KR20090049859A - 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러장치 및 그 신호 전송 방법 - Google Patents

방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러장치 및 그 신호 전송 방법 Download PDF

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Abstract

방송 신호 수신 및 통신 신호 중계용 양방향 갭필러 장치 및 그 신호 전송 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면 방송 신호와 하향 통신 신호를 수신하여 이를 다시 무선 신호로 송신하고, 상향 통신 신호 송신을 위해 무신 신호를 수신함에 있어, 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 지향성 안테나들 및 이들에 각각으로 연결된 리피팅부들을 활용한다. 이로써 전파 음영 지역에서도 양호한 통신 및 방송 신호의 송수신이 가능하다.
Figure P1020070116184
양방향 갭필러, 방송, 통신

Description

방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치 및 그 신호 전송 방법{Bidirectional gap filler apparatus for receiving broadcasting signals and relaying communication signals, and method for transmitting signals thereof}
본 발명은 전파 음영 지역에서도 양호한 통신 및 방송 신호의 송수신이 가능한 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치 및 그 신호 전송 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2006-S-020-02, 과제명 : 고속 이동체 인터넷 위성 무선 연동 기술개발]
종래의 위성을 이용한 위성 방송이나 위성 통신의 경우, 단말은 LOS(Line of Sight)가 확보되는 상황하에서만 방송수신이나 통신이 가능하였다. 이러한 한계를 극복하고자 방송 수신을 위한 단방향 갭필러(gap filler)가 등장하였다.
방송 수신을 위한 단방향 갭필러는 단말과 같은 이동체가 위성 방송 혹은 위성 이동통신 환경하에서 고층 빌딩 등에 의해 전파가 차폐되는 지역에서 방송을 수 신할 수 있도록, 송신소로부터 발사된 전파를 수신하여 재송신하는 소출력 재송신소이다. 특히 이동체를 대상으로 하는 유럽의 디지털 음성 방송(Digital Sound Broadcasting:DSB) 방식에서는 다(多)반송파 변조 방식의 일종인 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM) 방식으로 데이터를 변조하여 전파를 발사한다. 이 경우 빌딩 옥상 등에 소출력 재송신소를 설치하고, 그 소출력의 재송신소는 지상 송신소 또는 위성에서 발사된 전파를 수신하여 재송신한다. 그 결과 다중 경로(multi path)에 강한 OFDM의 특징을 이용하여 이동체가 전파 차폐 지역에서 양질의 방송 신호들을 수신을 할 수 있게 된다. 또한 재송신소의 수신기에서는 직접파를 수신할 수 없는 경우에는 재송신파만을 수신하지만, 직접파를 수신할 수 있는 경우에도 직접파와 재송신파를 합쳐 수신함으로써 양질의 신호들을 수신할 수 있다.
최근에는 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)와 같은 일부 위성방송을 수행하는 시스템에서도 NLOS(Non-LOS) 환경 하에 있는 고정 단말이나 휴대용/차량용 단말들이 위성방송을 수신할 수 있도록 상기와 같은 단방향 갭필러(gap filler) 기술을 적용하기도 하였다.
그렇지만 단방향 갭필러는 단방향 방송 서비스를 제공시에 활용되는 것으로, 양방향 위성 통신을 수행하는 시스템에서 발생할 수 있는 NLOS 환경 하에서의 통신 곤란을 극복하기 위한 양방향 갭필러 기술의 도입과 그 활용은 전혀 이루어지고 있지 않다.
다시 말하면 종래의 단방향 갭필러 기술은 위성방송 등의 분야에 국한하여 수신신호의 증폭 혹은 주파수 변환을 통한 단방향 전송만을 수행하고 있을 뿐 양방향 통신에서의 활용 개념 자체가 없다. 따라서 종래의 단방향 갭필러 기술을 위성 방송 뿐만 아니라 양방향 위성 통신 환경하에서 사용할 수 없는 문제점이 있다.
결국 위성 방송 및 양방향 위성 통신을 위하여는 전파 음영 지역에서도 통신 신호 및 방송 신호의 양호한 송수신을 위해 사용될 수 있는 양방향 갭필러 기술이 필요한 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는, 전파 음영 지역에서도 통신 신호 및 방송 신호의 양호한 송수신이 가능한 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치 및 그 신호 전송 방법을 제공함에 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전파 음영 지역에서도 통신 신호 및 방송 신호의 양호한 송수신이 가능한 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치의 일 실시예는, 하향 통신 신호와 방송 신호를 수신하고, 상향 통신 신호를 송신하는 위성 인터페이스부; 상기 수신된 신호들을 하향 광신호로 변환하여 전송하고, 전송된 상향 광신호를 상기 상향 통신 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 전송된 하향 광신호를 입력받아 전기적 신호로 광전변환하고, 입력되는 전기적 신호를 상기 상향 광신호로 전광변환하는 적어도 두 개의 리피팅부; 및 상기 리피팅부들 각각에 연결되어 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치되고, 상기 광전변환된 전기적 신호를 무선 신호로 변환하여 송신하고, 수신되는 무선 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 적어도 두 개의 지향성 안테나;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전파 음영 지역에서도 통신 신호 및 방송 신호의 양호한 송수신이 가능한 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법의 일 실시예는, 하향 통신 신호와 방송 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 신호들을 하향 광신호로 변환하여 전송하는 단계; 적어도 두 개의 리피터를 통해 상기 전송된 하향 광신호를 입력받아 전기적 신호로 광전변환하는 단계; 및 상기 리피팅부들 각각에 연결되어 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 지향성 안테나를 통해 상기 광전변환된 전기적 신호를 무선 신호로 변환하여 송신하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전파 음영 지역에서도 통신 신호 및 방송 신호의 양호한 송수신이 가능한 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법의 일 실시예는, 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 적어도 두 개의 지향성 안테나 각각을 통해 무선 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계; 상기 지향성 안테나들 각각과 연결된 리피터를 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 상향 광신호로 전광변환하여 전송하는 단계; 상기 전송된 상향 광신호를 상향 통신 신호로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 상향 통신 신호를 송신하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 위성 방송 수신 뿐만 아니라 위성을 이용한 양방향 통신이 가능하고, 이 경우 터널 등의 전파 음영 지역에서도 양호한 신호의 송수신이 가능하다. 따라서, 전파 음영 지역에서 단방향 위성 방송 수신 및 양방향 위성 통신 신호의 송수신이 가능하다.
그리고 본 발명에 따르면, 양방향 갭필러 장치의 단말 인터페이스부들 및 단말에 방향성 안테나를 적용하여 다중 경로 페이딩(multi-path fading) 환경에 유리 하고, 하나의 단말 인터페이스부의 지향성 안테나를 통한 신호 송수신 가능 구간의 길이가 한쪽 혹은 양쪽에 전방향성 안테나를 설치한 기존의 양방향 갭필러 시스템에서의 그 전방향성 안테나를 통한 신호 송수신 가능 구간의 길이보다 매우 길다.
그리고 단말 인터페이스부들 내의 지향성 안테나들을 터널 같은 구간에서 양방향으로 각각 반대방향의 지향성을 갖도록 설치하여 양방향 갭필러 장치는 터널의 양쪽 방향으로 동시에 진입한 단말들을 구별하여 그 단말들 각각과 독립적으로 송수신할 수 있다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치와 그 신호 전송 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스패런트(transparent) 방식의 양방향 갭필러 장치의 개념을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스패런트 방식의 양방향 갭필러 장치는 기본적으로 위성 안테나(110), 디플렉서(diplexer, 115), 다운 컨버터(Down Converter:D/C, 120), 디플렉서(125), 안테나(130), 업 컨버터(Up Converter:U/C, 135)를 포함한다. 이러한 구성은 그 양방향 갭필러 장치의 '트랜스패런트 방식'을 설명하는데 적합하도록 간략화되어 있는 점에 유의하여야 할 것이다. 그 양방향 갭필러 장치의 구체적인 구성은 도 2를 통해 설명하기로 한다.
여기서의 양방향 갭필러 장치는 일반적인 '재생성(re-generative) 방식'의 단방향 갭필러 장치와는 달리 '트랜스패런트 방식'으로 구성되어 있음을 알 수 있 다.
'재생성 방식'이란 갭필러 장치가 신호 수신 후 그 신호의 내용을 재전송하는 과정에서 수신 신호를 복조한 후 원하는 신호로 다시 변조하여 그 수신 신호의 내용을 재전송하는 것을 의미한다.
이에 비해 '트랜스패런트 방식'이란 갭필러 장치가 신호 수신 후 그 신호의 내용을 재전송하는 과정에서 상기와 같은 복조와 변조가 필요없도록 그 갭필러 장치를 구현하는 방식을 의미한다.
따라서 만일 여기서의 양방향 갭필러 장치가 '재생성 방식'이었다면, 위성 신호를 수신하여 재전송하는 과정에서는 다운 컨버터(120)에서 나온 신호를 복조기와 복호화기를 통해 복조 및 복호화하고, 그 복조 및 복호화된 신호를 버퍼에 저장하여 이를 다시 변조기와 부호화기를 통해 변조 및 부호화를 수행하는 것이 필요하다. 그리고 이 과정을 거친 후에야 그 변조 및 부호화된 신호를 별도의 업 컨버터를 통해 높은 주파수 대역으로 주파수 변환하여 그 주파수 변환된 신호를 단말에 재전송할 수 있게 된다.
또한 단말의 무선 신호를 수신하여 재전송하는 과정에서는 디플렉서(125)에서 출력된 신호가 업 컨버터로(135)로 바로 전송되는 것이 아니라, 그 디플렉서(125)의 출력 신호는 다운 컨버터를 통해 낮은 주파수 대역으로 주파수 변환된 후, 그 주파수 변환된 신호가 복조기와 복호화기를 통해 복조 및 복호화하고, 그 복조 및 복호화된 신호를 버퍼에 저장하여 변조기와 부호화기를 통해 변조 및 부호화를 수행하는 것이 필요하다. 그리고 이 과정을 거친 후에야 그 변조 및 부호 화된 신호를 업 컨버터(135)로 입력할 수 있게 된다.
그러므로 재생성 방식의 갭필러 장치는 내부 모듈이 많아 복잡하고, 이로 인해 그 장치의 단가가 증가하는 단점이 존재한다.
그렇지만 여기서의 양방향 갭필러 장치는 '트랜스패런트 방식'이므로, 상기의 재생성 방식에서와 같이 복조기와 복호화기, 그리고 변조기와 부호화 같은 변복조 장치와 변조 복조에 따른 부가적인 장치를 필요로 하지 않게 되는 것이다. 따라서 트랜스패런트 방식의 양방향 갭필러 장치는 전파 음영 지역에 설치하는 경우 내부 모듈을 간략화할 수 있고, 그 장치의 단가를 절감할 수 있게 된다. 그리고 그 트랜스패런트 방식의 양방향 갭필러 장치는 구현 및 설치 또한 용이하다.
그 양방향 갭필러 장치의 구체적인 동작을 살펴보면, 위성 안테나(110)는 Ka(20~30 GHz)/Ku(11~12GHz) 대역의 신호를 위성으로부터 수신한다. 이 수신된 신호는 디플렉서(115)를 거쳐 다운 컨버터(120)에 입력된다. 다운 컨버터(120)는 Ka/Ku 대역의 신호를 ISM 대역으로 주파수 하향 변환(down converting)한다. 이 주파수 하향 변환된 신호는 증폭기(미도시)를 거쳐 증폭되고, 디플렉서(125)를 거쳐 안테나(130)를 통해 산업과학의료(Industrial/Scientific/Medical:ISM) 대역에 속하는 무선 신호로서 각 단말들에게 송신된다.
반대로 안테나를 통해 단말들로부터 수신된 ISM 대역의 신호는 디플렉서(125)를 통해 업컨버터(135)에 전달된다. 업컨버터(135)는 ISM 대역의 신호를 Ka 대역으로 주파수 상향 변환(up converting)한다. 이 상향 변환된 신호는 증폭기(미도시)를 거쳐 증폭되고, 디플렉서(115)를 거쳐 위성 안테나(110)를 통해 위성으로 송신된다.
그리고 여기서는 단말들과의 통신을 위한 대역을 ISM 대역으로 한정하였지만, 이는 ISM 대역 이외의 주파수 대역에서 주파수 할당을 받을 수 없는 상황을 고려하여 기술한 것이다. 만일 이 양방향 갭필러 장치가 상용화되어 활용되는 경우에는 주파수 할당을 받을 수 있기 때문에 ISM 대역 이외의 다른 주파수 대역도 단말들과의 통신을 위한 주파수 대역으로서 사용할 수 있을 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치는 위성 인터페이스부(210), 신호 변환부(220), 광신호 중계부(230), 다수의 리피팅부들(240, 250, 260, 270), 및 다수의 지향성 안테나들(245, 255, 265, 275)을 포함한다. 여기서 그 양방향 갭필러 장치는 위성 인터페이스부(210)와 신호 변환부(220)를 포함한 갭필러 위성 인터페이스 모듈(Gap filler Satellite Interface Module:GSIM)과 다수의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)과 다수의 지향성 안테나들(245, 255, 265, 275)을 포함한 갭필러 단말 인터페이스 모듈들(Gap filler Terminal Interface Modules:GTIMs)로 이루어진 것으로 볼 수도 있다.
위성 인터페이스부(210)는 위성으로부터 하향 통신 신호와 방송 신호를 수신하고, 위성으로 상향 통신 신호를 송신한다. 이러한 하향 통신 신호와 방송 신호 및 상향 통신 신호는 모두 Ka/Ku 대역의 신호이다.
이러한 위성 인터페이스부(210)는 일반적으로 위성과의 송수신을 위한 위성 안테나(211)와 디플렉서(212)를 포함한다.
위성 안테나(211)는 위성으로부터 전파를 수신하여 전기적 신호로 변환하고, 전기적 신호를 입력받아 전파로 변환하여 그 전파를 위성으로 송신하는 장치이다.
또한 디플렉서(212)는 위성으로부터 수신된 하향 통신 신호와 방송 신호 간의 간섭이나 상향 통신 신호와 다른 신호들 간의 상호 간섭을 제거하기 위해 사용되는 장치이다.
신호 변환부(220)는 위성으로부터 수신된 하향 통신 신호와 방송 신호를 하향 광신호로 변환하고, 자신에게 입력되는 상향 광신호를 상기 상향 통신 신호로 변환하는 역할을 수행하는 구성 요소이다.
이러한 신호 변환부(220)는 다운 컨버터(221), E/O(Electric/Optical) 변환기(222), O/E(Optical/Electric) 변환 및 합성기(223), 그리고 업 컨버터(224)를 포함한다.
다운 컨버터(221)는 도 1에서의 다운 컨버터(120)에 대응하는 것으로 입력되는 Ka/Ku 대역의 신호를 ISM 대역으로 주파수 하향 변환(down converting)하는 장치이다.
E/O 변환기(222)는 입력되는 전기적 신호를 하향 광신호로 변환하는 기능을 수행하는 장치이다.
O/E 변환 및 합성기(223)는 입력되는 광신호들에서 전기적 신호들을 추출하고, 이 추출된 전기적 신호들을 합성하여 그 합성된 신호를 출력하는 장치이다.
업 컨버터(224)는 도 1에서의 업 컨버터(135)에 대응하는 것으로 ISM 대역의 신호를 Ka 대역으로 주파수 상향 변환(up converting)하는 장치이다.
광신호 중계부(230)는 신호 변환부(220)로부터 출력되는 하향 광신호를 다수의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)에게 전송하여 주고, 반대로 그 다수의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)로부터 전송되는 상향 광신호를 신호 변환부(220)에 전달하여 주는 구성 요소이다.
리피팅부(240, 250, 260, 270)들은 광신호 중계부(230)를 통해 신호 변환부(220)와 연결되어 있다. 이 중 하나의 리피팅부(240)를 살펴본다.
하나의 리피팅부(240)는 하나의 지향성 안테나(245)와 연결되어 있다. 리피팅부(240)는 하향 광신호(LD1)를 입력받아 전기적 신호로 광전변환하여 지향성 안테나(245)에 전달하고, 지향성 안테나(245)로부터 입력되는 전기적 신호를 상향 광신호로 전광변환을 수행하는 구성 요소이다. 리피팅부(240)는 신호를 수신하여 재송신하는 일종의 리피터(repeater)를 구성한다.
리피팅부(240)는 무선 변환부(241), 디플렉서(242), 및 광 변환부(243)을 포함하여 이루어져 있다.
무선 변환부(241)는 하향 광신호(LD1)을 입력받는 경우 이를 전기적 신호로 광전변환하고, 또한 그 광전변환된 신호를 ISM 대역의 무선 신호를 위한 전자기파 신호로 변환하는 구성 요소이다. 즉 무선 변환부(241)는 단말을 향해 무선 신호를 송신할 수 있도록 RF 변환과 주파수 변환을 수행하는 장치이다.
디플렉서(242)는 무선 변환부(241)로부터의 전자기파 신호를 입력받아 이를 자신과 연결된 지향성 안테나(245)에 전달한다. 또한 디플렉서(242)는 지향성 안테나(245)로부터 입력받은 전자기파 신호를 광변환부(243)에 전달한다. 그러면서 신호들 간 간섭을 방지한다.
그리고 광변환부(243)는 디플렉서(242)를 거쳐 전달받은 전자기파 신호를 광신호로 변환하여 그 변환된 광신호를 광신호 중계부(230)로 출력하는 구성 요소이다.
지향성 안테나(245)는 특정한 방향으로 세게 전파를 방사하거나, 특정한 방향에서 오는 전파를 특히 잘 받아들일 수 있도록 설계한 안테나이다.
하나의 지향성 안테나(245)는 하나의 리피팅부(240)에 연결되어 다른 지향성 안테나들(255, 265, 275)과 개별적으로 정해진 방향성을 갖도록 설치된다. 그리고 이 지향성 안테나(245)는 리피팅부(240)로부터 전기적 신호를 입력받아 무선 신호로 변환하여 송신하고, 수신되는 무선 신호를 전기적 신호로 변환하여 리피팅부(240)에 출력한다. 구체적으로는 지향성 안테나(245)는 무선 변환부(241)에서 변환된 전자기파 신호를 디플렉서(242)를 통해 입력받아 전파로 변환하여 공중으로 송신하고 무선 신호의 전파를 공중으로부터 수신하여 이를 전자기파 신호로 변환하여 디플렉서(242)에 전달한다.
지향성 안테나(245)는 여러 대역의 신호를 수신할 수 있는 지향성 멀티 밴드(multi-band) 안테나인 것이 바람직하다. 지향성 안테나(245)는 ISM 대역의 신호를 송수신한다. 참고로 ISM 대역은 2.4GHz 주파수 대역을 의미하여 산업(industrial), 과학(scientific), 그리고 의료(medical) 분야에 할당된 주파수 대역을 말한다. RF 쪽에서는 블루투스(BLuetooth), 무선 랜, 홈RF(HomeRF)와 같은 소규모, 근거리 데이터 통신용으로 주로 적용되고 있다.
그 지향성 안테나(245)는 자신이 통신하고자 하는 단말의 무선 신호 전송 방향을 향하도록 설치되는 것이 바람직하다. 만일 그 통신하고자 하는 단말이 그 지향성 안테나(245)와 이를 포함한 리피팅부(240)의 오른쪽으로부터 왼쪽으로 이동하는 단말로 설정되었다면, 그리고 그 단말이 오른쪽에서 왼쪽으로 무선 신호 전송을 하는 단말이라면, 그 지향성 안테나(245)는 오른쪽을 향하게 설치되어야 할 것이다.
여기서 리피팅부(240)는 자신과 연결된 지향성 안테나(245)를 통해 수신되는 무선 신호의 세기와 지향성 안테나(245)의 전후방비(front to back ratio) - 즉 전방으로 방사되는 또는 전방으로부터 수신되는 전파의 세기와 후방으로 방사되는 또는 후방으로부터 수신되는 전파의 세기의 비 - 에 기초하여 수신되는 무선 신호가 잡음인지 아닌지, 즉 상향 통신 신호로서 위성으로 송신되어야 하는 신호인지 여부를 결정하는 것이 바람직하다. 이 경우 그 수신되는 무선 신호가 잡음이 아니라고 판단될 때에만 리피팅부(240)는 수신되는 무선 신호의 전기적 신호를 광변환부(243)를 통해 광신호로 전광변환하여 그 변환된 광신호를 광신호 중계부(230)에 전송할 것이다.
도 2b 내지 도 2c를 통해 도 2a의 양방향 갭필러 장치의 각 구성 요소를 상세하게 살펴본다.
도 2b는 도 2a의 신호 변환부(220)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2b를 참조하면, 신호 변환부(220)는 크게 위성측 변환부(220a)와 단말측 변환부(220b)로 이루어져 있다.
위성측 변환부(220a)는 방송(Ku)/통신(Ka)용 저잡음 블록(225)과 블록업 컨버터(Block Up Converter:BUC, 228)로 이루어져 있다.
여기서 방송/통신용 저잡음 블록(Low Noise Block down converter:LNB, 225)은 저잡음 변환기(LNB)의 일종이다. LNB란 통신 위성(communications satellite) - 일반적으로는 방송 위성(broadcast satellite) - 으로부터의 신호 수신시 사용되는 장치로, 상대적으로 높은 주파수 대역의 위성 수신 신호를 증폭하고, 낮은 주파수 대역의 신호로 변환하여 주는 장치이다.
그리고 블록업 컨버터(228)는 위성을 향한 상향링크 신호 전송에서 사용되는 장치로, 상대적으로 더 낮은 주파수 대역의 신호를 입력받아 더 높은 주파수 대역의 신호로 변환하는 역할을 수행하는 장치이다.
위성측 변환부(220a)는 방송/통신용 저잡음 블록(225)을 이용하여 위성 인터페이스부(210)로부터 수신된 Ka/Ku 대역의 하향 통신 신호와 방송 신호를 L-대역(band)(950~1750MHz)의 신호로 변환하고, 블록업 컨버터(Block Up Converter:BUC, 228)를 이용하여 단말측 변환부(220b)로부터 입력되는 L-대역(950~1750MHz)이나 S-대역(2500~3300MHz) 신호를 Ka 대역의 상향 통신 신호로 변환한다.
단말측 변환부(220b)는 주파수 변환기(226), E/O(Electric/Optical) 변환기(222), O/E 변환 및 합성기(223), 및 주파수 변환기(227)로 이루어져 있다.
단말측 변환부(220b)는 위성측 변환부(220a) 내의 방송 통신용 저잡음 블록(225)으로부터 입력받은 L-대역 신호를 주파수 변환기(226)를 이용하여 낮은 주파수 대역에 속한 중간 주파수 신호(300MHz 이내)로 변환하고, 이 중간 주파수 신호를 E/O 변환기(222)를 이용하여 1550nm의 파장을 가진 하향 광신호에 혼합하여 그 하향 광신호를 전송한다.
또한 단말측 변환부(220b)는 리피팅부들(240, 250, 260, 270)로부터 입력되는 1310nm의 파장을 가진 상향 광신호를 O/E 변환 및 합성기(223)를 통해 수신하고, O/E 변환 및 합성기(223)를 이용하여 전기적 신호들을 추출하고, 이 추출된 전기적 신호들을 합성하여 그 합성된 신호를 주파수 변환기(227)에 전달한다. 주파수 변환기(227)는 합성된 신호를 블록업 컨버터(228)의 입력에 맞는 주파수로 변환하는 장치이다. 통상적인 블록업 컨버터(228)의 입력이 L-대역이나 S-대역으로 구성되므로, 주파수 변환기(227)는 그 합성된 신호를 L-대역으로 또는 S-대역으로 주파수 변환을 수행하여 그 주파수 변환된 신호를 블록업 컨버터(228)에 전달한다.
도 2c는 도 2a의 광신호 중계부(230)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2c를 참조하면, 광신호 중계부(230)는 제1 광분배결합부(231)와 여러 개의 제2 광분배결합부들(232, 233)을 포함하여 이루어져 있다.
제1 광분배결합부(231)와 제2 광분배결합부들(232, 233)은 모두 광분배결합기(optical divider coupler)일 수 있다. 광분배결합기란 한 입력 단자로부터 들어온 광신호를 여러 개의 출력 단자에 분배하고, 복수의 입력 단자로부터의 광신호들을 결합하여 1개의 출력 단자로 출력하는 장치이다.
제1 광분배결합부(231)는 신호 변환부(220)에서 변환된 하향 광신호를 적어도 하나의 제1 광신호로 분배하고. 입력되는 광신호들을 결합하여 상향 광신호를 신호 변환부(220)에 전달한다.
하나의 제2 광분배부(232 또는 233)는 상기 제1 광신호들 각각을 입력받아 적어도 하나의 제2 광신호로 분배하여 리피팅부들(240, 250, 260, 270) 각각에 전달하고, 리피팅부들(240, 250, 260, 270)로부터 입력되는 상향 광신호들을 결합하여 제1 광분배결합부(231)에 전달한다.
물론 하나의 신호 변환부(220)에 여러 개의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)이 광 케이블로 직접 연결될 수도 있지만, 그 경우에는 광손실 및 잡음 흐름(noise flow)이 증가할 수 있다. 따라서 이러한 광손실 및 잡음 흐름을 줄이기 위해서는 2:1, 4:1, 8:1 등의 소수의 제1 광분배결합부(231)를 신호 변환부(220) 후단에 연결시키고, 여러 개의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)의 전단부에 여러 개의 제2 광분배결합부들(232, 233)을 삽입하는 멀티드롭(multi-drop) 방식으로 광신호 중계부(230)가 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우 여러 개의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)이 설치되는 곳이 수 km에서 수십 km의 거리에 이르더라도 그 양방향 갭필러의 신호 전송에 있어서 불필요한 신호의 손실이 방지할 수 있다. 따라서 양방향 갭필러를 멀티드롭 방식으로 설치하면 위성으로부터 수신된 신호들을 그 수신된 지점과 멀리 떨어진 곳까지 전송하는 것이 용이해진다.
도 3은 도 2a의 양방향 갭필러 장치를 터널에 설치한 모습을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 양방향 갭필러 장치는 위성 인터페이스부(210)와 신호 변환부(220)에 대응하는 GSIM(310)과 여러 개의 리피팅부들(240, 250, 260, 270)과 그에 연결된 지향성 안테나들(245, 255, 265, 275)에 대응하는 GTIMs(321, 322, 323, 324, 325, 326)로 나타내었다. 그리고 GTIMs(321, 322, 323, 324, 325, 326) 의 지향성 안테나들이 터널의 양방향으로 설치되어 있음을 볼 수 있다.
GTIMs(321, 322, 323, 324, 325, 326)과 연결된 지향성 안테나들은 대략 30°(10°~ 60°)의 반전력 빔폭(Half-Power Beam Width:HPBW)를 가진다. 먼저 GTIMs(321, 322, 323)는 단방향으로 설치된다. 그리고 도 3는 터널 환경을 가정하고 있으므로, 이 터널을 통해 반대선로로 지나가는 기차의 신호 전송이 양방향 갭필러 장치에 미치는 영향을 상쇄시키기 위해 반대방향으로 추가적으로 GTIMs(324, 325, 326)을 설치한다. 이 때 터널 내부에 위치한 GTIMs(321, 322, 323)의 지향성 안테나들과 GTIMs(324, 325, 326)의 지향성 안테나들이 서로 역방향을 바라보도록 설치한다. 그리고 터널 내부에서 반대방향으로 진행하게 될 두 대의 기차(단말)(미도시)에도 미리 지향성 안테나를 설치한다.
이후, 두 대의 단말이 터널 내부에서 반대 방향으로 진행하는 경우에 하나의 GTIM이 두 단말의 신호를 동시에 받게 되더라도 그 두 대의 서로 다른 단말의 신호를 각각 인식할 수 있게 된다.
즉 하나의 GTIM은 자신의 지향성 안테나의 지향 방향에 적합하게 신호를 전송하는 있는 단말의 신호를 수신하게 되고, 그 수신 신호의 세기는 다른 방향으로 진행하는 단말로부터 수신된 신호의 세기보다 크게 되므로 이를 통해 특정 단말의 신호를 인식하게 되는 것이다.
결국 하나의 GTIM은 수신 신호의 세기로서 그 수신 신호를 전송하는 단말이 송수신의 대상 단말인지 판단하는 것이므로, 특정 방향으로 진입하는 단말이 어느 정도 가까운 거리에 왔을 때 그 단말과 통신을 수행하게 된다.
노란 반달 영역들(331, 332, 333, 334, 335, 336)은 GTIMs(321, 322, 323, 324, 325, 326)의 지향성 안테나들의 신호 전송 영역을 보여준다.
그리고 도 3의 경우에서 GTIMs(321, 322, 323, 324, 325, 326)는 각자 일정한 종류의 편파를 가진 무선 신호만을 송수신하여 각각 자신이 송수신하여야하는 송수신 대상 단말을 더 쉽게 구분할 수 있다.
도 3과 같이 양방향 갭필러의 설치가 이루어진 이후 기차 상에 위치한 단말이 자신의 갭필러용 안테나를 통해 순방향과 역방향의 두 신호를 동시에 수신하는 경우를 가정하여 본다. 이 때 역방향의 신호의 세기가 순방향의 그것보다 크게 되면 신호간섭에 의해 단말은 원하는 신호를 찾지 못하는 경우가 발생한다. 그리고 GTIM은 순방향으로 진행하는 단말의 리턴링크 신호를 인식해야 함에도 불구하고 역방향으로 진입한 단말의 신호를 인식하여 순방향으로 진행하는 단말의 송수신 신호는 잡음(noise)으로 판명하는 경우가 생길 수 있다. 이 때 순방향으로 진행하는 단말의 송수신 신호의 편파와 역방향으로 진행하는 단말의 송수신 신호의 편파(polarization)를 달리하여 양 신호들 간의 분리도를 30dB이상 추가로 확보할 수 있다. 보충하면 순방향의 단말의 송수신 신호와 역방향의 단말의 송수신 신호가 서로 최대 격리도를 가지도록 편파를 달리하는 것이다.
예를 들어 순방향의 단말의 송수신 신호가 선형 편파(linear polarization) 중 수직(vertical) 편파를 갖는 경우 역방향의 단말의 송수신 신호는 수평(horizontal) 편파를 갖게 한다. 또한 순방향의 단말의 송수신 신호가 원형 편파(circular polarization) 중 우수계 원형 편파(Right Hand Circular Polarization:RHCP)를 갖는 경우, 역방향의 단말의 송수신 신호는 좌수계 원형 편파(Left Hand Circular Polarization:LHCP)를 갖도록 한다. 이로써 순방향의 단말의 송수신 신호와 역방향의 단말의 송수신 신호 간의 분리도를 증가시킨다.
따라서 순방향 단말의 송수신 신호와 역방향의 단말의 송수신 신호 간의 분리도는 지향성 안테나의 전후방비 25dB이상과 편파 분리도 30dB이상을 합쳐 55dB 이상이 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 방송 신호를 수신하고 통신 신호를 중계하기 위한 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법을 보여준다. 참고로 이 하향 신호 전송 방법을 수행하는 구체적인 양방향 갭필러 장치에서의 동작은 상기 도 2a 내지 도 2c를 참조한다.
먼저 하향 통신 신호와 방송 신호를 수신한다(S410) 그리고 상기 수신된 신호들을 하향 광신호로 변환하여 전송한다(S420). 이후 적어도 두 개의 리피터를 통해 상기 전송된 하향 광신호를 입력받아 전기적 신호로 광전변환한다(S430). 그리고 상기 리피팅부들 각각에 연결되어 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 지 향성 안테나를 통해 상기 광전변환된 전기적 신호를 무선 신호로 변환하여 송신함(S440)으로써 위성으로부터 수신한 방송 및 통신 신호를 단말들로 하향 전송하게 된다..
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 방송 신호를 수신하고 통신 신호를 중계하기 위한 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법을 보여준다. 참고로 이 상향 신호 전송 방법을 수행하는 구체적인 양방향 갭필러 장치에서의 동작은 상기 도 2a 내지 도 2c를 참조한다.
먼저 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 적어도 두 개의 지향성 안테나 각각을 통해 무선 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환한다(S510). 그리고 상기 지향성 안테나들 각각과 연결된 리피터를 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 상향 광신호로 전광변환하여 전송한다(S520). 이후 상기 전송된 상향 광신호를 상향 통신 신호로 변환한다(S530). 그리고 상기 변환된 상향 통신 신호를 송신함(S540)으로써 단말들로부터 수신한 무선 신호를 위성으로 상향 전송하게 된다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스패런트(transparent) 방식의 양방향 갭필러 장치의 개념을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 신호 변환부(220)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2c는 도 2a의 광신호 중계부(230)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2a의 양방향 갭필러 장치를 터널에 설치한 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법의 흐름을 도시한 흐름도이다.

Claims (25)

  1. 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치에 있어서,
    하향 통신 신호와 방송 신호를 수신하고, 상향 통신 신호를 송신하는 위성 인터페이스부;
    상기 수신된 신호들을 하향 광신호로 변환하여 전송하고, 전송된 상향 광신호를 상기 상향 통신 신호로 변환하는 신호 변환부;
    상기 전송된 하향 광신호를 입력받아 전기적 신호로 광전변환하고, 입력되는 전기적 신호를 상기 상향 광신호로 전광변환하는 적어도 두 개의 리피팅부; 및
    상기 리피팅부들 각각에 연결되어 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치되고, 상기 광전변환된 전기적 신호를 무선 신호로 변환하여 송신하고, 수신되는 무선 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 적어도 두 개의 지향성 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지향성 안테나들 각각은
    자신이 통신하고자 하는 단말의 무선 신호 전송 방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 리피팅부들 각각은
    연결된 지향성 안테나로부터 상기 수신되는 무선 신호의 세기와 상기 연결된 지향성 안테나의 전후방비에 기초하여 상기 입력되는 전기적 신호를 상기 상향 광신호로 전광변환하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하향 통신 신호와 상기 방송 신호는 Ku 대역과 Ka 대역을 통해 수신되고, 상기 상향 통신 신호는 Ku 대역과 Ka 대역을 통해 송신되는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 신호 변환부는
    상기 수신된 하향 통신 신호와 방송 신호를 L-대역(band)의 신호로 변환하고, 입력되는 L-대역이나 S-대역 신호를 상기 상향 통신 신호로 변환하는 위성측 변환부; 및
    상기 변환된 L-대역 신호를 상기 하향 광신호로 변환하고, 상기 전송된 상향 광신호를 상기 위성측 변환부에 입력되는 상기 L-대역이나 S-대역 신호로 변환하는 단말측 변환부;를 포함함을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 변환부에서 변환된 하향 광신호를 적어도 하나의 제1 광신호로 분배하고, 입력되는 광신호들을 결합하여 상기 상향 광신호를 상기 신호 변환부에 전달하는 제1 광분배결합부;
    상기 제1 광신호들 각각을 입력받아 적어도 하나의 제2 광신호로 분배하여 상기 리피팅부들 각각에 전달하고, 상기 리피팅부들로부터 입력되는 상향 광신호들을 결합하여 제1 광분배부에 전달하는 적어도 하나의 제2 광분배결합부;를 더 포함함을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 지향성 안테나들 각각은
    개개마다 정해진 종류의 편파를 가진 무선 신호만을 송수신하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 개개마다 정해진 종류의 편파는
    선형 편파(linear polarization)에 속하는 수평(horizontal) 편파나 수직(vertical) 편파 중의 하나임을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 개개마다 정해진 종류의 편파는
    원형 편파(circular polarization)에 속하는 좌수계원형편파(Left Hand Circular Polarization:LHCP)나 우수계원형편파(Right Hand Circular Polarization:RHCP) 중의 하나임을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 지향성 안테나들은
    무선 신호의 전송과 수신을 산업과학의료(ISM) 대역을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치.
  11. 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법에 있어서,
    하향 통신 신호와 방송 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 신호들을 하향 광신호로 변환하여 전송하는 단계;
    적어도 두 개의 리피터를 통해 상기 전송된 하향 광신호를 입력받아 전기적 신호로 광전변환하는 단계; 및
    상기 리피팅부들 각각에 연결되어 개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 지향성 안테나를 통해 상기 광전변환된 전기적 신호를 무선 신호로 변환하여 송신하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 지향성 안테나는
    자신이 통신하고자 하는 단말의 무선 신호 전송 방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 하향 통신 신호와 상기 방송 신호는
    Ku 대역과 Ka 대역을 통해 수신되는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 무선 신호의 송신은
    상기 무선 신호를 송신하는 지향성 안테나에 따라 정해진 종류의 편파를 가진 무선 신호만을 송신하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 지향성 안테나에 따라 정해진 종류의 편파는
    선형 편파에 속하는 수평 편파나 수직 편파 중의 하나임을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 지향성 안테나에 따라 정해진 종류의 편파는
    원형 편파에 속하는 좌수계 원형편파나 우수계 원형편파중의 하나임을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 지향성 안테나는
    무선 신호의 전송을 산업과학의료(ISM) 대역을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 하향 신호 전송 방법.
  18. 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법에 있어서,
    개개마다 정해진 방향성을 갖도록 설치된 적어도 두 개의 지향성 안테나 각 각을 통해 무선 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 단계;
    상기 지향성 안테나들 각각과 연결된 리피터를 이용하여 상기 변환된 전기적 신호를 상향 광신호로 전광변환하여 전송하는 단계;
    상기 전송된 상향 광신호를 상향 통신 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 상향 통신 신호를 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 지향성 안테나들 각각은
    상기 각각의 지향성 안테나가 통신하고자 하는 단말의 무선 신호 전송 방향을 향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 변환된 전기적 신호의 상향 광신호로의 전광변환은
    상기 수신되는 무선 신호의 세기와 상기 수신되는 무선신호를 수신한 지향성 안테나의 전후방비에 기초하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 상향 통신 신호는 Ku 대역과 Ka 대역을 통해 송신되는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 각각의 지향성 안테나는
    개개마다 정해진 종류의 편파를 가진 무선 신호만을 수신하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 개개마다 정해진 종류의 편파는
    선형 편파에 속하는 수평 편파나 수직 편파 중의 하나임을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 개개마다 정해진 종류의 편파는
    원형 편파에 속하는 좌수계 원형편파나 우수계 원형편파 중의 하나임을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
  25. 제18항에 있어서, 상기 지향성 안테나들은
    무선 신호의 수신을 산업과학의료(ISM) 대역을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 양방향 갭필러 장치에서의 상향 신호 전송 방법.
KR1020070116184A 2007-11-14 2007-11-14 방송 신호 수신 및 통신 신호 중계를 위한 양방향 갭필러장치 및 그 신호 전송 방법 KR100953566B1 (ko)

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