KR20080100488A - 선택적인 ｂｐｉｃ와 입력 데이터 변조가 되는 통신시스템 및 관련 방법 - Google Patents

Abstract

통신 시스템(30)은 제 1 및 제 2 입력 데이터에 기초하여 변조된 신호를 송신하기 위한 송신장치(31)를 포함한다. 상기 송신장치는 제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC 데이터를 선택적으로 생성하기 위한 BPIC(baseband injected pilot carrier) 생성기(33), 제 2 입력 데이터로 BPIC 데이터를 인터리빙하기 위한 인터리버(interleaver)(34), 변조된 신호를 제공하기 위하여 제 1 변조 방식에 기초하여 상기 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하고제 2 변조 방식에 기초하여 상기 제 2 입력 데이터를 변조하기 위한 변조기(35)를 포함한다. 상기 통신 시스템(300은 상기 송신장치(31)로부터의 상기 변조된 신호를 수신하기 위한 수신장치(32)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 수신장치(32)는 BPIC 검출기(40)와 상기 송신장치(31)로부터의 상기 변조된 신호를 복조하기 위한 BPIC 검출기와 함께 작용하는 복조기(41)을 포함할 수 있다.

통신 시스템, 송신장치, 수신장치, 변조, 복조

Description

선택적인 ＢＰＩＣ와 입력 데이터 변조가 되는 통신시스템 및 관련 방법{COMMUNICATIONS SYSTEM WITH SELECTIVE BASEBAND PILOT INJECTED CARRIER (BPIC) AND INPUT DATA MODULATION AND RELATED METHODS}

본 발명은 통신 시스템 분야, 더욱 구체적으로는 신호 변조/복조 기술 및 관련 방법에 관한 것이다.

위성통신시스템의 제공자 및 사용자들 모두의 주요 관심사는 시스템 자원의 사용을 어떻게 하면 극대화할 수 있는가 하는 것이다. 특히, 중계장치의 대역폭(transponder bandwidth)과 등가 등방사 전력(effective isotropic radiated power; 이하 'EIRP' 라고 합니다.)은 모두 중요한데, 그 이유는 이들 각각의 일부가 상기 중계장치를 통해 보내진 모든 신호에 의해 이용되기 때문이다. 위성 전력이 희귀 자원인 경우에, 위성 자원은 고가이기 때문에, 각각의 신호에 필요한 전력량을 최소화하면 더 많은 신호가 중계장치를 통해 보내질 수 있고, 이에 따라 임대비가 저감될 수 있다. 다른 방법은 동일한 중계장치의 전력을 위해 수신기 안테나 개구의 크기를 줄이는 것이다. 작은 개구의 안테나를 사용하는 비교적 저가의 선행기술의 특정 시스템들은 낮은 G/T 값을 가지기 때문에 전력이 제한되는 경향이 있으며, 이에 따라 상기 위성으로부터 더 많은 전력을 필요로 한다.

상기 통신 시스템에 있어서 향상된 전력과 대역폭 이용을 제공하기 위한 특히 바람직한 하나의 기법이 현재 양수인으로 지정된 코브(Cobb) 등의 미국특허 제6,606,357호에 개시되어 있는데, 참조를 위해 상기 미국특허의 내용 전체를 본문에 인용한다. 이 특허는 특정한 양의 캐리어 에너지를 주입하여 QAM 또는 MPSK(M-ary phase shift keying) 파형(예, BPSK, QPSK, 8PSK, 등)과 같은 파형이 되게 하기 위한 기술을 개시하고 있다. 이러한 BPIC(baseband pilot injected carrier; 이하 'BPIC'라 합니다.) 요소는 수신기에서의 BPIC의 비선형적 재생과는 반대로, 검출과 재생을 할 수 있다.

또한, 이 BPIC 변조기법은 터보 부호(turbo codes), 예를 들어 비교적 낮은 비트의 에러율을 확보하는데 필요한 신호의 전력를 현저히 저감하기 위한 터보 부호와 같은 현대의 순방향 오류 정정(forward error correction)(FEC) 부호화 기법을 이용하는데 아주 적합하다. 즉, 향상된 부호화 기법과 결합한 특정의 BPIC 파형을 이용하면 위성 중계장치에 대한 소형 터미널 유저의 수효가 잠재적으로 두배가 될 수 있고, 따라서 유저의 임대비가 절반으로 될 수 있다. 역으로, 이 BPIC 파형에 의해 또한 더 작은 안테나를 사용할수록 배치 및/또는 이동의 유연성이 더 높아질 수 있다. 이 BPIC 변조 기법의 장점이 현저함에도 불구하고, 어떤 경우에는 아직 그와 관련되는 부하를 더욱 줄이는 한편 전력도 상당히 절감하기 위해 추가적인 기법들을 이용하는 것이 바람직할 수도 있다.

이러한 점을 고려하여, 본 발명의 목적은 향상된 BPIC 변조/복조 특징 및 관련되는 방법을 구비하는 통신시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 기타의 목적, 특징, 및 본 발명에 따른 잇점은 제 1 및 제 2 입력 데이터에 기초하여 변조된 신호를 송신하기 위한 송신장치를 포함할 수 있는 통신 시스템에 의해 제공된다. 더욱 구체적으로, 상기 송신장치는 제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC(baseband injected pilot carrier) 데이터를 선택적으로 생성하기 위한 BPIC 생성기, BPIC 데이터를 상기 제 2 입력 데이터로 인터리빙하기 위한 인터리버, 및 변조기를 포함할 수 있다. 상기 변조기는 변조된 신호를 제공하기 위하여 제 1 변조 방식에 기초하여 상기 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하고 제 2 변조 방식에 기초하여 제 2 입력 데이터를 변조하기 위한 것일 수 있다. 상기 통신 시스템은 상기 송신장치로부터의 상기 변조된 신호를 수신하기 위한 수신장치를 추가로 포함할 수 있다. 상기 수신장치는 BPIC 검출기와 상기 제 1 및 제 2 입력 데이터를 생성하기 위해서 상기 BPIC 데이터에 기초하여 상기 송신장치로부터 상기 변조된 신호를 복조하기 위한 상기 BPIC 검출기와 함께 작용하는 복조기를 포함할 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 제 1 변조 방식은 상기 제 2 변조 방식보다 더 낮은 차수를 가질 수 있다. 실례로서, 상기 제 1 변조 방식이 사상 위상 천이 변조 방식(Quadrature Phase Shift Keying)(QPSK)일 수 있고, 상기 제 2 변조 방식이 이진 위상 천이 변조 방식(Binary Phase Shift Keying)(BPSK)일 수 있다. 상기 복조기는 위상 동기 회로(PLL)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 송신장치는 상기 제 1 및 제 2 입력 데이터를 인코딩하기 위한 상기 변조기로부터 상류에 있는 순방향 오류 정정(FEC) 코드 생성기를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 예를 들면, 상기 순방향 오류 정정(FEC) 코드 생성기는 터보 코드일 수 있다. 상기 인터리버는 또한 균일한 데이터 부분으로 상기 BPIC 데이터를 이들 데이터의 사이에 인터리빙할 수 있다.

본 발명 통신방법의 일 측면은 제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC 데이터를 선택적으로 생성하는 단계, 상기 BPIC 데이터를 제 2 입력 데이터로 인터리빙하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 통신 방법은 변조된 신호를 제공하기 위하여 제 1 변조 방식에 기초하여 상기 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하고 제 2 변조 방식에 기초하여 제 2 입력 데이터를 변조하는 단계; 및 상기 변조된 신호를 송신하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 통신 방법은 상기 제 1 및 제 2 입력 데이터를 생성하기 위해 상기 변조된 신호를 수신하고 상기 BPIC 데이터에 기초하여 상기 변조된 신호를 복조하는 단계를 포함할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들이 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 다른 수많은 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이러한 실시예들은, 본 기재가 철저하고도 완벽해져서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달할 수 있도록 제공된다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일 구성요소에 대해서는 동일한 도면번호를 부여하였으며, 대안적인 실시예들에 있어서 유사한 구성요소를 나타내기 위해 프라임 표기법(prime notation)을 사용하였다.

도 1 내지 3을 참조하면, 통신 시스템(30)은 실례로 제 1 및 제 2 입력 데이터에 기초하여 변조된 신호를 송신하기 위한 송신장치(31)와, 상기 송신장치로부터의 상기 변조된 신호를 수신하기 위한 수신장치(32)를 포함한다. 제 2 입력 데이터의 스트림은, 예컨대, 오디오, 비디오 및/또는 기타 형태의 데이터를 포함할 수 있는 상기 수신장치로 전달되어야 하는 정보의 내용을 포함한다.

상기 송신장치는 실예로 제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC 데이터를 선택적으로 생성하기 위한 BPIC(baseband injected pilot carrier) 생성기(33), 제 2 입력 데이터로 BPIC 데이터를 인터리빙하기 위한 인터리버(interleaver)(34), 변조기(35), 및 이에 연결된 안테나(46)을 포함한다. 특히, 상기 BPIC 생성기(33)는 서로 다른 복수의 데이터 값, 예컨대 이진법의 0 또는 1 중 하나를 취할 수 있는 BPIC 데이터를 유리하게 생성한다. 이러한 방식으로, 상기 데이터 스트림에서 주어진 위치에 삽입된 BPIC 데이터는 제 1 입력 데이터에 상응할 수 있다.

참조를 위해, 상기 미국특허 제6,606,357호에 기재된 BPIC 기법이 유리하게도 복조를 위한 기준을 제공하기 위하여 특정의 위치에 삽입된 일정한 오프셋레벨(constant offset level)을 이용한다. BPIC 생성기(33)는 유리하게도 전달되어야 하는 다음번의 제 1 입력 데이터 부분에 상응하도록 BPIC 데이터를 생성하며, 이에 의해 실제의 데이터가 일정한 오프셋 기준 레벨을 사용하기보다는 송신될 수 있으며, 따라서 향상된 대역폭을 제공한다.

일례로서, 상기 제 1의 입력 데이터는 단지 위에서 설명한 BPIC 기법에 있어 서 그렇지 않으면 BPIC 오프셋 레퍼런스(offset reference)로 대체(또는 폐기)되게 될 제 2 입력 데이터일 수 있다. 즉, 제 1 입력 데이터의 스트림이 단순히 상기 BPIC 데이터가 삽입되어야 하는 BPIC 주기 또는 간격에서의 그러한 비트 또는 심볼일 수 있다. 물론, 제 1 입력 데이터가 제 2 입력 데이터의 서브세트(subset)일 필요는 없다. 예를 들어, 제 1 입력 데이터는, 본 발명 기술분야의 당업자라면 알 수 있을 것이지만, 무선 연락망(orderwire) 데이터일 수 있다. 또한, 제 1 입력 데이터는, 원한다면, 일부 실시예에 있어서 제 2 입력 데이터와는 완전히 독립적일 수 있다. 또한, 본 발명 기술 분야의 당업자라면 알 수 있을 것이지만, 기타 제 1 및 제 2 데이터를 다양하게 조합하는 것이 가능하다.

물론, 상기 오프셋 레퍼런스가 더 이상 일정하지 않기 때문에, BPIC 데이터의 레벨이나 값을 변경하면 상기 BPIC 기법에 대해 수신기 또는 복조측에서 과제가 제시되게 된다. 그러나, 복조용의 명확한 BPIC 기준을 더 제공하기 위해서는, 변조기(35)가 제 1 변조 방식에 기초하여 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하고, 제 1 변조 방식과는 다른 제 2 변조 방식에 기초하여 제 2 입력 데이터를 변조하여 이렇게 변조된 신호를 제공하는 것이 바람직하다.

도 2 에 예시된 실시예를 더욱 상세히 참조하면, 변조기(35)는 BPIC 데이터를 변조하기 위한 제 1 변조 방식으로서 BPSK를 사용하고, 제 2 입력 데이터를 변조하기 위해 사용된 제 2 변조 방식은 QPSK이다. 따라서, 본 발명 기술 분야의 당업자라면 본 실시예에 있어서 각각의 BPIC 심볼이 두개의 데이터 값들 중 하나, 즉 0 또는 1에 상응할 수 있는 반면, 제 2 입력 데이터의 심볼은 서로 다른 네개의 값들(즉, 00, 01, 10, 11) 중 하나에 상응할 수 있음을 알아야 할 것이다. 그러나, BPIC 데이터의 BPSK 변조에 의해 생성된 심볼은 QPSK 변조를 사용하여 생성된 제 2 입력 데이터 심볼과 구별될 수 있을 것이고, 그에 따라 본 발명 기술 분야의 당업자라면 알 수 있을 것이지만 복조시에 이용하기 위해 용이하게 식별될 수 있을 것이다.

이상 설명한 것외에도 다른 변조 방식들이 사용될 수도 있음을 알아야 한다. 일반적으로 말해, 사용하기 위해 변조의 방식을 선택하는 하나의 기법은 제 2 입력 데이터보다는 BPIC 데이터를 변조하기 위한 저차 변조 방식을 사용하는 것이다. 상기 실시예에서, QPSK는 BPSK보다 더 고차(즉, 4제곱 대 제곱)이지만, 일부 실시예에 있어서는 예를 들어 QPSK가 제 1 변조 방식 및 제 2 변조 방식으로 사용된 8PSK가 될 수 있다. 물론, QAM과 같은 다른 변조 방식도 사용될 수 있다. 그 목적은 제 1 변조 방식이 제 2 변조 방식을 사용하여 변조된 제 2 입력 데이터에 대하여 복조하는 도중에 식별가능한 심볼(또는 심볼들)을 생성하는 것이다.

인터리버(34)는 실례로서 예시된 실시예에 있어서 연속 데이터 스트림인 제 2 입력 데이터 스트림을 수신하는 순방향 오류 정정(FEC) 코더(coder)(36)를 포함한다. 이하에서 더욱 상세하게 설명하겠지만, 비록 다양한 순방향 오류 정정(FEC) 포맷이 사용될 수 있지만, BPIC 변조 기술에 의해 복조기가 터보 코드와 함께 얻어질 수 있는 비교적 높은 코딩 게인을 이용할 수 있다. 직렬 대 병렬([Xi]/P) 컨버터(37)는 인코딩된 제 2 입력 테이터 스트림을 복수의 병렬 출력((0)-(m))으로 변환한다. 물론, 일부 실시예에 있어서는 입력이 병렬일 수 있어서 직렬 대 병렬 컨 버터(37)가 포함될 필요가 없다.

BPIC 생성기(33)에 의해 스위치(38)에 의해 예시된 바와 같이 BPIC 데이터를 특정의 BPIC 간격으로 인코딩된 제 2 입력 데이터 스트림에 인터리빙할 수 있다. 더욱 상세하게는, BPIC 간격 도중(예, 매 n번째의 심볼) 변조기(35)의 입력이 BPIC 생성기의 출력으로 전환됨으로써 그렇지 않았으면 없었을지도 모르는 제 2 입력 데이터 보다도 상기 주어진 BPIC 데이터가 변조된다. 실례로서 BPSK 변조의 경우에는, 원하는 데이터 값(0 또는 1)이 변조기(35)의 제 1 입력값에 제공될 수 있는 반면, 이 변조기의 나머지 입력값에는 0의 값이나 알려진 어떤 패턴이 제공될 수 있다. 더욱이, 변조기(35)에는 또한 BPIC 생성기로부터의 제어신호가 제공되어 이에 의해 BPIC 간격 도중에 제 1 변조 방식으로 전환되게 되고, 그 후 제 2 입력 데이터를 변조하기 위한 제 2 변조 방식으로 되돌아간다.

설명의 간략화를 위해 변조기(35)가 단일의 구성요소로서 예시되었지만, 변조 동작은 별도의 변조기에 의해 수행될 수 있음을 알아야 한다. 물론 본 발명 기술 분야의 당업자라면, 송신장치(31)와 수신장치(32)의 구성요소들의 다양한 기능이 수많은 방식으로, 예컨대 별개의 회로, ASICs(application specific integrated circuits), PLDs(programmable logic devices), 및/또는 마이크로 프로세서, 디지털 신호 처리기(DSPs) 등 및 적절한 소프트웨어 모듈 등과 같은 하나 또는 그 이상의 처리장치로 실행될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

수신장치(32)는, 실례로서 BPIC 검출기(40)와, 제 1 및 제 2 입력 데이터를 생성하기 위해 BPIC 데이터(이는, 변조시, BPIC 심볼을 제공한다.)에 기초하여 송 신장치(31)로부터의 변조된 신호를 복조하기 위한 상기 BPIC 검출기와 함께 작용하는 복조기(41)을 포함한다. 안테나(47)는 실례로서 복조기(41)에 연결되어 있다. 구체적으로 도 3을 참조하면, BPIC 검출기(40)가 상기 변조된 신호내에서 BPIC 심볼의 위치를 검출함으로써 이 변조된 신호를 BPIC 간격 도중에 제 1(예, BPSK) 복조 단계(44)로 선택적으로 전환(스위치(43)에 의해 예시되어 있는 바와 같이)하게 된다. BPIC 변조 및 복조 기술에 대한 추가의 상세내용은 상기 언급한 미국특허 제6,606,357호에서 찾아볼 수 있을 것이다.

또한 도 4를 참조하면, 본 발명의 통신방법의 일 측면은 실례로서 블록(50)에서 시작하여 블록(52)에서는 제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC 데이터를 선택적으로 생성하고, 블록(54)에서는 BPIC 데이터를 제 2 입력 데이터로 인터리빙한다. 상기 방법은, 블록(56)에서, 변조된 신호를 제공하기 위하여 제 1 변조 방식에 기초하여 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하는 것과 제 2 변조 방식에 기초하여 제 2 입력 데이터를 변조하는 것, 및 상기 변조된 신호를 송신하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 블록(58)에서는 제 1 및 제 2 입력 데이터를 생성하기 위하여 BPIC 데이터에 기초하여 상기 변조된 신호를 수신하고 복조하는 것을 또한 포함할 수 있는데, 그에 따라 이 예시된 방법이 종료(블록(60))된다.

BPIC 데이터에 대해 BPSK 변조를 사용하면 일부 실시예에 있어서는 특히 유리할 수 있는데 그 이유는 BPIC 검출기(40)에서 BPIC 트래킹이 단지 QPSK와 관련된 네제곱 손실 대신에 제곱 손실을 입을 것이지만, 여전히 원하는 신호 특성을 유지하기 때문이다. 또한, 실제 인코딩된 유저 데이터, 무선연락망 데이터 등이 BPIC 심볼로서 송신될 수 있는데, 그 이유는 이들 심볼은 BPIC 검출을 위하여 수신장치(32)에서 공지의 또는 일정한 심볼 패턴일 필요가 없기 때문이다. 이에 의해 유리하게도 부하가 저감되고 통신 링크의 작업 처리량이 향상된다.

또한, 이는 본 발명 기술 분야의 당업자라면 알 수 있겠지만 스펙트럼 마스크가 빽빽하게 형성되어 있는 위성 통신 장치에 대해서는 특히 중요할 수 있는 재생된 BPIC 심볼(들)내의 스펙트럼선을 감소시킬 수 있다. 덧붙이면, 상기 설명한 기법에 의해 또한 복조기(41)가 추적하여 제 2 입력 데이터와 BPIC 데이터의 모두에 대해 고차 변조를 사용하는 것과 관련하여 비교적 낮은 신호대 잡음비(Es/No)에서 원하는 성능을 낼 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 이 기법은 또한 터보 코드를 더 잘 이용하는 효과가 있고, 또한 도플러 트래킹을 현저히 개선할 수 있다. 더욱 구체적으로, 하드웨어(HW)와 소프트웨어(SW)의 모두에서 이용될 수 있는 여러 가지 방식의 반복적인 터보 코딩/디코딩법이 있다. 일반적으로, 터보 코드의 경우 이제 종래의 연결 나선형/리드 솔로몬 디코딩법에 대해 코딩 게인을 2 내지 3 dB 더 잘 획득하는 것이 가능하다. 이 추가 게인을 이용하기 위한 방법은 여러가지가 있지만, 상기 개선안이 일반적으로 세개의 카테고리, 즉 대역폭, 작업 처리량, 또는 전력 둥 하나에서 잇점을 제공한다. 터보 코드를 실시한 대부분의 모뎀 제조업체들은 앞의 두개에만 관심을 기울였는데, 그 이유는 일반적으로 세번째 것(전력)이 아주 낮은 신호대 잡음비(Es/No)에서 동작할 수 있는 수신기를 필요로 하기 때문이다.

대역폭에 대하여서는, 터보 코드가 일반적으로 비트당 더 높은 코딩 게인을 가지기 때문에, 부하가 덜 드는 코드가 동등한 성능을 생성할 수 있다. 코딩 게인이 더 높은 것은 대역폭을 감소시키는데 사용될 수 있지만 일정한 작업 처리량과 전력을 유지한다. 낮은 부하와 결합된 일정한 반송파대 잡음비(C/N)를 유지함으로써, 더 좁은 대역폭을 이용하여 연결될 수 있다. 복조기의 트래킹 성능이 반송파대 잡음비(C/N)에 기초하기 때문에, 목표가 대역폭을 절감하기 위한 것이라면 연결된 코드에 연동되는 복조기도 터보 코드에 연동될 것이다. 바람직하지 않은 점은 안테나의 크기, 도플러 트래킹 또는 초기 동기(Doppler tracking or acquisition)의 개선이 이루어지지 않았다는 것이다. 요컨대, 결과는 이미 이용가능한 것과 동일한 초기 동기 및 트래킹 성능이다.

작업 처리량에 대해서는, 코딩 게인이 더 높은 것이 유사하게 작업 처리량을 증대시키는데 이용될 수 있지만, 일정한 대역폭과 전력을 유지한다. 터보 코드가 동일한 코딩 게인에 대해서 부하를 덜 쓸 것을 요하기 때문에, 사용자의 정보비율은 동일한 대역폭을 제공하는데 적용된 부하가 더 낮아짐에 따라 증대될 수 있겠지만, 사용자의 데이터 비율은 증가함에 따라 증대될 수 있을 것이다. 또한, 일정한 반송파대 잡음비(C/N)을 유지함으로써, 연결된 코딩 스킴(coding scheme)을 이용하여 반송파를 트래킹한 복조기가 또한 사용될 수 있다.

전력과 관련하여서는, 일부 제품에서는 적절한 대역폭과 높은 데이터율에 적절할 필요가 있을 것이지만, 이 시스템은 배의 이동형 터미널상 등에서와 같은 소형 개구에 한정된다. 터보 코드의 추가의 코딩 성능은 비교적 낮은 C/No를 이용하여 이 가격의 대역폭에서 적용될 수 있다. 이런 식으로 이 시스템은 비교적 소형의 개구로부터 잇점이 있거나 또는 위성 중계장치의 전력을 링크당 2 내지 3 dB만큼 낮출 수 있다. 이 BPIC 기법에 의해 터미널이 이만큼의 전력절감을 이용할 수 있다. 또한, 이는 종래의 재생 복조기에 비해 초기 동기(acquisition) 및 트래킹 성능을 현저하게 향상시킨다.

종래의 복조기들은 재생환(regenerative loop)을 사용하여 반송파를 재생하고 이렇게 재생된 반송파를 이용하여 PSK에 대한 이론적 근사성능을 얻는다. 이러한 방식의 수신기의 경우 하나의 문제점은 S/N이 감소함에 따라 재생과정에 의해 잡음이 지수적으로 증가한다는 점이다. 상술한 바와 같이, 도 5에서 보듯이 BPSK의 경우 제곱의 손실이 있지만 QPSK의 경우 네제곱의 손실이 있다.

그러므로, 트래킹 루프의 루프 대역폭은 신호대 잡음에 잇어서 이를 보상하도록 크게 감소해야 한다. 3 또는 4 dB의 신호대 잡음비(Es/No)에서 이러한 손실은 너무 심하지는 않으므로, 종래의 수신기는 합리적인 성능으로 추적할 수 있다. 그러나, 터보 코딩이 불리한 터미널에 크게 도움이 될 수 있는 0 dB의 신호대 잡음비에서는, 네제곱 손실이 상당히 크다. 이러한 점을 더 설명하기 전에, 어떤 정의를 하는 것이 도움이 된다. Eb/No는 정보 비트당 에너지로서 정의된다. Ec/No는 코딩 및 기타 경비후 채널 비트당 에너지이다. 신호대 잡음비(Es/No)는 모든 코딩 및 기타 경비후 전달된 심볼당 에너지이며, 여기에서:

Ec/No = ( Eb/No) * ( code rate ), 및

Es /No = ( Ec/No) / log₂ (M)이다.

따라서, 정보 비율이 1/2 비율만큼 코딩된다면 채널 비율은 정보 비트 비율의 두배이다. 마찬가지로, 심볼 비율은 log₂ (M)에 의해 나뉘어진 채널 비율인데, 여기서 M은 복조의 차수(QPSK에 대하여 M = 4)이다. 상기의 정의에 기초하여, 정보 비트 비율이 1 bps인 1/3 비율 코딩된 QPSK 반송파는 3 bps의 채널 비율과 1.5 bps의 심볼 비율을 갖는다.(lOlogio [1.5] = 1.8 dB). 이 경우, 신호대 잡음비(Es/No) = (Eb/No -1.8 dB)이다.

도 6을 참조하면서, 1 dB 이내의 이론 성능을 제공하는 소형의 개구 터미널에 대해 1/3 비율의 터보 코드를 사용하여 512 KBPS 정보 비트 비율을 지닌 QPSK 신호를 취하는 트래킹 루프의 일반적인 예를 설명한다. 입력 신호의 반송파대 잡음비(C/N)는 심볼 비율 매칭 필터(70)에 의해 여과되어 신호대 잡음비에서 실행 손실(이는 < 1 dB이라고 가정한다.)을 뺀 값을 제공한다. QPSK 복조기(71)의 네제곱 손실은 S/N 비율을 더욱 저하시킨다. 따라서, 반송파 트래킹 루프 필터(72)는 상기 S/N을 개선하여 트래킹 루프에서 양의 S/N 비율을 제공함으로써 특정 성능에 대해 합리적인 범위 내에서 반송파의 고정(carrier lock)을 유지한다. 6 dB 아래에서 상기 루프는 고정을 유지하지 않을 것이다. 주어진 상기 실행에서는 주어진 상기 지터 및 위상 잡음 성능 요건에 기초하여 10 dB 이외의 기타의 값이 사용될 수 있다. 상기 루프에서 증가된 S/N은 훨씬 좁은 루프의 대역폭을 요구할 것이다. 상기의 사항으로부터 다음의 식이 나온다.:

Es/No - IL - 네제곱 손실 - 마진(margin) + lOlog

,>10dB,

여기서 신호대 잡음비(Es/No)는 모든 코딩 및 기타의 부하후에 전달된 심볼당 에너지이고, IL = 실행 손실(1 dB로 가정함), 사양에 대해 여유 = 1 dB, 네제곱 손실 = 재생 수신기로 인한 네제곱 손실, SR = 수신된 코딩 심볼 비율(신호대 잡음비(Es/No)에 대한 근거), and BL = 단위가 헤르츠(Hz)인 단일 측 트래킹 루프 대역폭이다. 종래의 상업용 복조기는 통상 약 3 또는 4 dB의 Eb/No 미만에서는 고정을 유지할 수 없다. 초기 동기, 트래킹 및 동적 성능의 사이에는 일반적으로 트레이드 오프(trade off)가 존재한다. 상기의 식을 사용하면, 1/3 비율로 4dB의 Eb/No를 취하는 512 KBPS 링크의 경우, 결과적으로 약 197 헤르츠(Hz)의 단일 측 루프 대역폭(BL)이 된다. 그러나, 1/3 비율의 코딩으로 0 dB의 Eb/No를 취하는 512 KBPS 링크의 경우 결과적으로 약 16 헤르츠(Hz)의 단일 측 루프 대역폭(BL)이 된다. 이는 루프 대역폭에 있어서 10개 이상의 감소 요소를 제공한다. 이 트래킹 루프는 반송파의 네제곱때문에 부여된 도플러의 네배를 트래킹해야 하므로 상기 도플러를 트래킹하기 위한 능력은 루프 대역폭 감소의 제곱과 함께 저하됨을 알아야 한다.

도 7 및 8을 참조하면, 20:1의 BPIC 파형(즉, BPIC 간격이 매 20번째의 심볼이다.)의 경우에, 네제곱 손실은 거의 일정한 13 dB의 손실(101og[20:l])에다, 추가의 부하로 인한 또 하나의 약 0.3 dB의 실행 손실을 더한 값으로 대체된다. 그러므로, BPIC를 지닌 1/3 비율의 코딩된 QPSK를 위한 0 dB의 Eb/No에 대한 루프 대역 폭은 약 500 Hz이고, 이는 종래의 루프와 같이 네배가 아니라 도플러값의 한배를 트래킹해야만 한다. 이들 대역폭은 데이터 비율에 대응할 것이다. Eb/No가 증대됨에 따라 개선되는 것은 줄어들지만, 대부분의 경우 이는 재생루프보다 더 나빠지지는 않으며, 낮은 Eb/No에서는 개선 등급의 차수를 제공할 수 있다. 실례로서, -6 dB Es/No까지 아래로 트래킹하면 3:1로부터 63:1까지 BPIC 비율에 대해 제공될 수 있다. 이는 아주 낮은 Eb/No에서의 고정 손실 없이 페이드(fades) 도중에 트래킹 효과가 있는 것이 유리하다.

BPIC 기법이 현저한 이점을 가지는 하나의 특정 적용예는 도플러 또는 배/선박의 이동 트래킹에 대한 것이다. 네제곱 루프는 반송파의 제 4 고조파를 실제로 트래킹하고 있기 때문에 도플러의 네배를 트래킹해야 하는 반면, 종래의 위상 동기 회로(phase-locked loop)(PLL)를 이용하여 실행시 BPIC는 도플러의 한 배를 트래킹해야 한다. 도플러 또는 선박 이동 트래킹은 루프의 대역폭의 제곱에 비례하여 개선된다. 도 7 및 8을 보면 알 수 있듯이, 예시된 실시예의 BPIC 루프는 아주 낮은 신호대 잡음비에서 트래킹시 재생신호에 대하여 도플러 트래킹시 40:1 이상의 개선을 할 수 있다.

아래 표 1에 기재된 도플러 변화율을 이용하여, 동등한 코딩 및 변조를 취하는 반송파 트래킹에 대한 종래의 재생 및 BPIC법 모두에 대해 도플러 트래킹 결과값을 구한다.

표 1

변 수	c-밴드	x-밴드	Ku-밴드	Ka-밴드
도플러 변화율 (Hz/sec)	±226	±270	±490	±1046

도 8 및 9에서 알 수 있듯이, 1/3 비율로 0 dB의 Eb/No를 제공하는 C/No에서, 임계점에서 트래킹하지만 여전히 Ka 밴드의 도플러를 만족하게 될 최저 데이터 비율은 약 4700 KBPS인 반면, BPIC는 약 90 KBPS에서는 동일한 트래킹 성능을 제공할 수 있다.

그러므로, 상기 BPIC 파형은 특히 낮은 신호대 잡음비에서 종래의 복조기에 대해 현저하고도 정량화할 수 있는 성능의 잇점을 제공할 수 있음을 알아야 할 것이다. 비교적 최소의 추가 실행 손실(즉, 약 0.3 dB 미만)의 경우에 이는 트래킹 성능의 등급 개선의 차수를 제공할 수 있고, 따라서 일부의 실행시에 낮은 S/N비에서 외부의 보상과 적절한 데이터 비율없이 선박 이동 도플러를 다룰 수 있다. 그러나 만약 데이터 비율이 종래의 모뎀을 이용하여 증가되어 상기 루프가 최종적으로 선박의 도플러를 트래킹하기에 충분할만큼 넓어진다면, 그 실행으로 인해 여전히 네배만큼 트래킹해야 하므로 심한 페이드시에 고정을 유지할 수 없을 것이다. 종래의 수신기는 동일한 BER로 링크를 폐쇄하기 위하여 2 내지 3 dB 이상의 반송파대 잡음비(C/N)를 필요로 하고, 비록 고정을 유지한다고 하더라도, BPIC에 비해 등급이 악화된 트래킹 성능의 차수를 가질 수 있다.

BPIC 트래킹의 또 다른 잠재적 잇점은 그것이 데이터 프레임의 복구에 사용될 수 있다는 점이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명 기술 분야의 당업자라면 알 수 있을 것이지만, 많은 통신 시스템이 타이밍 또는 라우팅(routing) 정보를 제공하기 위하여 프레임(framed)된 데이터 패턴들을 이용한다. 이러한 시스템은 라우터, 멀티플렉서, 및 FEC 코더를 포함할 수 있다. 그러나, 데이터 프레임이 사용된다면, 일부 추가의 프레이밍 부하는, 하나를 그 다음번의 것과 차별화하여 이에 의해 작업 처리량이 감소되도록 프레임들간, 프레임의 그룹들(예, 슈퍼 프레임들)간, 또는 코드 블록들간에 프리앰블 또는 유니크한 단어의 형태로 될 것이 요구된다.

이제 도 9-12를 참조하면, 통신장치(30')는 실례로 입력 데이터에 기초하여 변조된 신호를 송신하기 위한 송신장치(31'), 및 상기 송신장치로부터의 상기 변조된 신호를 수신하기 위한 수신장치(32')를 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 송신장치(31')는 실례로 변조기(35'), BPIC 데이터를 생성하기 위한 BPIC 생성기(33'), 및 상기 BPIC 데이터를 입력 데이터로 인터리빙하여 상기 변조기에 대한 데이터 프레임 입력을 형성하기 위한 프레이머(48')를 포함한다. 상기 예시된 실시예에 있어서는 제 1 및 제 2 변조 방식을 이용하는 상기 설명한 기술이 사용될 수 있지만, 그 기술이 모든 실시예에 있을 필요는 없음을 알아야 한다.

상기 수신장치(32')는 실례로 복조기(41'), 프레임 재생기(49'), 및 상기 BPIC 데이터에 기초하여 상기 송신장치(31')로부터의 상기 변조된 신호를 복조하기 위한 복조기와 함께 작용하면서 또한 상기 BPIC 데이터에 기초하여 상기 데이터 프레임을 재생하기 위한 프레임 재생기와 함께 작용하는 BPIC 검출기(40')를 포함한다. 특히, 상기 BPIC 데이터가 입력 데이터로 인터리빙됨으로써 BPIC 심볼 패턴이 프레이밍 주기와 일치하는 주기적인 방식으로 발생하므로 프레임의 차별화를 위해 프리앰블(preamble) 또는 유니크한 단어 대신에 사용될 수 있다.

실례로서, 프레이머(48')는 프레임 주기의 정수의 배수에서 입력 데이터로 BPIC 데이터의 반복 패턴을 인터리빙할 수 있다. 도 11에 예시된 예의 경우, 각 프레임은 채워지지 않은 블록으로 도시된 수많은 데이터 부분(여기서는 여덟개)을 포함한다. 비록 인접한 데이터 프레임들의 시작 및 종료 데이터 부분들의 사이에 통상 공간이나 지연이 없다고 해도, 설명의 간략화를 위해 상기 프레임들은 공간에 의해 분리된다. 또한, BPIC 데이터(이는 하나 또는 그 이상의 심볼에 상응할 수 있다.)가 매 n번째 데이터 부분(여기서는 n = 10)의 위치의 입력 데이터 스트림에 주입되므로, BPIC 데이터는 속이 채워진 블록으로 표시된다. 즉, 각 BPIC 데이터 위치의 사이에는 균일한 개수 b의 입력 데이터 부분들(여기서는 아홉개)이 있다.

결과적으로, BPIC 데이터 심볼의 패턴은 슈퍼 프레임을 형성하는 정수개의 프레임 c(여기서는 다섯개)에서 반복될 것이다. 따라서, 본 발명 기술 분야의 당업자라면 알 수 있을 것이지만, 주입된 BPIC 데이터의 반복 패턴이 프레임 주기의 정수의 배수에서 반복되도록 된다면, BPIC 심볼 트래킹은 프레임 동기 및 위상 모호정수결정(phase ambiguity resolution)을 제공하는데 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 물론, BPIC 패턴은 프레임, 슈퍼프레임, 또는 코드 블록의 경계에서 반복되도록 될 수 있다.

프레이머(48')는 실례로 FEC 생성기(예, 터보 코더)(73)를 포함하고, BPIC 생성기에 의해 프레이머가, 스위치(74')에 의해 예시된 바와 같이, 입력 데이터 스 트림에 BPIC 데이터를 인터리빙하게 된다. 변조기(35')는, 예컨대, BPSK, QPSK, 8PSK, 등의 변조기와 같은 MPSK 변조기 뿐만 아니라 QAM 변조기일 수 있다.

도 12에 예시된 예에서 QPSK 복조기인 복조기(41')는 네제곱 단(76')을 포함한다. 네제곱 단(76')은 BPIC 검출기(40')가 하는 것과 같이 변조된 신호를 수신한다. 복조기(41')는 BPIC 검출기(40')로부터 하류에 있는 위상 트래커(77')를 추가로 포함하고, 이 위상 트래커의 출력은 또한 네제곱 단(76')에 연결되어 있다. 네제곱 단(76')의 출력은 입력 데이터의 원래 프레임을 재생하기 위한 프레임 재생기(49')에 대한 입력이고, 이 프레임 재생기는 도시된 바와 같이 BPIC 재생기(40')로부터 제어 입력을 수신한다. 당업자라면 알 수 있을 것이지만 일부 실시예에 있어서는 밴드 패스 필터가 위상 동기 회로(PLL) 대신에 사용될 수 있음을 알아야 한다.

도 13을 참조하면서 관련되는 통신 방법의 일 측면을 지금부터 설명한다. 블록(80)에서 시작하여, 본 발명은 실례로서 BPIC 데이터를 생성하는 단계(블록(81))와, 데이터 프레임을 형성하기 위하여 입력 데이터로 BPIC 데이터를 인터리빙하는 단계(블록(82))와, 변조된 신호를 생성하기 위하여 데이터 프레임을 변조하는 단계 및 변조된 신호를 송신하는 단계(블록(83)를 포함한다. 상기 방법은 블록(84)에서 BPIC 데이터에 기초하여 변조된 신호를 수신하여 복조하는 단계와, 블록(85)에서 BPIC 데이터에 기초하여 데이터 프레임을 재생하는 단계, 및 상기 예시된 방법을 종료하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

Claims (10)

1. 통신 시스템으로서,

   제 1 및 제 2 입력 데이터에 기초하여 변조된 신호를 송신하되

   제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC(baseband injected pilot carrier) 데이터를 선택적으로 생성하기 위한 BPIC 생성기,

   BPIC 데이터를 상기 제 2 입력 데이터로 인터리빙하기 위한 인터리버, 및

   변조된 신호를 제공하기 위하여 제 1 변조 방식에 기초하여 상기 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하고 제 2 변조 방식에 기초하여 제 2 입력 데이터를 변조하기 위한 변조기를 포함하는 송신장치와;

   상기 송신장치로부터 상기 변조된 신호를 수신하되

   BPIC 검출기, 및

   제 1 및 제 2 입력 데이터를 생성하기 위해서 상기 BPIC 데이터에 기초하여 상기 송신장치로부터 상기 변조된 신호를 복조하기 위한 상기 BPIC 검출기와 함께 작용하는 복조기를 포함하는 수신장치를 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 변조 방식이 상기 제 2 변조 방식보다 더 낮은 차수(order)를 가짐을 특징으로 하는 통신 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 송신장치는 상기 제 1 및 제 2 입력 데이터를 인코 딩하기 위한 상기 변조기로부터 상류에 있는 순방향 오류 정정(FEC) 코드 생성기를 추가로 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 변조 방식이 사상 위상 천이 변조 방식(Quadrature Phase Shift Keying)(QPSK)을 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 변조 방식이 이진 위상 천이 변조 방식(Binary Phase Shift Keying)(BPSK)을 포함함을 특징으로 하는 통신 시스템.
6. 통신 방법으로서,

   제 1 입력 데이터에 상응하는 BPIC 데이터를 선택적으로 생성하는 단계;

   제 2 입력 데이터로 상기 BPIC 데이터를 인터리빙하는 단계;

   변조된 신호를 제공하기 위하여 제 1 변조 방식에 기초하여 상기 인터리빙된 BPIC 데이터를 변조하고 제 2 변조 방식에 기초하여 제 2 입력 데이터를 변조하는 단계; 및

   상기 제 1 및 제 2 입력 데이터를 생성하기 위해 상기 변조된 신호를 수신하고 상기 BPIC 데이터에 기초하여 상기 변조된 신호를 복조하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 통신 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 변조 방식이 상기 제 2 변조 방식보다 더 낮은 차수(order)를 가짐을 특징으로 하는 통신 방법.
8. 제 6 항에 있어서, 순방향 오류 정정(FEC) 코드를 이용하여 상기 제 1 및 제 2 입력 데이터를 인코딩하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 통신 방법.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 변조 방식이 사상 위상 천이 변조 방식(Quadrature Phase Shift Keying)(QPSK)을 포함함을 특징으로 하는 통신 방법.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 변조 방식이 이진 위상 천이 변조 방식(Binary Phase Shift Keying)(BPSK)을 포함함을 특징으로 하는 통신 방법.

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