하는 신호 변환 중계 장치.
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