KR20090063043A - 이동 통신 시스템에서의 통신 방법 - Google Patents

이동 통신 시스템에서의 통신 방법

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KR20090063043A
KR20090063043A KR1020080018394A KR20080018394A KR20090063043A KR 20090063043 A KR20090063043 A KR 20090063043A KR 1020080018394 A KR1020080018394 A KR 1020080018394A KR 20080018394 A KR20080018394 A KR 20080018394A KR 20090063043 A KR20090063043 A KR 20090063043A
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    • H04N5/073—Arrangements or circuits at the transmitter end for mutually locking plural sources of synchronising signals, e.g. studios or relay stations

Abstract

본 발명은 이동 통신 시스템에서의 통신 방법에 관한 것이다.
본 발명은 멀티미디어 방송 서비스를 제공하기 위하여, 계층적 변조 방법을 적용하여 방송 컨텐츠를 서로 다른 데이터 율로 변조하고, 이를 통해 생성한 신호를 지상 보조 장치와 단말에 전송한다. 이에 따라, 이동 통신 시스템의 전송률이 증가하여, 멀티미디어 방송용 가용 서비스 채널이 증가된다. 그리고, 사용자에게 고화질의 서비스를 제공할 수 있다.

Description

이동 통신 시스템에서의 통신 방법{Method for communication in a mobile communication system}
본 발명은 이동 통신 시스템에서의 통신 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-014-03, 과제명: 위성 IMT2000+ 기술 개발].
중계기(repeater), CGC(Complementary Ground Component) 또는 ATC(Ancillary Terrestrial Component)와 같은 지상 보조 장치(CTC: Complementary Terrestrial Component)를 사용하여 위성과 단말 사이에 통신을 수행하는 이동 위성 통신 시스템으로는 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 시스템, DVB-SH(Digital Video Broadcasting Satellite services to Handhelds) 시스템, 지상 위성 통합 시스템 등이 있다.
이미 서비스를 제공하고 있는 위성 DMB 시스템은, 위성과 함께 동일 채널 중계기(gapfiller)를 이용하는 지상 시스템을 보조적으로 이용하여, 고음질의 오디오 신호와 멀티미디어 신호를 서비스 사용자에 제공한다. 여기서 동일 채널 중계기는 음영 지역의 커버리지를 효과적으로 해소하기 위해 사용된다. 이와 같은 서비스를 제공하기 위해, 위성이 사용하는 주파수 대역과 지상 시스템에서 사용되는 주파수 대역은 2630∼2655MHz 대역에 최적화되어 있다.
위성 DMB 시스템은 급전회선 지구국(feeder link earth station)과 방송용 위성, 지상 중계기 및 서비스를 수신하는 단말로 구성된다. 단말에서 송출된 신호는 급전회선 지구국을 통해 위성으로 전송되며, 이때 상향 회선으로는 FSS(Fixed Satellite Service, 고정 위성 서비스) 용 대역(예를 들어, 14GHz)이 이용된다. 위성은 수신한 신호를 2.6GHz 대역의 신호로 변환하고, 변환된 신호는 위성의 중계기 내 증폭기에서 사전에 설정한 크기로 증폭되어 서비스 영역에 위치한 단말로 방송된다.
단말은 낮은 방향성을 갖는 소형 안테나를 통해 위성으로부터 송출되는 신호를 수신할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 단말은 충분한 크기의 실효 등방성 복사 전력(Effective Isotropic Radiated Power)을 가져야 한다. 그러므로 위성은 대형의 송신용 안테나를 구비해야 하며, 고출력 중계기가 요구된다.
그리고 위성이 2.6GHz 대역의 신호를 송출할 경우, 위성으로부터의 직접 경로성 장애물에 따른 음영 문제가 발생한다. 이를 극복하기 위해, 시스템 설계 단계에서 위성 신호를 재전송하는 중계기를 추가해야 한다. 이 중계기는 건물과 같은 대역 장애물에 의해 위성에서 송출된 신호가 도달되지 못하는 부분까지 신호가 전달될 수 있도록 하며, 직접 증폭 중계기와 주파수 변환 중계기로 구분된다.
직접 증폭 중계기는 위성으로부터 수신되는 2.6GHz 대역의 신호를 단순히 증폭만 하는 기능을 수행한다. 직접 증폭 중계기는 수신 및 송신 안테나 사이에서 발생하는 신호 간섭으로 인한 불필요한 발산을 막기 위하여, 저이득 증폭기를 사용한다. 이와 같은 직접 증폭 중계기는 LoS(Line of Sight, 가시 거리)를 기준으로 중계기로부터 500m까지의 좁은 영역을 담당한다.
이에 비해 주파수 변환 중계기는 3km까지의 넓은 영역을 담당하며, 위성으로부터 송출되는 2.6GHz 대역의 신호를 다른 주파수 대역(예를 들어, 11GHz)으로 변환하여 단말에 전송한다. 이와 같이 두 가지 형태의 중계기가 존재하는 환경에서는 2개 이상의 신호가 단말에 수신되는 다중 경로 페이딩이 발생된다.
또 다른 이동 위성 통신 시스템인 DVB-SH 시스템은, 전국(nationwide) 커버리지에서는 위성을 이용하여 단말에 서비스를 제공하고, 옥내 환경 및 지상 커버리지에서는 CGC를 사용하여 단말에 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. DVB-SH 시스템은 DVB-H를 기반으로 S 대역의 15MHz 대역폭에서 모바일 TV(mobile TV) 서비스를 제공하고자 한다. 여기서 DVB-SH 시스템은 S 대역의 지상 IMT(International Mobile Telecommunication)에서 사용하는 대역과 근접한 대역을 사용하고자 한다. 따라서, 지상 IMT와의 통합(integration)이 쉽고 지상 시스템과의 네트워크 재사용이 용이하여 설치 비용을 줄일 수 있다.
또한, DVB-SH 시스템은 지상 시스템과의 하이브리드(Hybrid) 방송 구조를 고려하고 있다. 또한 위성과 CGC 간의 신호 간섭 문제를 해결하고 주파수를 효율적으로 사용하기 위해, 한 개의 위성 스팟 빔 안의 CGC 셀에 대해서는 재사용 인자(reuse factor)를 1로 하고 위성 스팟 빔에 대해서는 재사용 인자를 3으로 하는 구조를 고려하고 있다. 이와 같은 경우 위성 스팟 빔을 통해 전국 커버리지에서는 9개의 TV 채널을, 도심지나 옥내 환경에서는 지상 중계기로 27개의 채널을 방송할 수 있다.
마지막으로 지상 위성 통합 시스템은 GEO(Geostationary Orbit, 정지 궤도) 기반의 이동 위성 통신 시스템으로써, L 대역 및 S 대역에서 인터넷 접속 서비스, 음성 통화 서비스 등의 유비쿼터스 무선 광역 통신 서비스를 단말에 제공하기 위해 MSV(Mobile Satellite Ventures) 및 Terrestar에서 개발하고 있다. 이 시스템은 위성과 ATC를 결합한 하이브리드 무선 네트워크 구조를 이용하여 도심지나 인구 밀집 지역에서는 ATC 즉, 지상 시스템을 통해 음성이나 고속 패킷 서비스를 제공하고, ATC가 커버하지 못하는 시골이나 도외 지역에서는 위성을 통해 서비스하도록 하는 구조를 가지고 있다. ATC는 위성과 같은 무선 인터페이스를 이용하기 때문에, 지상 단말의 복잡도를 증가시키지 않으면서 위성 서비스까지 가능하도록 개발하고 있다.
이와 같이 향후 개발되는 위성 이동 통신 시스템은 가시 거리가 확보되는 시골이나 도외 지역에서는 위성을 이용하고, 위성 신호가 확보되지 않는 도심지나 옥내 환경에서는 지상 보조 장치를 통해 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. 따라서, 지상 보조 장치를 통한 서비스 제공 환경과 위성을 통한 서비스 환경의 특징을 고려하여 스펙트럼 사용 효율을 높여 주파수 사용을 극대화하는 것이 필요하다.
본 발명은 지상 보조 장치를 갖는 위성 이동 통신 시스템에서 계층적 변조 기법을 이용하여 멀티미디어 방송 서비스를 제공할 수 있는 통신 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징인 이동 통신 시스템에서 지상 보조 장치가 컨텐츠에 대응하는 신호를 단말로 제공하는 통신 방법은,
단말에 전송될 컨텐츠가 서로 상이한 데이터 율로 변조되어 생성된, 계층 변조 신호를 수신하는 단계; 및 상기 계층 변조 신호를 증폭하여 단말로 전송하는 단계를 포함하는 통신 방법이다.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 이동 통신 시스템이 단말에 컨텐츠를 제공하는 통신 방법은,
단말에 제공할 컨텐츠를 상이한 데이터 율로 변조하여, 계층 변조 신호를 포함하는 신호로 생성하는 단계; 상기 계층 변조 신호를 제1 단말로 전송하는 단계; 및 상기 계층 변조 신호를 증폭하여 제2 단말로 전송하는 단계를 포함하는 통신 방법이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 계층적 변조 방법을 적용하여 신호를 전송하면, 시스템의 신호 전송률이 증가하여 멀티미디어 방송용 가용 서비스 채널이 증가된다.
그리고, 사용자에게 고화질의 서비스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신호 전송 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계층적 변조에 따른 신호 성상도의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계층적 변조에 따른 신호 성상도의 예시도이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신호 전송 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 단말(terminal)은 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조로 통신 시스템의 실시예에 대하여 설명한다. 여기서 본 발명의 실시예에서는 다양한 통신 시스템 중 지상 시스템과 최대한 공통성(commonality)을 가지는 위성 이동 통신 시스템을 예로 하여 설명한다. 또한, 본 발명의 실시예는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 직교 주파수 분할), CDMA(Code Division Multiple Access, 코드 분할 다중 접속) 또는 TDMA(Time Division Multiple Access, 시분할 다중 접속) 등의 접속 규격과는 상관 없이 지상 보조 장치를 사용하는 위성 이동 통신 시스템에 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템은, 한 개의 위성 또는 여러 개의 GEO(Gostationary Earth Orbit, 정지궤도) 위성 군을 이용하여 단말(300, 300')에 서비스를 제공한다. 이때, 위성(100)은 통신 양이 많은 좁은 지역만을 커버하기 위하여, 송출하는 빔의 통신 영역을 좁게하여 전력을 집중시키는 단일 스팟 빔(mono spot beam) 또는 좁은 통신 영역을 넓히기 위해 사용되는 멀티 스팟 빔(multi-spot beam) 중 어느 하나의 형태를 이용하여 신호를 송출한다.
위성(100)을 통해 송출되는 신호를 수신하는 단말(300, 300')은 하나의 스팟 내에 위치된다. 사용자가 로밍 서비스를 이용하는 경우, 상기 스팟은 여러 스팟이 하나의 그룹으로 설정되고, 단말(300, 300')은 스팟 내에 위치된다. 단말(300, 300')은 단말(300, 300')과 위성(100) 사이에 위치하는 게이트웨이(도 1 미도시)를 통해 하나의 위성 또는 여러 개의 위성들을 통해 생성된 네트워크로 연결된다. 여기서 게이트웨이는 서비스 제공 사업자의 요구에 따라 중앙 집중 게이트웨이(centralized gateway) 또는 지리적으로 분산되어 있는 게이트웨이(geographically distributed gateway)의 그룹 내에 포함되어 있는 어느 하나의 게이트웨이를 지칭한다.
게이트웨이는 단말(300, 300')로부터 전송되는 신호를 위성 기지국과 위성 제어국으로 전달한다. 위성 기지국과 위성 제어국은 지상 시스템(400)에서 사용하는 기지국과 제어국의 기능과 동일 기능을 수행하며, 게이트웨이 내부에 존재할 수도 있고 게이트웨이 외부에 존재할 수도 있다. 여기서 지상 시스템(400)은 기지국(410), 기지국 제어기(420) 및 코어 네트워크(430)를 포함하며, 코어 네트워크(430)에서 기지국 제어기(420) 측으로 신호를 전송할 경우 단말이 지상 망을 이용하여 통신을 수행할 수 있도록 한다. 반대로, 코어 네트워크(430)가 위성 게이트웨이측으로 신호를 전송할 경우, 단말은 위성을 통해 통신을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 시스템은 위성(100)으로부터 송출된 신호가 빌딩이나 산 등에 의해 형성된 음영 지역에 전달되지 못하는 것을 고려하여 지상 보조 장치(200)를 포함한다. 여기서 지상 보조 장치(200)는, 음영 지역에서의 커버리지 연속성을 위해 위성과 같은 주파수를 사용하여 위성으로부터 송출된 신호를 증폭하여 음영 지역에 전송한다.
이와 같은 시스템 환경에서 위성(100) 및 지상 보조 장치(200)는 모두 단말(300, 300')에 방송 서비스를 제공할 수 있다. 이때, 가시 거리가 확보되는 도외지나 시골 등의 전국 커버리지에서는 위성(100)을 통해 방송 서비스가 제공되며, 건물이나 빌딩이 많아 위성 신호가 도달하기 어려운 도심지나 옥내 환경에서는 지상 보조 장치(200)를 통해 방송 서비스가 제공된다.
따라서, 중계기는 단말에 음성 및 데이터 통신 서비스를 제공하지 않기 때문에 하향 링크 전송만을 고려하며, 지상 보조 장치가 방송 서비스를 위한 정보가 필요한 경우에는 지상 시스템(400)을 통해 전송한다. 그러나 방송 서비스가 위성(100)을 통해 제공되는 경우, 방송 서비스를 위한 정보는 위성(100)과 단말(300, 300') 사이에 형성된 상향 링크를 통해 단말이 위성에 정보를 제공한다. 여기서 방송 서비스를 위한 정보는 사용자가 서비스를 제공받길 원하는 방송 서비스에 대한 정보를 의미한다.
다음 본 발명의 실시예에 따른 시스템 환경에서 음성 및 데이터 통신 서비스를 단말(300, 300')에 제공하고자 할 경우, 한정된 주파수 자원으로 넓은 커버리지를 갖는 위성 빔 내의 모든 사용자들에 통신 서비스를 제공하는 것은 불가능하다. 그러므로 지상 시스템(400)이 커버하지 못하는 지역에 있는 소수의 사용자들에게만 위성을 통해 음성 서비스 및 데이터 서비스를 포함하는 통신 시스템을 제공한다.
다시말해 도 1에 도시된 바와 같이, 지상 시스템(400)이 커버하지 못하는 지역에 위치한 단말(300')은 위성(100)을 통해 음성 및 데이터 서비스를 제공받는다. 그 후, 단말이 지상 시스템(400)이 커버할 수 있는 커버리지 내로 진입하게 되면, 전송 효율이 좋은 지상 시스템(400)을 통해 서비스를 제공받는 수직적 핸드오버(vertical handover)가 발생된다.
그러므로 단말(300, 300')은 지상 시스템(400)에서 송출하는 신호와 위성에서 송출하는 신호를 모두 수신할 수 있어야 한다. 이때 지상 시스템(400)과 위성(100)이 통신을 위해 이종의 단말 규격을 요구할 경우, 단말에 내장된 통신용 칩의 오버헤드(overhead)가 커진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 단말은 지상 시스템(400)과 공통점을 최대로 갖는 위성 무선 인터페이스를 사용한다.
또한 본 발명의 실시예에서는 위성 이동 통신 시스템에서 방송 및 멀티미디어 방송 서비스(MBMS: Multimedia Broadcast and Multicast Service)를 위성과 지상 보조 장치를 통해 단말(300, 300')로 제공하는 경우를 고려한다. 이때, 지상 보조 장치는 on-frequency 형태의 지상 보조 장치(이하 '동일 주파수 지상 보조 장치라 지칭)와 frequency conversion 형태의 지상 보조 장치(이하 '주파수 변환 지상 보조 장치'라 지칭) 모두를 고려한다.
여기서 동일 주파수 지상 보조 장치는, 위성(100)으로부터 전송된 신호를 단순히 증폭하여 단말(300)로 전송하는 기능을 수행하는 지상 보조 장치이다. 이는, 위성(100)에서 지상 보조 장치(200)로 보내는 신호의 주파수 대역과 지상 보조 장치(200)에서 단말(300)로 보내는 신호의 주파수 대역이 같은 경우 이용된다.
그리고 주파수 변환 지상 보조 장치는 위성(100)으로부터 전송된 신호를 주파수 변환 및 신호 처리하여 단말(300)로 보내는 기능을 수행한다. 이는 위성(100)에서 지상 보조 장치(200)로 보내는 주파수 대역과 지상 보조 장치(200)에서 단말(300)로 보내는 신호의 주파수 대역을 달리 사용할 경우 이용된다.
다음은 상기 도 1에서 설명한 지상 보조 장치(200)를 가지는 위성 이동 통신 시스템에 대하여 설명하며, 먼저 동일 주파수 지상 보조 장치를 사용하는 경우의 위성 이동 통신 시스템에 대하여 도 2를 참조로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템의 예시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위성(100)은 계층화된 변조 신호(Layered modulation signals)를 지상 보조 장치(200)의 커버리지 밖에 위치한 단말(300')과 지상 보조 장치(200)로 전송하고, 지상 보조 장치(200)는 위성(100)으로부터 수신한 위성 신호를 단순히 증폭하여 지상 보조 장치(200)의 커버리지 내의 단말에 전송한다. 그리고 지상 보조 장치(200)의 커버리지 밖의 단말(300')은 계층화된 변조 신호 중 기본 계층(Basic layer) 변조 신호를 복조하며, 지상 보조 장치 커버리지 안의 단말(300)은 강화 계층(Enhancement layer) 변조 신호를 복조한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 위성(100)이 방송 서비스를 제공하기 위해 사용하는 반송파를 통해 신호를 수신한 지상 보조 장치(200)가, 동일한 반송파로 신호를 단말(300)에 전송할 수 있도록 주파수 대역을 사용한다. 이와 같은 경우, 지상 보조 장치(200)는 수신한 신호를 단순히 증폭하는 기능만을 가지기 때문에 기저 대역 신호 처리가 필요치 않으며, 이에 따라 지상 보조 장치(200)를 간단하게 설치할 수 있다.
또한, 위성 신호와 단일 주파수 망(SFN: Single frequency network)을 이루기 때문에, 단말 입장에서는 하나의 반송파 상에서 위성 신호와 지상 보조 장치 신호를 모두 수신할 수 있다. 따라서 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
또한, 지상 보조 장치(200)는 단말로 하나의 방송 컨텐츠를 보내기 위해 하나의 부 반송파만 이용하기 때문에 스펙트럼 사용 효율이 높다. 이와 같은 전송 방법은, 위성 신호와 지상 보조 장치 신호가 단일 주파수 망을 이루기 때문에, 단말은 위성 신호와 지상 보조 장치로부터 수신되는 신호간의 동기를 맞추는 것이 중요하다.
일반적인 위성 DMB 시스템을 통해 단말에 서비스를 제공할 경우, 단말은 위성으로부터 전송되는 신호와 지상 보조 장치로부터 전송되는 신호가 동일한 전송율을 갖는 신호를 수신한다. 따라서, 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 있는 단말이나 지상 보조 장치의 커버리지 안의 단말은 모두 위성으로부터 동일한 서비스를 제공받는다.
이 경우 지상 보조 장치로부터 단말로 전송되는 신호는, 먼 거리로 인한 경로 손실이 많은 위성 신호보다 채널 상황이 좋다. 따라서, 위성 신호보다 더 높은 전송율을 가지고 단말로 전송될 수 있다. 그러나 높은 전송율을 감안했을 때 주파수 스펙트럼을 효과적으로 사용하지 못한다고 할 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에서는 지상 보조 장치(200)로부터 단말(300)로 전송되는 신호가 위성(100)으로부터 단말(300')로 직접 전송되는 신호보다 채널 상황이 좋다는 점을 감안한다. 따라서, 지상 보조 장치(200)의 커버리지 안에서는 커버리지 밖의 위성 신호보다 전송률이 더 높은 신호를 전송한다. 이에 따라 지상 보조 장치(200)의 커버리지 안에서는, 커버리지 밖에서 단말(300')에 제공하는 방송 서비스보다 더 많은 양의 방송 서비스 즉, 더 많은 채널 수의 서비스를 단말(300)에 제공하거나 고화질의 방송 서비스를 제공하는 방법을 이용한다.
상기 도 2에서와 같이 지상 보조 장치(200)의 커버리지 안에서 더 많은 방송 채널 수나 고화질의 방송 서비스를 단말(300)에 제공하기 위해서는, 위성(100)은 지상 보조 장치(200)의 커버리지 밖에 있는 단말(300')에 전송하는 전송율보다 높은 전송율을 이용하여 신호를 지상 보조 장치(200)로 전송해야 한다. 그러나, 본 발명의 제1 실시예에서는 동일 주파수 지상 보조 장치를 고려한다. 따라서, 위성(100)이 지상 보조 장치(200)로 높은 전송율을 가지는 신호를 전송할 경우, 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 있는 단말(300')에도 높은 전송율을 가지는 신호가 전송된다. 이는 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 있는 단말(300')이 위성으로부터의 신호를 수신할 수 없게 되므로, 위성(100)은 계층적 변조를 사용하여 신호를 전송하는 통신 방법을 이용한다.
다시 말해, 위성(100)은 지상 보조 장치(200)의 커버리지 밖의 단말(300')에 제공하는 방송 컨텐츠 뿐만 아니라, 지상 보조 장치(200)에서만 서비스되는 방송 컨텐츠까지 모두 전송한다. 이때 위성(100)은 일반적인 시스템보다 더 많은 컨텐츠를 지상 보조 장치(200) 및 단말(300')에 전송해야 하기 때문에, 지상 보조 장치(200)에서 사용하는 높은 레벨의 변조 기법을 이용하여 신호를 변조해야 한다. 이 경우 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 위치한 단말(300')을 위한 방송 컨텐츠는. 기존에 제공했던 변조보다 높은 레벨로 변조하여 단말(300')로 전송된다. 그러므로, 지상 보조 장치(200)의 신호가 전송되지 않고 위성(100)으로부터의 신호만이 전송되는 단말(300')의 경우, 단말(300')은 위성 방송 컨텐츠를 수신할 수 없다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 계층적 변조 기법을 사용하여 컨텐츠를 변조한다. 즉, 위성(100)에서는 기존 시스템보다 높은 레벨의 변조 방법을 사용하여 신호를 전송하되, 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 있는 단말(300')을 위한 방송 컨텐츠는 일반적인 시스템과 같은 레벨로 변조하여 전송한다.
예를 들어, 일반적인 시스템에서 지상 보조 장치의 커버리지 밖의 단말(300')에 방송 컨텐츠를 전송할 경우 QPSK로 전송하고 지상 보조 장치(200)는 16 QAM 변조를 통해 데이터를 처리할 수 있다고 가정하자. 이 경우, 위성(100)은 QPSK 신호가 아닌 계층적 변조를 통해 더 높은 차수의 변조 기법으로 처리된 신호를 전송한다. 이때, 지상 보조 장치의 커버리지 밖의 단말(300')을 위한 신호는 다음 도 3과 같이 전송된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신호 전송 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위성(100)은 지상 보조 장치(200) 및 단말(300')에 전송할 신호를 생성한다(S100). 여기서 신호는 방송 컨텐츠를 기본 계층의 데이터 율과 강화 계층의 데이터 율로 변조하여 생성된 신호이다. 이때 기본 계층의 데이터 율로 방송 컨텐츠를 변조하여 생성된 신호는 제1 계층 변조 신호라 지칭하고, 강화 계층의 데이터 율로 방송 컨텐츠를 변조하여 생성된 신호를 제2 계층 변조 신호라 지칭하나 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
위성은 생성한 신호를 지상 보조 장치 및 제1 단말로 전송한다(S110, S115). 여기서 제1 단말은 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 위치한 단말(300')을 의미한다. 그리고 위성(100)은 생성한 신호를 지상 보조 장치(200) 및 제1 단말(300')로 동시에 전송하나, 설명의 편의상 도 3에 도시된 바와 같이 위성(100)이 생성한 신호를 지상 보조 장치(200) 및 제1 단말(300')에 순차적으로 전송하는 것과 같이 나타내었다. 그러나, 이는 신호가 순차적으로 전송되는 것을 의미하는 것은 아니다.
위성(100)으로부터 전송된 신호를 수신한 제1 단말(300')은, 수신한 신호 중 제2 계층 변조 신호를 복조하여(S125), 해당 신호에 포함된 방송 컨텐츠를 이용한다. 그리고 위성(100)으로부터 전송된 신호를 수신한 지상 보조 장치(200)는 수신한 계층 변조 신호를 단순 증폭하는 신호 처리를 수행한 후(S120), 제2 단말로 전송한다(S130). 여기서 제2 단말은 지상 보조 장치(200)의 커버리지 내에 위치한 단말(300)을 의미한다.
그리고 지상 보조 장치(200)로부터 계층 변조 신호를 포함하는 신호를 수신한 제2 단말(300)은 수신한 계층 변조 신호를 복조하여(S140), 해당 신호에 포함된 방송 컨텐츠를 이용한다. 여기서 제1 계층 데이터 율로 변조된 신호와 제2 계층 데이터 율로 변조된 신호가 동일한 방송 컨텐츠를 변조하여 생성된 신호라면, 제2 단말(300)은 고화질의 방송 컨테츠를 제공받을 수 있다. 또한, 제1 계층 변조 신호와 제2 계층 변조 신호가 서로 다른 방송 컨텐츠를 변조하여 생성된 신호라면, 제2 단말(300)은 많은 양의 방송 서비스를 제공받을 수 있다.
이때 제1 계층 변조 신호 및 제2 계층 변조 신호는 다양한 데이터 율을 갖는 변조 기법으로 변조될 수 있으며, 다음 도 4 및 도 5를 참조로 하여 변조 기법에 따른 신호 성상도에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 계층적 변조에 따른 신호 성상도의 예시도이다.
도 4에는 제1 기본 계층과 제1 강화 계층의 계층적 변조를 위한 신호 성상도를 나타내고 있다. 여기서 제1 기본 계층은 QPSK 계층을 예로 하고, 제1 강화 계층은 QPSK 계층을 예로하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
지상 보조 장치의 커버리지 밖의 단말(300')을 위한 방송 컨텐츠는 QPSK 기본 계층에 QPSK 강화 계층을 추가한 16 QAM의 성상도와 유사한 성상도 중, QPSK 기본 계층을 통해 단말(300')로 전송됨으로써, QPSK로 신호를 전송하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 지상 보조 장치(200)에서만 서비스되는 지역 방송 컨텐츠는 QPSK 강화 계층을 통해 전송하여 지상 보조 장치(200)에서는 16 QAM 변조에 해당하는 데이터를 처리할 수 있어, 지상 보조 장치(200)가 존재하는 도심지에서 스펙트럼 사용 효율을 높일 수 있다.
이와 마찬가지로 다이버시티 이득 또한 동일한 방법으로 얻을 수 있기 때문에, 성능의 열화 없이 지상 보조 장치(200)의 커버리지 총 용량을 증대시킬 수 있다. 이렇게 증대된 용량은 언급된 바와 같이 지상 보조 장치 커버리지의 방송 서비스 채널 수를 증가시킬 수도 있으며, 같은 채널 수를 가지고 고 화질의 방송 서비스를 제공할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 계층적 변조에 따라 변조된 심볼들은 입력 비트에 따라서 α, β, θ로 표현할 수 있으며, 다음 수학식 1과 같이 표현할 수도 있다. 여기서 'α / β = 1/2'이고 'θ = 10'이면, 16QAM 성상도와 같다.
다음은 또 다른 계층적 변조에 따른 신호 성상도의 예에 대하여 도 5를 참조로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계층적 변조에 따른 신호 성상도의 예시도이다.
도 5에는 위성(100)이 제2 기본 계층과 제2 강화 계층을 추가한 64 QAM의 성상도와 유사한 성상도 중 QPSK 기본 계층을 통해 신호를 전송함으로써, QPSK로 전송하는 효과를 얻을 수 있다. 여기서 제2 기본 계층은 QPSK를, 제2 강화 계층은 16 QAM 계층을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
지상 보조 장치(200)에서만 서비스되는 지역 방송 컨텐츠는 16 QAM 강화 계층을 통해 전송하여, 지상 보조 장치(200)에서는 64 QAM 변조에 해당하는 데이터 처리를 수행할 수 있다. 또한, 지상 보조 장치(200)가 존재하는 도심에서 스펙트럼 사용 효율을 높일 수 있다.
이와 같은 시스템에서 얻을 수 있는 다이버시티 이득 또한 상기에서 설명한 스펙트럼 사용 효율과 동일한 방법으로 다이버시티 이득을 얻을 수 있기 때문에, 성능의 열화 없이 지상 보조 장치의 커버리지 총 용량을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제2 계층적 변조에 따라 변조된 심볼들은 상기 도 3에서 언급한 바와 같이 입력 비트에 따라 α, β, θ로 표현할 수 있다. 또한, 다음 수학식 2와 같이 입력 비트에 대한 변조된 심볼을 표현할 수 있다.
이때 'α / β = 1/4'이고, 'θ = 0'이면, 64QAM 성상도와 같으며, 이는 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기에서 설명한 방법 이외에 제3 기본 계층에 제3 강화 계층을 추가한 64 QAM과 유사한 성상도 중 16 QAM 기본 계층을 통해 신호를 전송한다고 가정한다. 여기서 제3 기본 계층은 16 QAM 계층을, 제3 강화 계층은 QPSK 계층을 예로 하여 설명하나 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법으로 신호를 전송하면, 16 QAM으로 전송하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 지상 보조 장치에서만 서비스되는 지역 방송 컨텐츠는 QPSK 강화 계층을 통해 전송하여 지상 보조 장치에서는 64 QAM 변조에 해당하는 데이터 처리를 수행할 수 있어 지상 보조 장치가 존재하는 도심지에서 스펙트럼 사용 효율을 높일 수 있다.
다음은 지상 보조 장치의 또 다른 형태인 주파수 변환 지상 보조 장치를 사용하는 경우의 위성 이동 통신 시스템에 대하여 도 6을 참조로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템의 예시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 지상 보조 장치(200)는 위성(100)에서 전송하는 신호의 주파수 대역과 지상 보조 장치(200)에서 단말(300)로 보내는 주파수 대역이 다르기 때문에, 위성(100)으로부터 전송된 신호를 주파수 변환 및 신호 처리를 수행한다. 이때 위성(100)에서 전송하는 신호는 단말에 제공하고자 하는 방송 컨텐츠를 기본 계층의 데이터 율에 강화 계층의 데이터 율을 합한 데이터 율로 변조하여 생성한 신호와, 방송 컨텐츠를 기본 계층의 데이터 율로 변조하여 생성한 신호로 구분된다.
위성(100)은 계층화된 변조 신호를 지상 보조 장치의 커버리지 밖의 단말(300')에 전송하고, 지상 보조 장치(200)로 다른 무선 인터페이스를 이용하여 다른 주파수 대역으로 위성(100)에서 전송하고자 하는 컨텐츠를 전송한다. 그리고 지상 보조 장치(200)는 위성(100)으로부터 수신한 위성 신호를 주파수 변환 및 위성에서 단말로 전송하는 같은 무선 인터페이스를 사용하여 위성(100)에서 전송되는 계층화된 변조 신호를 똑같이 발생하여 단말에 전송한다.
그 후 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 단말(300')은 계층화된 변조 신호 중에 기본 계층의 데이터 율로 변조하여 생성된 신호를 복조하며, 지상 보조 장치의 커버리지 안의 단말(300)은 강화 계층의 데이터 율로 변조하여 생성된 신호를 복조한다. 이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따라 신호를 전송할 경우, 위성(100)이 지상 보조 장치(200)로 전송하는 신호와 지상 보조 장치 커버리지 밖의 단말(300')에 전송하는 신호의 주파수가 다르다.
이 때문에, 위성(100)에서 단말(300')로 전송되는 신호를, 지상 보조 장치(200)가 위성(100)으로부터 전달받아 커버리지 안의 사용자에게 전송하는데 걸리는 지연 시간을 고려하여 늦게 전송한다. 따라서, 단말은 위성 신호와 지상 보조 장치 신호간의 동기를 맞추기 용이하다. 또한, 위성(100)에서 지상 보조 장치 커버리지 밖의 단말(300')에 전송하는 신호와 지상 보조 장치(200)가 커버리지 안의 단말(300)에 전송하는 신호가 상기 도 2에서 설명한 바와 같이 같으므로, 계층적 변조를 그대로 사용할 수 있기 때문에 같은 양만큼 스펙트럼 효율을 높일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 위성 이동 통신 시스템을 이용하여 신호를 전송하는 방법에 대하여 도 7을 참조로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 신호 전송 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 위성(100)은 지상 보조 장치 및 단말에 전송할 계층 변조 신호를 포함하는 신호를 생성한다(S200). 여기서 계층 변조 신호는 단말에 제공할 방송 컨텐츠를 기본 계층의 데이터 율과 강화 계층의 데이터 율로 변조하여 생성된 신호를 의미한다. 이때 기본 계층의 데이터 율로 방송 컨텐츠를 변조한 신호는 제1 계층 변조 신호라 지칭하고, 강화 계층의 데이터 율로 방송 컨텐츠를 변조한 신호는 제2 계층 변조 신호라 지칭하나 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다.
위성(100)은 생성한 신호를 지상 보조 장치(200) 및 제1 단말로 전송한다(S210, S215). 여기서 제1 단말은 지상 보조 장치의 커버리지 밖에 위치한 단말(300')을 의미한다. 그리고 위성(100)은 생성한 신호를 지상 보조 장치(200) 및 제1 단말(300')로 동시에 전송하나, 설명의 편의상 도 3에 도시된 바와 같이 위성이 생성한 신호를 지상 보조 장치 및 제1 단말에 순차적으로 전송하는 것과 같이 나타내었다. 그러나, 이는 신호가 순차적으로 전송되는 것을 의미하는 것은 아니다.
위성(100)으로부터 전송된 신호를 수신한 제1 단말(300')은, 수신한 계층 변조 신호 중 제1 계층 변조 신호를 복조하여(S225), 해당 신호에 포함된 방송 컨텐츠를 이용한다. 그리고 위성(100)으로부터 전송된 신호를 수신한 지상 보조 장치(200)는 수신한 계층 변조 신호를 주파수 변환 후 증폭하는 신호 처리를 수행한 후(S220), 제2 단말로 전송한다(S230). 여기서 제2 단말(300)은 지상 보조 장치의 커버리지 내에 위치한 단말을 의미하며, 위성이 지상 보조 장치(200)로 전송하는 신호와 지상 보조 장치의 커버리지 밖의 단말(300')에 전송하는 신호의 주파수가 다르기 때문에, 주파수 변환이 요구된다.
그리고 지상 보조 장치(200)로부터 계층 변조 신호를 수신한 제2 단말(300)은, 수신한 계층 변조 신호를 복조하여(S240) 기본 계층 데이터 율로 변조한 방송 컨텐츠와 강화 계층 데이터 율로 변조한 방송 컨텐츠를 이용한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

  1. 이동 통신 시스템에서 지상 보조 장치가 컨텐츠에 대응하는 신호를 단말로 제공하는 통신 방법에 있어서,
    단말에 전송될 컨텐츠가 서로 상이한 데이터 율로 변조되어 생성된, 계층 변조 신호--여기서 계층 변조 신호는 상기 컨텐츠를 제1 계층의 데이터 율과 제2 계층의 데이터 율로 변조하여 생성된 신호임--를 수신하는 단계; 및
    상기 계층 변조 신호를 증폭하여 단말로 전송하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지상 보조 장치가 신호를 수신하는 데 사용하는 주파수 대역과, 상기 지상 보조 장치가 상기 단말로 신호를 전송하는데 사용하는 주파수 대역은 동일한 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단말로 전송하는 단계는,
    상기 계층 변조 신호의 주파수 변환을 수행하는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 지상 보조 장치가 신호를 수신하는 데 사용하는 주파수 대역과 상기 지상 보조 장치가 상기 단말로 신호를 전송하는데 사용하는 주파수 대역이 상이한 통신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단말은 상기 지상 보조 장치의 커버리지 내에 위치하는 단말인 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 계층의 데이터 율로 변조된 신호는 상기 지상 보조 장치를 거치지 않고 단말--여기서 단말은 상기 지상 보조 장치의 커버리지 내에 위치하지 않는 단말임--에 전송되는 통신 방법.
  6. 이동 통신 시스템이 단말에 컨텐츠를 제공하는 통신 방법에 있어서,
    단말에 제공할 컨텐츠를 상이한 데이터 율로 변조하여, 계층 변조 신호를 포함하는 신호로 생성하는 단계;
    상기 계층 변조 신호를 제1 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 계층 변조 신호를 증폭하여 제2 단말로 전송하는 단계
    를 포함하는 통신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계층 변조 신호는 상기 컨텐츠를 제1 계층의 데이터 율과 제2 계층의 데이터 율로 변조하여 생성된 신호인 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말이 복조하는 상기 계층 변조 신호의 데이터 율은 상기 제2 단말이 복조하는 계층 변조 신호의 데이터 율보다 낮은 차수의 데이터 율을 갖는 통신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단말은 지상 보조 장치의 커버리지 내에 위치하지 않는 단말이며, 상기 제2 단말은 지상 보조 장치의 커버리지 내에 위치하는 단말인 통신 방법.
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