KR20110022526A - 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 멀티(multi) 서비스 영역 및 복수의 사용자들이 존재하는 위성 통신 시스템에서 한정된 자원 및 전력을 효율적으로 사용하여 멀티 서비스 영역 및 사용자들에게 통신 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법에 관한 것으로, 서비스 영역 내에 존재하여 서비스를 제공받고자 하는 단말들로부터 서비스 요청 신호를 수신하고, 상기 서비스 요청 신호를 이용하여 상기 서비스 영역 내에서의 총 트래픽 양을 산출하고, 상기 산출한 총 트래픽 양을 커버하여 상기 단말들로 서비스를 제공하는 계층적 멀티 빔(hierarchical multi beam)을 형성하며, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당한 자원 및 전력의 할당 정보를 상기 단말들로 전송한 후, 상기 할당한 자원 및 전력으로 상기 형성한 계층적 멀티 빔을 통해 상기 단말들에게 서비스를 제공한다.

Description

위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템 및 방법{System and method for providing service in a satellite communication system}
본 발명은 위성 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 멀티(multi) 서비스 영역 및 복수의 사용자들이 존재하는 위성 통신 시스템에서 한정된 자원 및 전력을 효율적으로 사용하여 멀티 서비스 영역 및 사용자들에게 통신 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 방송통신위원회의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-010-02, 과제명: IMT-Advanced 위성접속 기술개발(표준화연계)].
차세대 통신 시스템에서는 고속의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)의 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 차세대 통신 시스템의 일 예로 제안된 현재 위성 통신 시스템은, 위성 통신 시스템은, 복수의 서비스 영역들이 구현된 멀티 서비스 영역으로 서비스를 제공하며, 상기 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 복수의 사용자들, 다시 말해 단말들은 상기 위성 통신 시스템으로부터 제공되는 고속의 다양한 QoS를 가지는 서비스들을 제공받는다.
그리고, 현재 위성 통신 시스템에서는, 서비스의 제공 시 사용 가능한 한정된 자원을 통해 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 단말들에게 고속의 다양한 QoS를 가지는 대용량의 서비스를 안정적으로 제공하기 위한 방안들이 제안되고 있다. 특히, 상기 위성 통신 시스템은, 한정된 자원을 통한 서비스 제공 시 위성 통신 시스템의 총 용량(capacity)을 증가시키며, 위성 통신 시스템의 신호 송신 효율, 예컨대 한정된 위성 통신 시스템의 가용 전력으로의 신호 송신 시, 실효 등방성 복사 전력(EIRP: Effective Isotropic Radiated Power, 이하 'EIRP'라 칭하기로 함)을 증가시키기 위해 멀티 빔 기반의 서비스 제공 방안이 제안되었다. 이러한 멀티 빔을 기반으로 하여 서비스를 제공하는 위성 통신 시스템은, 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 단말들에게 서비스 제공 시 다이버시티 이득을 획득하며, 단말들은 다이버시티 이득을 통해 서비스를 보다 안정적으로 제공받을 수 있다.
하지만, 전술한 바와 같이 위성 통신 시스템이 멀티 빔을 기반으로 하여 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 복수의 단말들에게 서비스를 제공할 경우, 멀티 서비스 영역을 구현하는 서비스 영역들 간에 간섭이 발생할 뿐만 아니라, 상기 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 단말들 간에도 간섭이 발생하게 된다. 특히, 위성 통신 시스템이 멀티 빔을 통해 신호를 송신하여 서비스 제공할 경우, 멀티 빔 간 경계 영역에 존재하는 단말들에서 큰 간섭이 발생하며, 이러한 간섭을 최소화하기 위해 서비스 영역들 별로, 단말들 별로, 또는 멀티 빔 별로 한정된 자원을 분할, 예컨대 주파수를 분할하여 사용하는 방안이 제안되었으나, 이는 한정된 자원의 이용 효율이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 현재 사용자들은 대용량의 고속 서비스 제공을 요구, 예컨대 고화질의 멀티미디어 서비스 제공을 요구하며, 특히 이러한 대용량의 고속 서비스 제공의 요구가 증가함에 따라, 상기 위성 통신 시스템은 사용자들의 요구, 예컨대 사용자 트래픽 요구 상항에 상응하여 광대역을 통해 대용량의 고속 서비스를 제공하여야 한다. 하지만, 현재 위성 통신 시스템이 서비스 제공을 위해 사용 가능한 자원, 예컨대 할당 가능한 주파수 대역폭은, 전술한 바와 같이 한정되어 있으며, 따라서 이렇게 한정된 할당 가능 대역폭을 최대로 이용하여 대용량의 고속 서비스를 제공하기 위한 방안이 필요하다.
그리고, 상기 위성 통신 시스템이 한정된 할당 가능한 주파수 대역폭으로 대용량의 고속 서비스를 멀티 빔을 기반으로 하여 제공할 경우, 멀티 서비스 영역 및 사용자들에서 발생하는 간섭, 특히 멀티 빔의 경계 영역에서 크게 발생하는 간섭을 최소화하여 대용량의 고속 서비스를 제공하며, 서비스 제공 시 자원 이용 효율을 최대화할 뿐만 아니라, 위성 통신 시스템의 전력 사용 효율을 최대화하여 대용량의 고속 서비스를 안정적으로 제공하기 위한 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 위성 통신 시스템에서 통신 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 위성 통신 시스템에서 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 복수의 사용자들에게 멀티 빔을 기반으로 하여 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은, 위성 통신 시스템에서 멀티 빔을 기반으로 하여 대용량의 고속 서비스 제공 시, 멀티 서비스 영역 및 복수의 사용자들에서 발생하는 간섭을 최소화하여 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은, 위성 통신 시스템에서 멀티 빔의 빔 경계 영역 간 간섭을 최소하여 한정된 자원을 통해 대용량의 고속 서비스를 안정적으로 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 위성 통신 시스템에서 멀티 빔을 통해 한정된 할당 가능한 주파수 대역폭을 최대한 이용하여 멀티 빔 간섭을 최소화하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 위성 통신 시스템에서 다양한 커버리지 사이즈(coverage size)의 멀티 빔을 통해 서비스를 제공하여 시스템의 전력 소비를 감소시키는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 방법에 있어서, 서비스 영역 내에 존재하여 서비스를 제공받고자 하는 단말들로부터 서비스 요청 신호를 수신하는 단계; 상기 서비스 요청 신호를 이용하여 상기 서비스 영역 내에서의 총 트래픽 양을 산출하는 단계; 상기 산출한 총 트래픽 양을 커버하여 상기 단말들로 서비스를 제공하는 계층적 멀티 빔(hierarchical multi beam)을 형성하는 단계; 및 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당한 자원 및 전력의 할당 정보를 상기 단말들로 전송한 후, 상기 할당한 자원 및 전력으로 상기 형성한 계층적 멀티 빔을 통해 상기 단말들에게 서비스를 제공하는 단계;를 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템에 있어서, 서비스 영역 내에 존재하고, 제1통신 방식, 지상 보조 장치 또는 네트워크를 통한 제2통신 방식 중 하나의 방식으로 상기 위성 통신 시스템에 접속하여 서비스를 제공받는 복수의 단말들; 및 상기 서비스 영역 내에서 서비스를 제공받고자 하는 단말들로부터 서비스 요청 신호를 수신하면, 상기 서비스 요청 신호를 이용하여 상기 서비스 영역 내에서의 총 트래픽 양을 산출하고, 상기 산출한 총 트래픽 양을 커버하는 계층적 멀티 빔(hierarchical multi beam)을 통해 상기 서비스 영역으로 서비스를 제공하는 위성 기지국;을 포함한다.
본 발명은, 위성 통신 시스템이 멀티 빔을 기반으로 한 서비스 제공 시, 멀티 빔에 의한 빔 중심 영역과 빔 경계 영역을 구분하여 통신 서비스를 제공함으로써, 멀티 서비스 영역 및 복수의 사용자들에서 발생하는 빔 간섭을 최소화하여 서비스를 안정적으로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 위성 통신 시스템이 한정된 자원을 통한 서비스 제공 시, 빔 간섭을 최소화하기 위해 빔 중심 영역과 빔 경계 영역을 구분하여 서비스를 제공하며, 그에 따라 한정된 자원의 분할 사용을 최소화하여 한정된 자원의 이용 효율을 극대화할 수 있다. 그리고, 본 발명은, 위성 통신 시스템이 빔 중심 영역과 빔 경계 영역에 상응하는 빔을 통해 서비스를 제공하며, 그에 따라 시스템의 전력 소비를 감소시켜 전력 사용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 또 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 채널 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 과정을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은, 위성 통신 시스템에서 통신 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제안한다. 본 발명의 실시 예에서는, 통신 서비스 제공 시 사용 가능한 한정된 주파수 자원 및 전력의 사용 효율을 향상시키기 위해 계층적 멀티 빔(hierarchical multi beam)을 통해 통신 서비스를 제공하는 시스템 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는, 위성 통신 시스템이 멀티 빔을 기반으로 하여 복수의 서비스 영역들로 구현된 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 복수의 사용자들, 다시 말해 멀티 서비스 영역 내의 단말들로 서비스를 제공하는 서비스 제공 시스템 및 방법을 제안한다. 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 위성 통신 시스템이 멀티 빔을 통해 서비스를 제공하는 것을 중심으로 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 서비스 제공 시스템 및 방법은 다른 무선 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 위성 통신 시스템의 주파수 사용 및 전력 효율을 향상시키면서, 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 복수의 사용자들의 다양한 요구, 다시 말해 다양한 사용자 트래픽 요구 사항을 만족하기 위해 다양한 커버리지 사이즈(coverage size)를 가지는 멀티 빔을 형성하여 통신 서비스를 제공한다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예에서는, 위성 통신 시스템이 사용자 트래픽 양에 따라 다양한 커버리지 사이즈의 멀티 빔을 형성, 즉 계층적 멀티 빔을 형성하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔을 통해 위성에서 전력 사용 효율을 향상시키면서 적응적으로 사용자 트래픽 요구 사항을 만족하여 통신 서비스를 제공한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는, 멀티 빔을 사용하는 위성 통신 시스템이 사용자 트래픽 양에 따라 다양한 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 빔으로 계층적 멀티 빔 형성, 예컨대 사용자 트래픽의 양이 적거나 통신 서비스를 제공받고자 하는 사용자의 수가 적은 영역에는 계층적 멀티 빔들 중에서 큰 커버리지 사이즈를 가지는 계층, 즉 최상위 계층의 빔을 형성하고 사용자 트래픽의 양이 많거나 사용자의 수가 많은 영역에는 작은 커버리지 사이즈를 가지는 계층의 빔을 형성하여 통신 서비스를 사용자들에게 제공한다. 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해 위성 통신 시스템이 사용하는 계층적 멀티 빔들을 가장 큰 커버리지 사이즈를 가지는 최상위 계층의 제1빔, 예컨대 글로벌 빔(global beam), 상기 제1빔보다 작은 커버리지 사이즈를 가지는 제2빔, 예컨대 리즈널 빔(regional beam), 및 가장 작은 커버리지 사이즈를 가지는 최하위 계층의 제3빔, 예컨대 스팟 빔(spot beam)으로 설명하기로 한다. 이렇게 본 발명의 실시 예에서는, 계층적 멀티 빔을 3개의 멀티 빔들인 것을 중심으로 설명하지만, 통신 환경 및 서비스 영역의 커버리지에 따라 2개 또는 그 이상의 복수의 멀티 빔들을 형성하여 통신 서비스를 제공할 수도 있다.
여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 통신 서비스를 제공하는 위성 기지국은, 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 복수의 사용자들, 다시 말해 단말들로의 통신 서비스 제공 시 이용하는 빔을 어떤 계층의 빔 커버리지를 형성해야 할 지를 결정하기 위해 전체 커버리지에서 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말들의 분포 및 트래픽 양을 모니터링한다. 그리고, 멀티 서비스 영역 내에 존재하는 단말은, 단말 자신이 위치하는 영역을 커버하는 스팟 빔 상향링크를 통해 통신 서비스를 요청하는 서비스 요청 신호를 위성 기지국으로 전송하며, 이때 단말 자신이 요구하는 트래픽 정보를 상기 서비스 요청 신호에 포함시켜 위성 기지국으로 전송한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 상기 위성 기지국은, 각 계층 빔 별로 통신 서비스를 제공받고자 하는 사용자 수와 요구되는 트래픽 양을 산출한다. 그리고, 상기 위성 기지국은, 가장 큰 커버리지 사이즈를 가지는 계층의 빔, 예컨대 글로벌 빔에서 요구되는 트래픽 양과 상기 글로벌 빔의 용량(capacity)을 비교하고, 상기 비교 결과 글로벌 빔의 용량을 초과하지 않을 경우 상기 글로벌 빔을 통해 통신을 수행하여 통신 서비스를 제공하며, 상기 비교 결과 글로벌 빔의 용량을 초과할 경우 상기 요구되는 트래픽 양과 리즈널 빔의 용량을 비교하고, 상기 비교 결과 리즈널 빔의 용량을 초과하지 않을 경우 상기 리즈널 빔을 통해 통신을 수행하여 통신 서비스를 제공하며, 상기 비교 결과 리즈널 빔의 용량을 초과할 경우 스팟 빔을 통해 통신을 수행하여 통신 서비스를 제공한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 전술한 바와 같이 설명의 편의를 위해 계층적 멀티 빔이 글로벌 빔, 리즈널 빔, 및 스팟 빔임에 따라, 요구되는 트래픽 양과 계층적 멀티 빔의 용량 간 고려를 글로벌 빔, 리즈널 빔, 및 스팟 빔에 대해서만 고려하지만, 상기 계층적 멀티 빔이 보다 많은 수의 다양한 커버리지 사이즈를 가질 경우, 다시 말해 3개의 계층이 아닌 그 이상 계층의 멀티 빔일 경우 요구되는 트래픽 양과 계층적 멀티 빔의 용량 간 고려를 커버리지 사이즈 별로 순차적으로 고려한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에서 위성 통신 시스템은, 계층적 멀티 빔을 이용한 통신 서비스 제공 시, 각 계층의 빔이 사용자가 요구한 서비스 품질(QoS: Quality of Service, 이하 'QoS'라 칭하기로 함)을 만족시키며, 또한 위성 통신 시스템에서 사용 가능한 주파수 자원 및 전력의 사용 효율이 극대화되도록 할당하며, 상기 계층적 멀티 빔에서의 자원 및 전력 할당 정보를 통신을 시도하는 단말에게 전송한다.
이때, 본 발명의 실시 예에서는, 전술한 바와 같은 계층적 멀티 빔에서 커버리지 사이즈가 서로 다른 인접 빔 간의 주파수 재사용을 위해, 우선 가장 작은 커버리지 사이즈의 빔, 예컨대 스팟 빔의 빔 주파수 자원을 상기 위성 통신 시스템에서 운용하는 주파수 재사용 계수(reuse factor)에 상응하도록 할당하며, 큰 커버리지 사이즈를 갖는 빔이 작은 커버리지 사이즈를 갖는 빔에서 사용하는 주파수 자원을 사용하지 않도록 할당하여 통신 서비스를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시 예에서는, 커버리지 사이즈가 서로 다른 인접 빔 간의 주파수 재사용을 위해 큰 커버리지 사이즈를 갖는 빔들이 서로 겹치지 않는 멀티 빔을 형성하며, 이렇게 형성한 멀티 빔에서 주파수 재사용 계수가 1이 되도록 작은 커버리지 사이즈를 갖는 빔에 할당된 주파수 자원 이외의 다른 주파수 자원을 주파수 재사용 계수 1로 재사용한다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서는, 위성 통신 시스템이 멀티 빔을 통한 통신 서비스 제공 시, 멀티 빔에 의한 빔 중앙 영역과 빔 경계 영역에 존재하는 단말에게 시간 다중화(time multiplexing)로 신호 송신 시의 상기 빔 중앙 영역에 존재하는 단말로의 신호 송신 구간을 주파수 다중화(frequency multiplexing)할 경우와, 상기 빔 중앙 영역과 상기 빔 경계 영역에 존재하는 단말에게 주파수 다중화로 신호를 송신하는 경우에, 위상 기지국과 단말 간에 신호를 중계하는 장치로 지상 보조 장치가 위성 기지국이 사용하는 주파수 대역과 동일한 주파수 대역에서 동일한 서브캐리어(subcarrier) 그룹을 사용하여 단말에게 신호를 전송하며, 이때 위성 기지국과 단말이 송신하는 신호에 간섭을 주지 않는다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는, 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'라 칭하기로 함) 방식을 기반으로 하여 주파수 재사용 계수 1을 사용하는 위성 통신 시스템이 계층적 멀티 빔을 형성하여 통신 서비스를 제공할 경우, 빔 중앙 영역에서는 주파수 재사용 계수 1을 사용하고 빔 가장자리 영역에서는 서로 다른 계층의 빔과 상관없이 복수의 주파수 대역의 그룹을 부분적으로 재사용한다. 여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 빔 가장자리 영역에서는 서로 다른 계층의 빔에서 사용하는 주파수 대역의 그룹을 분리한 후, 큰 커버리지 사이즈를 갖는 빔에서는 하나의 주파수 대역의 그룹을 주파수 재사용 계수 1로 사용하고 작은 커버리지 사이즈를 갖는 빔에서는 나머지 주파수 대역의 그룹을 부분적으로 재사용하도록 한다.
여기서, 후술할 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 일 예는, 리피터(Repeater), CGC(Complementary Ground Component), ATC(Ancillary Terrestrial Component)와 같은 지상 보조 장치(CTC: Complementary Terrestrial Component)를 사용하는 위성 통신 시스템으로, 방송 서비스를 제공하기 위한 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 시스템 또는 DVB-SH(Digital Video Broadcasting-Satellite services to Handhelds) 시스템, 및 도심지 및 도외지에서 음성 및 데이터 통신 서비스를 제공하기 위한 모바일 위성 서비스(MSS: Mobile Satellite Services, 이하 'MSS'라 칭하기로 함) 시스템으로 MSV(Mobile Satellite Ventures) 및 Terrstar의 ATC를 이용한 지상 위성 통합 시스템 등이 있다.
상기 위성 DMB 시스템은, 위성과 함께 동일 채널 중계기(gap filler)를 이용한 지상망을 보조적으로 이용하여 고음질의 오디오 신호와 멀티미디어 신호를 차량 및 고정, 휴대 수신이 가능하도록 한 시스템으로, 위성 및 지상 부분 공히 2630~2655MHz 대역에 최적화되어 있다. 상기 위성 DMB 시스템은 급전회선 지구국(feeder link earth station)과 방송용 위성, 2가지 형태의 지상 중계기, 및 수신기(차량, 고정, 휴대)인 단말을 포함한다. 이러한 위성 DMB 시스템에서 전송 신호는 급전화선 지구국을 통해서 위성으로 전송되며, 이때 상향회선으로는 고정 위성 서비스(FSS: Fixed Satellite Service, 이하 'FSS'라 칭하기로 함)용 대역(예컨대 14GHz)이 이용된다. 그리고, 수신 신호는, 위성에서 2.6GHz 대역으로 변환된 후, 위성 중계기 내의 증폭기를 통해 소정 크기로 증폭되어 서비스 영역으로 방송된다. 상기 위성 DMB 시스템으로부터 방송 서비스를 제공받고자 하는 단말은 낮은 방향성을 가지는 소형 안테나를 통해서 신호를 수신하며, 이러한 신호 수신을 위해서는 방송 신호를 송신하는 위성이 소정 이상의 충분한 크기의 실효 등방성 복사 전력(EIRP: Effective Isotropic Radiated Power, 이하 'EIRP'라 칭하기로 함)이 필요함에 따라 위성 DMB 시스템은 대형의 송신용 안테나와 고출력 중계기를 포함한다. 아울러, 위성 DMB 시스템은, 2.6GHz 대역의 신호 전파에서 위성으로부터의 직접 경로성의 장애물과 음영 문제를 극복하기 위해 위성 신호를 재전송하는 중계기를 포함한다. 여기서, 상기 중계기는, 건물과 같은 대역 장애물에 의해서 가려지는 부분을 담당하게 되며, 직접 증폭 중계기와 주파수 변화 중계기로 구분된다. 상기 직접 증폭 중계기는, 위성으로부터 수신되는 2.6GHz대역의 방송 신호를 단순 증폭만 하는 형태로, 수신 및 송신 안테나 사이에서 발생하는 신호 간섭으로 인한 불필요한 발산으로 피하기 위해 저 이득 증폭기를 이용하며, 가시거리(LoS: Line of Sight, 이하 'LoS'라 칭하기로 함)를 기준으로 500m까지의 좁은 영역을 담당한다. 그리고, 상기 주파수 변환 중계기는, LoS를 기준으로 3km까지의 넓은 영역을 담당하며, 수신되는 2.6GHz대역 신호를 다른 주파수 대역(예컨대 11GHz)으로 변화하여 전송한다. 이러한 환경의 위성 DMB 시스템에서는, 2개 이상의 신호가 수신되는 다중 경로 페이딩이 발생하며, 이렇게 발생하는 다중 경로 페이딩 신호의 안정적인 수신을 위해 코드 분할 다중(CDM: CDM: Code Division Multiplex, 이하 'CDM'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 레이크(Rake) 수신기를 사용한다.
또한, 상기 DVB-SH 시스템은, 전국적(nationwide) 커버리지에서는 위성을 통해서 통신 서비스를 제공하고, 옥내 환경 및 지상 커버리지에서는 CGC를 사용하여 통신 서비스를 제공하며, DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld) 기반의 S 대역의 15MHz 대역폭에서 모바일(mobile) TV 서비스를 제공한다. 여기서, 상기 DVB-SH 시스템은, S 대역의 지상 IMT(International Mobile Telecommunications)용 대역과 근접한 대역을 사용함으로, IMT 지상 부문과 통합(integration)이 용이하고, 지상 망과의 네트워크 재사용이 용이하여 설치 비용을 감소시킨다. 특히, 상기 DVB-SH 시스템은, 지상 망과의 하이브리드(hybrid) 방송 구조를 고려하고 있으며, 위성과 CGC 간의 신호 간섭 문제를 해결하고 주파수를 효율적으로 사용하기 위해, 한 개의 위성 스팟 빔 내의 CGC 셀에 대해 주파수 재사용 계수를 1로 하고 위성 스팟 빔에 대해서는 주파수 재사용 계수를 3으로 한다. 그에 따라, 위성 스팟 빔을 통해 전국적 커버리지에 대해 9개의 TV 채널을 방송하고, 도심지나 옥내 환경에서는 지상 중계기로 27개의 채널을 방송한다.
아울러, 상기 MSV 및 Terrestar의 ATC를 이용한 지상 위성 통합 시스템은, 정지 궤도(GEO: Geostationary Orbit, 이하 'GEO'라 칭하기로 함) 기반의 위성 통신 시스템으로, L 대역 및 S 대역에서 인터넷 접속, 음성 통화 등 유비쿼터스 무선 광역 통신 서비스를 단말에게 제공한다. 상기 지상 위성 통합 시스템은, 위성/ATC를 결합한 하이브리드 무선 네트워크 구조를 이용하여 도심지나 인구 밀집된 지역에서는 ATC, 즉 지상 망을 통해 음성이나 고속 패킷 서비스를 제공하고, 상기 ATC가 커버하지 못하는 시골이나 도외 지역에서는 위성을 통해 서비스를 제공한다. 여기서, 상기 ATC는 위성과 유사한 무선 인터페이스를 사용하여 지상에 존재하는 단말의 복잡도를 최소화하며 위성 통신 서비스를 제공받을 수 있도록 한다.
후술할 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템은, 개인 휴대형 이동 위성 통신 시스템이 될 수 있으며, 지상 보조 장치를 이용하여 LoS가 확보되는 시골이나 도외 지역에서는 위성을 통해 통신 서비스를 제공하고, 위성 신호가 확보되지 않는 도심지나 옥내 환경에서는 지상 보조 장치를 통해 통신 서비스를 제공한다. 이때, 상기 위성 통신 시스템은, 지상 보조 장치를 이용하여 통신 서비스를 제공하는 통신 환경과, 위성 통해 통신 서비스를 제공하는 통신 환경을 고려하여 계층적 멀티 빔의 스펙트럼 사용 효율 및 전력 사용 효율을 향상시키며, 아울러 다중 서비스 영역 내에서 통신 서비스를 제공받고자 하는 각 사용자들 트래픽 요구 사항에 상응하여 통신 서비스를 안정적으로 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템은, 전체 위성 커버리지에 존재하는 사용자들의 순간 트래픽 요구 사항을 모니터링하여 트래픽 요구 사항에 상응하는 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 빔을 형성하고, 이렇게 다양한 커버리지 사이즈로 형성된 멀티 빔들 간에 주파수를 효과적으로 재사용하여 통신 서비스를 제공한다. 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 위성 통신 시스템이 지상에 존재하는 다양한 방식의 통신 시스템인 지상 시스템과 공통성(commonality)을 가지며, 지상 시스템의 접속 방식, 예컨대 OFDMA, 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access, 이하 'CDMA'라 칭하기로 함), 시간 분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access, 이하 'TDMA'라 칭하기로 함) 등과 같은 접속 규격에 상관 없이 모든 지상 시스템들과 신호의 송수신이 가능하며, 멀티 스팟 빔을 이용하여 통신 서비스의 제공이 가능하다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템은, 계층적 멀티 빔을 이용하여 통신 서비스를 제공하는 위성 기지국인 위성(102), 도외 지역에 존재하여 상기 위성(102)으로부터 통신 서비스를 제공받는 단말1(170), 상기 위성(102)과 지상 시스템 간의 신호 송수신을 연결하는 게이트웨이(104), 상기 지상 시스템에 포함되어 상기 게이트웨이(104)를 통해 상기 위성(102)과 신호를 송수신하는 코아 네트워크(core network)(106), 상기 코아 네트워크(106)에 연결되어 통신 서비스를 제공하는 접속 네트워크(110), 상기 코아 네트워크(106)에 연결되어 상기 지상 시스템에 포함된 다른 단말들로 통신 서비스를 제공하며 기지국 또는 기지국을 제어하는 제어국 기능을 수행하는 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)(108), 상기 위성(102)의 지상 보조 장치로 도심 지역의 서비스 영역(130)에 존재하는 단말들로 통신 서비스를 제공하는 CGC(132), 및 상기 도외 지역 및 도심 지역 경계의 서비스 영역(105)내에 존재하여 상기 위성(102)으로 통신 서비스를 제공받는 단말들을 포함한다.
여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 위성 기지국인 위성(102)은, 상기 위성 기지국인 위성(102)은, 서비스 영역 내에 존재하는 단말들과 위성 통신 시스템 간 직접 통신으로 제1통신 방식을 지원 및 수행하며, 계층적 멀티 빔, 예컨대 글로벌 빔, 리즈널 빔, 및 스팟 빔을 통해 신호를 송신하는 GEO 위성이 될 수 있으며, 설명의 편의를 위해 상기 위성이 하나만 존재하는 경우를 일 예로 설명하지만, 복수의 GEO 위성들뿐만 아니라 다른 형태의 위성들이 존재하여 통신 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 각 위성은, 모노(mono) 또는 멀티 스팟 빔을 이용하여 단말들에게 통신 서비스를 제공한다. 그리고, 후술할 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해 위성 통신 시스템이 계층적 멀티 빔을 형성하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔의 자원 및 전력을 할당하여 서비스 영역 내에 존재하는 단말들로 통신 서비스를 제공하는 것으로 설명하지만, 상기 위성 통신 시스템의 위성 기지국, 예컨대 위성(102)이 계층적 멀티 빔의 형성, 및 자원과 전력 할당을 수행한다.
다시 말해, 상기 위성 통신 시스템의 위성 기지국은, 서비스 영역 내에 존재하는 사용자들, 즉 단말들의 분포 및 각 단말들의 트래픽 양을 모니터링하고, 상기 모니터링에 따른 단말들의 분포 및 트래픽 양에 상응하는 커버리지 사이즈를 커버하도록 커버리지 사이즈 별로 계층적 멀티 빔을 각각 형성하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔을 통해 데이터 트래픽을 전송하여 단말들에게 통신 서비스를 제공하기 위해 각 계층적 멀티 빔에 해당하는 자원 및 전력을 할당한 후, 상기 할당한 자원 및 전력을 통해 계층적 멀티 빔으로 통신 서비스를 단말들에게 제공한다. 이때, 상기 위성 기지국은 QoS를 만족하면서 통신 서비스 제공시의 계층적 멀티 빔 간 간섭을 최소화하고, 또한 주파수 사용 효율 및 전력 사용 효율을 극대화한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 위성 통신 시스템이 위성 기지국의 동작을 수행하는 것으로 통칭하여 설명하기로 한다.
그리고, 상기 단말들이 위치하는 지역은 하나의 스팟 영역이 되거나, 또는 단말의 로밍에 의해 복수의 스팟 그룹 영역이 될 수 있으며, 지상 시스템에 포함된 단말은 적어도 하나 이상의 위성과 연결된 게이트웨이(104)의 네트워크에 연결되어 통신 서비스를 제공받는다. 이때, 상기 위성(102)은, 지상 시스템, 상기 지상 시스템에 포함되는 통신 장치들, 및 지상 보조 장치들과 지상 시스템에서의 접속 규격에 상응하는 인터페이스를 통해 통신을 수행한다. 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 상기 위성(102)이 OFDMA 기반 위성 무선 인터페이스(satellite radio interface)를 이용하여 지상 시스템 및 그 이외의 장치들과 통신을 수행하는 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
또한, 상기 게이트웨이(104)는, 위성 통신 시스템 또는 상기 위성 통신 시스템의 운영자의 요구 사항에 따라 중앙 집중적(centralized) 방식의 게이트웨이이거나, 또는 지리적 분산(geographically distributed) 방식의 게이트웨이 그룹 중 하나의 게이트웨이가 된다. 그리고, 상기 게이트웨이(104)는, 코아 네트워크(106) 또는 접속 네트워크(110)에 연결되는 서브 시스템인 BS(108)와 연결되어 신호를 송수신한다. 여기서, 상기 BS(108)는, 전술한 바와 같이 지상 망에서 사용하는 기지국과 제어국의 기능을 동일하게 수행하며, 또한 상기 게이트웨이(104) 내부에 존재하거나, 도 1에 도시한 바와 같이 외부에 존재한다.
그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 도심 지역의 서비스 영역(130)에서 신호의 전송이 빌딩, 산 등으로 인해 발생한 음영 지역에서의 커버리지 연속성을 위해 CGC(132)와 같은 지상 보조 장치를 이용하여 위성(102)과 동일한 주파수를 재사용하며, 이때 재사용되는 주파수를 통해 위성(102)의 위성 신호를 증폭하여 서비스 영역(130) 내에 존재하는 단말들로 송신한다. 즉, 위성 통신 시스템은 도외 지역 및 도심 지역뿐만 아니라 지상 시스템에 포함된 단말들에게 위성(102) 또는 지상 보조 장치를 통해 방송 서비스 또는 멀티미디어 브로드캐스트 멀티캐스트 서비스(MBMS: Multimedia Broadcast Multicast Service, 이하 'MBMS'라 칭하기로 함)를 제공한다.
이때, 상기 위성 통신 시스템은, LoS가 확보되는 도외 지역 또는 시골 등의 전국적 커버리지에서는 위성(102)을 통해 MBMS를 제공하고, 건물이나 빌딩 등이 존재하여 위성 신호가 확보되지 않은 도심 지역 또는 옥내 환경의 서비스 영역(130)에서는 CGC(132)와 같은 지상 보조 장치를 통해 MBMS를 제공한다. 여기서, 상기 지상 보조 장치와 같이 위성 신호를 중계하는 기능을 수행하는 중계기는 음성 및 데이터 통신 서비스를 제공하지 않고 단순히 중계하는 기능만을 수행함으로 하향링크 전송만을 고려하며, MBMS를 제공하기 위한 정보가 필요할 경우에는 지상 시스템의 지상 망을 통해 전송한다.
또한, 상기 위성 통신 시스템은, 한정된 주파수 자원을 통해 음성 및 데이터 통신 서비스를 제공할 경우, 매우 큰 커버리지를 갖는 빔을 통해 다중 서비스 영역 내에 존재하는 모든 단말들에게 통신 서비스를 제공하는 것은 어려움으로, 서비스 영역 내의 지상 망이 커버하지 못하는 영역에 존재하는 단말에게 빔을 통해 음성 및 데이터 통신 서비스를 제공한다. 아울러, 서비스 영역 내의 지상 망이 커버하지 못하면서, 또한 위성 신호가 확보되지 않은 영역, 다시 말해 빔에 의한 커버리지 영역에 존재하지 않은 단말에게 음성 및 데이터 통신 서비스 또는 MBMS를 제공하기 위해 지상 보조 장치가 상향링크 신호를 위성(102)으로 송신한다.
그리고, 상기 위성 통신 시스템에서 지상 망이 커버하지 못하는 영역에 존재하는 단말은, 전술한 바와 같이 위성(102)으로부터 통신 서비스를 제공받으며, 상기 지상 망의 커버리지에 진입하면 전송 효율이 상기 위성(102)보다 우수한 지상 망으로부터 통신 서비스를 제공받기 위해, 상기 위성(102)과 지상 망 간에서 수직적 핸드오버(vertical handover)를 수행한다. 이때, 상기 단말은, 지상 망 및 위성(102)으로부터 신호를 모두 송수신할 수 있으며, 상기 지상 망과 위성(102)이 서로 다른 접속 규격으로 신호를 송수신할 경우, 오버헤드(overhead)를 감소시키기 위해 전술한 바와 같이 OFDMA 기반의 위성 무선 인터페이스를 사용하여 상기 지상 망 및 위성(102)과 신호를 송수신한다.
아울러, 상기 위성 통신 시스템에서 상기 위성(102)은, 하나의 위성이 안테나의 편파(polarization) 특성을 이용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO: Multi Input Multi Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식으로 계층적 멀티 빔을 형성하거나, 또는 복수의 위성들이 계층적 멀티 빔을 형성하여 통신 서비스 제공을 위해 신호를 송신하며, 그에 따라 데이터 전송 용량 증대 및 데이터 수신 성능을 향상시킨다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 지상 보조 장치를 이용하여 협력 통신 및 단말들 간의 애드-혹(Ad-hoc) 네트워크 형성을 통해 상기 위성(102)의 저속 페이딩(slow-fading) 효과에 대한 공간 다이버시티 이득을 획득하며, 계층적 멀티 빔을 통해 한정된 주파수 자원을 효율적으로 이용함으로 총 시스템의 처리량을 향상시킨다. 뿐만 아니라, 상기 위성 통신 시스템은, 고정적인 빔 패턴이 아닌 계층적 멀티 빔 패턴을 이용함으로써, 위성(102)에서의 전력 사용 효율을 향상시키고, 사용자 요구 사항에 상응하여 적응적으로 통신 서비스를 제공할 뿐만 아니라 계층적 멀티 빔에서 인접 빔 간 간섭을 최소화하며 주파수 재사용 효율을 향상시킨다. 그러면 여기서, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 계층적 멀티 빔 패턴을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 복수의 계층적 멀티 빔, 즉 가장 큰 커버리지 사이즈를 갖는 글로벌 빔(200), 상기 글로벌 빔(200)보다 작은 커버리지 사이즈를 가지며 상기 글로벌 빔(200)의 커버리지 사이즈를 커버하도록 복수의 빔들로 구현된 멀티 리즈널 빔(210), 및 가장 작은 커버리지 사이즈를 가지며 상기 글로벌 빔(200)과 멀티 리즈널 빔(210)의 커버리지 사이즈를 커버하도록 복수의 빔들로 구현된 멀티 스팟 빔(220)을 형성한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 전술한 바와 같이 설명의 편의를 위해 계층적 멀티 빔을 3개의 멀티 빔들인 것을 중심으로 설명하지만, 통신 환경 및 서비스 영역의 커버리지에 따라 2개 또는 그 이상의 복수의 멀티 빔들을 형성하여 통신 서비스를 제공할 수도 있다.
상기 계층적 멀티 빔들 중에서 가장 작은 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 스팟 빔(220)은, 한정된 주파수 자원을 가장 효율적으로 재사용하며, 빔 안테나 이득이 큰 값을 가짐으로 다른 계측적 멀티 빔들과 비교하여 높은 EIRP를 갖는다. 그러므로, 상기 위성 통신 시스템은, 데이터 처리 요구량이 많은 서비스 영역으로 고속의 트래픽을 요구하거나 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말의 수가 많은 영역에 가장 작은 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 스팟 빔(220)을 통해 통신 서비스를 제공한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 각 서비스 영역에 해당하는 복수의 멀티 스팟 빔(220)들을 통해 통신 서비스를 제공받을 단말들에 해당하는 주파수 자원을 할당 및 관리해야 하며, 이렇게 가장 작은 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 스팟 빔(220)을 통한 통신 서비스 제공 시, 서비스 제공을 위한 온-보드 프로세싱(on-board processing)이 복잡해지고, 각 멀티 스팟 빔(220)마다 독립적으로 주파수 자원을 관리함으로 단말들 간의 자원 및 전력을 할당함에 있어 적응적 수행이 어려울 수도 있다.
한편, 상기 위성 통신 시스템이 멀티 스팟 빔(220)보다 큰 커버리지 사이즈를 갖는 빔, 예컨대 글로벌 빔(200)을 통해 통신 서비스를 제공할 경우, 주파수 재사용 효율 및 전송 EIRP 효율이 저하되어 많은 양의 트래픽을 전송할 수 없지만 큰 커버리지 사이즈를 가짐으로 자원 및 전력의 할당 시 단말들의 수가 적고 트래픽이 양이 적으면 각 단말들의 요구 사항, 예컨대 사용자 트래픽 요구 사항을 만족하도록 자원을 할당하며, 전력 소비를 최소화함으로써 위성 통신 시스템의 전력 사용이 향상된다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템은, 서비스 영역 내에서 단말의 수 및 트래픽 양을 확인하여 사용자 트래픽 양이 적거나 또는 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말의 수가 적은 서비스 영역에는 전술한 바와 같은 계층적 멀티 빔들 중에서 커버리지 사이즈가 큰 글로벌 빔(200) 또는 멀티 리즈널 빔(210)을 형성하여 통신 서비스를 제공하고, 사용자 트래픽 양이 많거나 또는 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말의 수가 많은 서비스 영역에는 커버리지 사이즈가 작은 멀티 스팟 빔(220)을 형성하여 통신 서비스를 제공한다. 그러면 여기서, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 도 2에서 설명한 바와 같이 복수의 계층적 멀티 빔으로, 예컨대 글로벌 빔, 멀티 리즈널 빔, 및 멀티 스팟 빔을 형성하며, 이때 설명의 편의를 위해 상기 위성 통신 시스템이, 상기 글로벌 빔을 통한 통신 서비스의 제공하는 것의 설명은 생략하고, 멀티 리즈널 빔(300)과 멀티 스팟 빔(350)을 통해 통신 서비스를 제공하는 것을 중심으로 설명하기로 한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 트래픽 양이 적거나 또는 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말의 수가 적은 경우, 예컨대 새벽 시간의 지역, 시골 지역, 바다 등의 서비스 영역에서는 멀티 리즈널 빔(300)을 통해 통신 서비스를 제공하며, 그에 따라 위성 통신 시스템에서 위성의 온-보드 프로세싱(on-board processing)이 단순화되고 또한 전력 소비를 최소화하여 자원 및 전력을 할당한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 트래픽 양이 많거나 또는 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말의 수가 많은 경우, 예컨대 도심 지역 등의 서비스 영역에서는 전체 시스템 처리량을 증대시키기 위해 가장 작은 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 스팟 빔(350)을 통해 통신 서비스를 제공한다. 그러면 여기서, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템이 커버리지 사이즈가 서로 다른 인접 빔들에서의 주파수 재사용을 위한 계층적 멀티 빔 패턴을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 도 2에서 설명한 바와 같이 복수의 계층적 멀티 빔으로, 예컨대 글로벌 빔, 멀티 리즈널 빔, 및 멀티 스팟 빔을 형성하며, 이때 설명의 편의를 위해 상기 위성 통신 시스템이, 상기 글로벌 빔을 통한 통신 서비스의 제공하는 것의 설명은 생략하고, 멀티 리즈널 빔(402,403,404,406,408)과 멀티 스팟 빔(412,414,416,418)을 통해 통신 서비스를 제공하는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 커버리지 사이즈가 서로 다른 인접 빔들 간 주파수 재사용, 예컨대 주파수 재사용 계수 3으로 인접 빔들 간 주파수를 재사용하여 통신 서비스를 제공한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(412,414,416,418)의 주파수를 주파수 재사용 계수가 3이 되도록 주파수를 할당, 예컨대 중심 주파수(fc)가 1인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(412), 중심 주파수가 2인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(414), 중심 주파수가 3인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(416), 및 중심 주파수가 2 또는 3인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(418)이 되도록 주파수를 각각 할당한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(402,403,404,406,408)이 인접한 멀티 스팟 빔(412,414,416,418)에 간섭을 주지 않도록 인접한 멀티 스팟 빔(412,414,416,418)에서 사용하는 주파수를 사용하지 않는 방식으로 주파수를 할당, 예컨대 중심 주파수가 1인 주파수 대역을 사용하는 멀티 리즈널 빔(402), 중심 주파수가 2인 주파수 대역을 사용하는 멀티 리즈널 빔(403), 중심 주파수가 3인 주파수 대역을 사용하는 멀티 리즈널 빔(404), 중심 주파수가 1 또는 3인 주파수 대역을 사용하는 멀티 리즈널 빔(406), 및 중심 주파수가 1, 2 또는 3인 주파수 대역을 사용하는 멀티 리즈널 빔(408)이 되도록 주파수를 각각 할당하여 주파수를 재사용하도록 한다.
그에 따라, 상기 위성 통신 시스템은, 서로 다른 커버리지 사이즈로 인접 빔들 간에 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당함으로써, 상기 멀티 리즈널 빔(402,403,404,406,408)이 서비스 영역 내에서 드문드문 배열되어 인접한 멀티 리즈널 빔들 간 간섭을 감소시키며, 상기 멀티 리즈널 빔(402,403,404,406,408)이 인접한 멀티 스팟 빔(412,414,416,418)과 동일한 중심 주파수를 갖는 주파수를 사용하지 않음으로 상기 멀티 리즈널 빔(402,403,404,406,408)과 멀티 스팟 빔(412,414,416,418) 간 간섭을 감소시킨다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(412,414,416,418)과 인접하여 멀티 리즈널 빔(402,403,404,406,408)이 존재함에 따라 단지 멀티 스팟 빔만 존재할 경우보다 EIRP가 감소하여 인접 빔들 간의 간섭을 감소시킨다. 그러면 여기서, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템이 커버리지 사이즈가 서로 다른 인접 빔들에서의 주파수 재사용을 위한 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 도 2에서 설명한 바와 같이 복수의 계층적 멀티 빔으로, 예컨대 글로벌 빔, 멀티 리즈널 빔, 및 멀티 스팟 빔을 형성하며, 이때 설명의 편의를 위해 상기 위성 통신 시스템이, 상기 글로벌 빔을 통한 통신 서비스의 제공하는 것의 설명은 생략하고, 멀티 리즈널 빔(502)과 멀티 스팟 빔(504,506,508)을 통해 통신 서비스를 제공하는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 커버리지 사이즈가 서로 다른 인접 빔들 간 주파수 재사용, 예컨대 멀티 리즈널 빔(502)이 주파수 재사용 계수 1로 주파수를 재사용하여 통신 서비스를 제공하고, 멀티 스팟 빔(504,506,508)이 주파수 재사용 계수 3으로 주파수를 재사용하여 통신 서비스를 제공한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 위성 통신 시스템은, 계층적 멀티 빔 형성 시 멀티 리즈널 빔(502)이 각각 서로 겹치지 않도록 형성한 후, 상기 멀티 리즈널 빔(502)이 멀티 스팟 빔(504,506,508)에서 사용하는 주파수 이외의 주파수를 주파수 재사용 계수 1로 사용하도록 할당한다. 여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(504,506,508)에서 사용하는 주파수 이외의 주파수, 예컨대 중심 주파수가 4인 주파수 대역을 주파수 재사용 계수 1로 사용하여 멀티 리즈널 빔(502)이 통신 서비스를 제공하도록 할당한다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(504,506,508)의 주파수를 주파수 재사용 계수가 3이 되도록 주파수를 할당, 예컨대 중심 주파수가 1인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(504), 중심 주파수가 2인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(506), 및 중심 주파수가 3인 주파수 대역을 사용하는 멀티 스팟 빔(508)이 되도록 주파수를 각각 할당한다.
그에 따라, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(502)이 주파수 재사용 계수 1로 하여 서로 겹치지 않음에 따라 멀티 리즈널 빔들 간 간섭을 최소화하고 또한 주파수 사용 효율을 극대화한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 상기 멀티 리즈널 빔(502)과 인접한 멀티 스팟 빔(504,506,508)이 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 사용하여 통신 서비스를 제공함에 따라, 멀티 리즈널 빔(502)과 멀티 스팟 빔(504,506,508) 간 간섭이 최소화된다. 그러면 여기서, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템이 OFDMA 방식을 기반으로 하여 주파수 대역의 서브캐리어(subcarrier) 재사용을 위한 계층적 멀티 빔 패턴을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 도 2에서 설명한 바와 같이 복수의 계층적 멀티 빔으로, 예컨대 글로벌 빔, 멀티 리즈널 빔, 및 멀티 스팟 빔을 형성하며, 이때 설명의 편의를 위해 상기 위성 통신 시스템이, 상기 글로벌 빔을 통한 통신 서비스의 제공하는 것의 설명은 생략하고, 멀티 리즈널 빔(600,680)과 멀티 스팟 빔(605,610,615,620,625,630,635,640,645,650,660,665,670,675)을 통해 통신 서비스를 제공하는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 각 빔의 중심 영역에서는 주파수 재사용 계수 1로, 즉 사용 가능한 주파수의 모든 서브캐리어(all)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당하고, 각 빔의 가장자리 영역에서는 사용 가능한 주파수를 복수의 서브캐리어 그룹들, 예컨대 3개의 서브캐리어 그룹으로 서브캐리어 그룹1(SC1), 서브캐리어 그룹2(SC2), 및 서브캐리어 그룹3(SC3)으로 분할하고, 인접한 빔들 간의 간섭이 최소화되도록 상기 분할한 서브캐리어 그룹들 중에서 소정 서브캐리어 그룹을 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(600,680)의 중심 영역에 위치하는 단말에게는 사용 가능한 주파수 대역의 모든 서브캐리어(602,682)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 할당하고, 멀티 스팟 빔(605,610,615,620,625,630,635,640,645,650,660,665,670,675)의 중심 영역에 위치하는 단말에게도 사용 가능한 주파수 대역의 모든 서브캐리어(607,612,617,622,627,632,637,642,647,652,662,667,672,677)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 할당한다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(600,680)의 가장자리 영역에 위치하는 단말에게는 서브캐리어 그룹3(604) 및 서브캐리어 그룹1(684)을 통해 통신 서비스를 제공하도록 할당한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(605,610,615,620,625,630,635,640,645,650,660,665,670,675)의 가장자리 영역에 위치하는 단말에게는 서브캐리어 그룹1(614,634,644,674), 서브캐리어 그룹2(609,619,624,639,649,664,679), 및 서브캐리어 그룹3(629,654,669)을 통해 각각 통신 서비스를 제공하도록 각각 할당한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(600,680) 및 멀티 스팟 빔(605,610,615,620,625,630,635,640,645,650,660,665,670,675)의 중심 영역에 전술한 바와 같이 모든 서브캐리어를 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당함에 따라, 주파수 재사용 계수 1로써 주파수 사용 효율이 극대화되며, 또한 각 빔의 중심 영역에 할당된 모든 서브캐리어에서는 인접한 빔들 간에 간섭이 최소화된다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(600,680) 및 멀티 스팟 빔(605,610,615,620,625,630,635,640,645,650,660,665,670,675)의 가장자리 영역에 인접한 빔의 가장자리 영역의 서브캐리어 그룹과 겹치지 않는 서브캐리어 그룹을 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당함에 따라, 각 인접한 빔들 간의 간섭이 최소화된다. 그러면 여기서, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템이 OFDMA 방식을 기반으로 하여 주파수 대역의 서브캐리어 재사용을 위한 또 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 또 다른 계층적 멀티 빔 패턴을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 도 2에서 설명한 바와 같이 복수의 계층적 멀티 빔으로, 예컨대 글로벌 빔, 멀티 리즈널 빔, 및 멀티 스팟 빔을 형성하며, 이때 설명의 편의를 위해 상기 위성 통신 시스템이, 상기 글로벌 빔을 통한 통신 서비스의 제공하는 것의 설명은 생략하고, 멀티 리즈널 빔(700,780)과 멀티 스팟 빔(705,710,715,720,725,730,735,740,745,750,760,765,770,775)을 통해 통신 서비스를 제공하는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 각 빔의 중심 영역에서는 주파수 재사용 계수 1로, 즉 사용 가능한 주파수의 모든 서브캐리어(all)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당하고, 각 빔의 가장자리 영역에서는 사용 가능한 주파수를 복수의 서브캐리어 그룹들, 예컨대 3개의 서브캐리어 그룹으로 서브캐리어 그룹1(SC1), 서브캐리어 그룹2(SC2), 서브캐리어 그룹3(SC3), 서브캐리어 그룹4(SC4)로 분할하고, 인접한 빔들 간의 간섭이 최소화되도록 상기 분할한 서브캐리어 그룹들 중에서 소정 서브캐리어 그룹을 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(700,780)의 중심 영역에 위치하는 단말에게는 사용 가능한 주파수 대역의 모든 서브캐리어(702,782)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 할당하고, 멀티 스팟 빔(705,710,715,720,725,730,735,740,745,750,760,765,770,775)의 중심 영역에 위치하는 단말에게도 사용 가능한 주파수 대역의 모든 서브캐리어(707,712,717,722,727,732,737,742,747,752,762,767,772,777)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 할당한다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(700,780)의 가장자리 영역에 위치하는 단말에게는 서브캐리어 그룹4(704,784)를 통해 통신 서비스를 제공하도록 할당한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(705,710,715,720,725,730,735,740,745,750,760,765,770,775)의 가장자리 영역에 위치하는 단말에게는 서브캐리어 그룹1(714,734,744,774), 서브캐리어 그룹2(709,719,724,739,749,764,779), 및 서브캐리어 그룹3(729,754,769)을 통해 각각 통신 서비스를 제공하도록 각각 할당한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(700,780) 및 멀티 스팟 빔(705,710,715,720,725,730,735,740,745,750,760,765,770,775)의 중심 영역에 전술한 바와 같이 모든 서브캐리어를 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당함에 따라, 주파수 재사용 계수 1로써 주파수 사용 효율이 극대화되며, 또한 각 빔의 중심 영역에 할당된 모든 서브캐리어들에서는 인접한 빔들 간에 간섭이 최소화된다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(700,780) 및 멀티 스팟 빔(705,710,715,720,725,730,735,740,745,750,760,765,770,775)의 가장자리 영역에 인접한 빔의 가장자리 영역의 서브캐리어 그룹과 겹치지 않는 서브캐리어 그룹을 통해 통신 서비스를 제공하도록 주파수를 할당함에 따라, 각 인접한 빔들 간의 간섭이 최소화된다. 아울러, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔(705,710,715,720,725,730,735,740,745,750,760,765,770,775)의 가장자리 영역에서 사용하지 않는 서브캐리어 그룹, 즉 서브캐리어 그룹4를 멀티 리즈널 빔(700,780)의 가장자리 영역에 할당함으로써, 멀티 리즈널 빔(700,780)과 인접한 멀티 스팟 빔과의 간섭이 최소된다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 리즈널 빔(700,780)의 가장자리 영역에서 전술한 바와 같이 서브캐리어 그룹4를 주파수 재사용 계수 1로 하여 재사용함으로써 주파수 사용 효율을 향상시킨다. 그러면 여기서, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 전술한 바와 같이 계층적 멀티 빔을 형성하여 통신 서비스를 제공하기 위한 계층적 멀티 빔의 자원 및 전력 할당 정보를 전송하는 채널에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 채널 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 전술한 바와 같이 계층적 멀티 빔, 예컨대 글로벌 빔, 리즈널 빔, 및 멀티 스팟 빔을 형성하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원, 예컨대 도 2 내지 도 7에서 설명한 바와 같이 주파수를 할당하고, 할당한 주파수를 통해 통신 서비스를 제공하도록 상기 형성한 계층적 멀티 빔의 전력을 할당하면, 이러한 계층적 멀티 빔의 자원 및 전력 할당 정보를 제어 채널(810,820,830)을 통해 서비스 영역 내에 존재하는 단말들로 전송하며, 또한 데이터 채널(840)을 통해 상기 단말들에게 데이터 트래픽을 전송하여 통신 서비스를 전송한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 위성 통신 시스템은, 상기 계층적 멀티 빔에서 글로벌 빔의 주파수 할당 정보 및 전력 할당 정보를 제어 채널1(810)을 통해 상기 단말들에게 전송하고, 상기 계층적 멀티 빔에서 리즈널 빔의 주파수 할당 정보 및 전력 할당 정보를 제어 채널2(820)를 통해 상기 단말들에게 전송하며, 상기 계층적 멀티 빔에서 멀티 스팟 빔의 주파수 할당 정보 및 전력 할당 정보를 제어 채널3(830)를 통해 상기 단말들에게 전송한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 상기 계층적 멀티 빔으로 데이터 채널(840)을 통해 데이터 트래픽을 상기 단말들에게 전송하여 통신 서비스를 제공한다. 여기서, 상기 제어 채널(810,820,830)은 상기 데이터 채널(840)과 같이 시간, 주파수, 및 부호 등의 다중화를 통해 함께 전송되며, 도 5는 시간 다중화된 제어 채널(810,820,830) 및 데이터 채널(840)을 도시한 도면이다.
또한, 상기 위성 통신 시스템으로부터 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말들은, 멀티 스팟 빔을 통해 최초 접속을 시도하여 접속한 후, 상기 계층적 멀티 빔에서 글로벌 빔의 할당 정보가 포함된 제어 채널1(810)에서 자신의 자원 할당 정보를 확인하고, 상기 확인 결과 자신에게 해당하는 자원 할당 정보가 존재하지 않으면, 상기 계층적 멀티 빔에서 리즈널 빔의 할당 정보가 포함된 제어 채널2(820)에서 자신의 자원 할당 정보를 확인한다. 그리고, 상기 단말들은, 확인 결과 자신에게 해당하는 할당 정보가 존재하지 않으면 상기 계층적 멀티 빔에서 멀티 스팟 빔의 할당 정보가 포함된 제어 채널3(830)에서 자신의 자원 할당 정보를 확인한다.
이렇게 상기 제어 채널(810,820,830)로부터 자신에게 해당하는 할당 정보를 확인한 단말은, 상기 확인한 할당 정보를 이용하여 해당하는 빔을 통해 데이터 채널(840)로 데이터 트래픽을 수신하여 통신 서비스를 제공받는다. 그러면 여기서, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 계층적 멀티 빔을 통한 통신 서비스 제공 시 프레임 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 9는, 도 6에서 설명한 바와 같이 위성 통신 시스템이 OFDMA 방식을 기반으로 하여 주파수 대역의 서브캐리어 재사용을 위해 계층적 멀티 빔 패턴으로 통신 서비스를 제공할 경우의 프레임 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 후술할 도 9에서는 도 6에서 설명한 바와 같이 위성 통신 시스템이 사용 가능한 주파수 대역을 3개의 서브캐리어 그룹, 즉 서브캐리어 그룹1, 서브캐리어 그룹2, 및 서브캐리어 그룹3으로 분할하여 계층적 멀티 빔의 가장자리 영역에 할당하는 경우를 중심으로 설명하지만, 본 발명은, 도 7에서 설명한 바와 같이 4개의 서브캐리어 그룹으로 분할하는 경우를 포함한 다른 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 소정 프레임, 예컨대 프레임1(902) 및 프레임2(904)의 시구간을 분할하여 제1시구간의 모든 서브캐리어(SCall) 영역(910,930)을 통해 계층적 멀티 빔의 중심 영역에서 통신 서비스를 제공하도록 할당하고, 제2시구간을 복수의 서브캐리어 그룹 영역으로 분할, 예컨대 서브캐리어 그룹1(SC1) 영역(925,945), 서브캐리어 그룹2(SC2) 영역(920,940), 및 서브캐리어 그룹3(SC3) 영역(915,935)으로 분할한 후, 상기 분할한 서브캐리어 그룹 영역들(925,945,920,940,915,935)을 통해 계층적 멀티 빔의 가장자리 영역에서 통신 서비스를 제공하도록 할당한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 제1시구간의 서브캐리어 영역(910,930)을 주파수 재사용 계수 1로 하여 각 빔의 중심 영역에 존재하는 단말들에게 데이터 트래픽을 전송하며, 제2시구간의 서브캐리어 그룹 영역들(925,945,920,940,915,935)을 통해 각 빔의 가장자리 영역에서 인접 빔들 간 간섭을 최소화하여 단말들에게 데이터 트래픽을 전송한다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, 전술한 바와 같이 서브캐리어 그룹을 3개가 아닌 그 이상 또는 그 이하로 분할할 경우, 제2시구간을 해당하는 서브캐리어 그룹 영역으로 분할한 후, 각 빔의 가장자리 영역에 할당하여 통신 서비스를 제공한다. 그리고, 상기 제1시구간에서 서브캐리어 영역(910,930)의 사이즈 및 제2시구간에서 서브캐리어 그룹 영역들(925,945,920,940,915,935)의 사이즈는, 계층적 멀티 빔의 중심 영역 및 가장자리 영역에서의 트래픽 양, 다시 말해 각 영역에 존재하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양에 상응하여 결정된다. 그러면 여기서, 도 10을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 계층적 멀티 빔을 통해 서비스 제공 동작을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 상기 위성 통신 시스템은, 1005단계에서 서비스 영역 내에 존재하여 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말들이 멀티 스팟 빔을 통해 최초 접속하면, 1010단계에서 상기 접속 단말들의 개수 및 단말들로 송수신할 데이터 트래픽 양을 확인한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 위성 통신 시스템은, 서비스 영역 내에서 통신 서비스를 제공받고자 하는 사용자, 즉 단말들의 분포 및 상기 각 단말들의 트래픽 양을 모니터링한다. 이때, 상기 단말들은, 현재 자신이 위치하는 영역을 커버하는 커버리지 사이즈를 갖는 멀티 스팟 빔으로 상향링크를 통해 통신 서비스를 요청하는 서비스 요청 신호, 다시 말해 상기 위성 통신 시스템에 접속하여 제공받고자 하는 통신 서비스에 대한 정보, 예컨대 단말의 트래픽 양을 결정하는 서비스 타입 정보 등이 포함된 서비스 요청 신호를 전송한다. 그리고, 상기 위성 통신 시스템은, 상향링크의 멀티 스팟 빔으로 통신 서비스를 요청한 단말들의 개수를 확인하고, 또한 상기 상향링크의 멀티 스팟 빔 별로 트래픽 양을 확인한다.
그런 다음, 1015단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 상기 확인한 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양으로부터 서비스 영역 내의 멀티 스팟 빔 별 커버리지에서 요구되는 총 트래픽 양(required traffic volume)을 산출하고, 상기 산출한 총 트래픽 양과 계층적 멀티 빔에서 가장 큰 커버리지 사이즈를 갖는 빔, 예컨대 글로벌 빔의 가용 용량(available capacity)을 비교한다. 다시 말해, 상기 위성 통신 시스템은, 상향링크를 통해 각 단말들이 송신한 신호를 이용하여 각 멀티 스팟 빔 별로 각 빔 커버리지 내에서 통신 서비스를 제공받고자 하는 단말의 개수와 총 트래픽 양을 산출하고, 멀티 스팟 빔으로부터 요구되는 총 트래픽 양을 기준으로 상기 멀티 스팟 빔보다 큰 커버리지 사이지를 갖는 빔, 즉 상위 계층의 빔들로 글로범 빔 및 리즈널 빔에서 요구되는 총 트래픽 양을 산출하며, 상기 산출한 총 트래픽 양과 최상위 계층의 빔으로 글로벌 빔의 가용 용량과 비교한다.
상기 1015단에서의 비교 결과, 상기 총 트래픽 양이 글로벌 빔의 가용 용량보다 작으면, 다시 말해 서비스 영역 내에 존재하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양에 따른 커버리지가 글로벌 빔의 커버리지 사이즈보다 작으면, 1020단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 글로벌 빔으로 서비스 영역 내에 존재하는 단말들로의 통신 서비스 제공을 결정한다. 즉, 상기 위성 통신 시스템은, 산출된 총 트래픽 양이 글로벌 빔을 통해 제공할 수 있는 가용 용량을 초과하지 않음으로, 서비스 영역 내에 존재하는 모든 단말들과는 글로벌 빔을 통해 통신을 수행하여 통신 서비스를 제공한다.
그리고, 1025단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 글로범 빔을 통해 통신 서비스를 제공받는 각 단말들의 QoS를 만족하면서, 아울러 통신 서비스 제공시 최소의 전력으로 주파수 사용 효율을 극대화하도록 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당된 자원 및 전력에 대한 정보를 전술한 바와 같이 제어 채널을 통해 전송하여 단말들에게 통신 서비스를 제공한다.
한편, 상기 1015단계에서의 비교 결과, 상기 총 트래픽 양이 글로벌 빔의 가용 용량보다 크면, 다시 말해 서비스 영역 내에 존재하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양에 따른 커버리지가 글로벌 빔의 커버리지 사이즈보다 크면, 1030단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 상기 총 트래픽 양과 글로범 빔의 하위 계층의 빔, 즉 리즈널 빔의 가용 용량과 비교한다. 여기서, 상기 총 트래픽 양과 리즈널 빔의 가용 용량과의 비교는 멀티 리즈널 빔에서 리즈널 빔 별로 각각 독립적으로 수행된다.
그리고, 상기 1030단계에서의 비교 결과, 상기 총 트래픽 양이 리즈널 빔의 가용 용량보다 작으면, 다시 말해 서비스 영역 내에 존재하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양에 따른 커버리지가 리즈널 빔의 커버리지 사이즈보다 작으면, 1035단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 리즈널 빔으로 서비스 영역 내에 존재하는 단말들로의 통신 서비스 제공을 결정한다. 즉, 상기 위성 통신 시스템은, 산출된 총 트래픽 양이 리즈널 빔을 통해 제공할 수 있는 가용 용량을 초과하지 않음으로, 서비스 영역 내에 존재하는 모든 단말들과는 리즈널 빔을 통해 통신을 수행하여 통신 서비스를 제공한다.
그리고, 1025단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 리즈널 빔을 통해 통신 서비스를 제공받는 각 단말들의 QoS를 만족하면서, 아울러 통신 서비스 제공시 최소의 전력으로 주파수 사용 효율을 극대화하도록 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당된 자원 및 전력에 대한 정보를 전술한 바와 같이 제어 채널을 통해 전송하여 단말들에게 통신 서비스를 제공한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 전술한 바와 같이 인접 빔들 간 간섭이 최소화되도록 인접한 멀티 리즈널 빔 간에 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당하거나, 또는 인접한 멀티 스팟 빔과 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당한다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, OFDMA 방식을 기반으로 하여 사용 가능한 주파수 대역을 복수의 서브캐리어 그룹으로 분할한 후, 리즈널 빔의 중심 영역에는 사용 가능한 주파수 대역의 모든 서브캐리어를 할당하고 가장자리 영역에는 상기 분할한 서브캐리어 그룹 중에서 인접한 멀티 스팟 빔의 가장자리 영역에 할당되지 않은 서브캐리어 그룹을 할당한다.
아울러, 상기 1030단계에서의 비교 결과, 상기 총 트래픽 양이 리즈널 빔의 가용 용량보다 크면, 다시 말해 서비스 영역 내에 존재하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양에 따른 커버리지가 리즈널 빔의 커버리지 사이즈보다 크면, 1040단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 상기 리즈널 빔의 하위 계층의 빔, 즉 멀티 스팟 빔으로 서비스 영역 내에 존재하는 단말들로의 통신 서비스 제공을 결정한다. 즉, 상기 위성 통신 시스템은, 산출된 총 트래픽 양이 멀티 스팟 빔을 통해 제공할 수 있는 가용 용량을 초과하지 않음으로, 서비스 영역 내에 존재하는 모든 단말들과는 멀티 스팟 빔을 통해 통신을 수행하여 통신 서비스를 제공한다.
그리고, 1025단계에서 상기 위성 통신 시스템은, 멀티 스팟 빔을 통해 통신 서비스를 제공받는 각 단말들의 QoS를 만족하면서, 아울러 통신 서비스 제공시 최소의 전력으로 주파수 사용 효율을 극대화하도록 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당된 자원 및 전력에 대한 정보를 전술한 바와 같이 제어 채널을 통해 전송하여 단말들에게 통신 서비스를 제공한다.
여기서, 상기 위성 통신 시스템은, 전술한 바와 같이 인접 빔들 간 간섭이 최소화되도록 인접한 멀티 리즈널 빔 간에 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당하거나, 또는 인접한 멀티 스팟 빔과 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당한다. 또한, 상기 위성 통신 시스템은, OFDMA 방식을 기반으로 하여 사용 가능한 주파수 대역을 복수의 서브캐리어 그룹으로 분할한 후, 멀티 스팟 빔의 중심 영역에는 사용 가능한 주파수 대역의 모든 서브캐리어를 할당하고 가장자리 영역에는 상기 분할한 서브캐리어 그룹 중에서 인접한 리즈널 빔 및 인접한 멀티 스팟 빔의 가장자리 영역에 할당되지 않은 서브캐리어 그룹을 할당한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (21)

  1. 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 방법에 있어서,
    서비스 영역 내에 존재하여 서비스를 제공받고자 하는 단말들로부터 서비스 요청 신호를 수신하는 단계;
    상기 서비스 요청 신호를 이용하여 상기 서비스 영역 내에서의 총 트래픽 양을 산출하는 단계;
    상기 산출한 총 트래픽 양을 커버하여 상기 단말들로 서비스를 제공하는 계층적 멀티 빔(hierarchical multi beam)을 형성하는 단계; 및
    상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당한 자원 및 전력의 할당 정보를 상기 단말들로 전송한 후, 상기 할당한 자원 및 전력으로 상기 형성한 계층적 멀티 빔을 통해 상기 단말들에게 서비스를 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계층적 멀티 빔을 형성하는 단계는,
    상기 산출한 총 트래픽 양에 따라 서로 다른 커버리지 사이즈(coverage size)를 갖는 계층적 멀티 빔을 형성하는 단계;
    상기 형성한 계층적 멀티 빔의 커버리지 사이즈에 상응하여 결정된 계층 별 멀티 빔의 가용 용량과 상기 산출한 총 트래픽 양을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 단말들로 서비스를 제공하는 계층적 멀티 빔을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비교하는 단계는, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에서 최상위 계층 멀티 빔부터 계층 별로 순차적으로 각각 비교하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 계층적 멀티 빔을 형성하는 단계는,
    상기 산출한 총 트래픽 양이 상기 계층적 멀티 빔에서 소정 계층의 멀티 빔의 가용 용량을 초과하지 않을 경우, 상기 소정 계층의 멀티 빔을 통한 상기 단말들로의 서비스 제공을 결정하고;
    상기 산출한 총 트래픽 양이 상기 소정 계층의 멀티 빔의 가용 용량을 초과할 경우 상기 소정 계층의 멀티 빔의 다음 하위 계층의 멀티 빔의 가용 용량과 상기 산출한 총 트래픽 양을 비교하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하는 단계는, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 상기 서비스 영역에서 인접한 빔들에는 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하는 단계는,
    상기 서비스 영역에서 사용 가능한 주파수의 서브캐리어를 복수의 서브캐리어 그룹들로 분할하는 단계; 및
    상기 형성한 계층적 멀티 빔의 중심 영역에는 상기 사용 가능한 주파수의 모든 서브캐리어를 할당하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 상기 서비스 영역에서 인접한 빔들의 가장자리 영역에는 서로 다른 서브캐리어 그룹을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하는 단계는,
    상기 단말들로 서비스를 제공하는 프레임의 시구간을 제1시구간 및 제2시구간으로 분할하고, 상기 제2시구간의 서브캐리어를 복수의 서브캐리어 그룹들로 분할하는 단계; 및
    상기 형성한 계층적 멀티 빔의 중심 영역에는 상기 제1시구간의 모든 서브캐리어를 할당하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 상기 서비스 영역에서 인접한 빔들의 가장자리 영역에는 서로 다른 서브캐리어 그룹을 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 할당한 자원 및 전력의 할당 정보를 상기 단말들로 전송하는 단계는, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 각각 해당하는 제어 채널을 통해 전송하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단말들로부터 서비스 요청 신호를 수신하는 단계는, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 최하위 계층의 멀티 빔으로 상향링크를 통해 각 단말들의 트래픽 정보가 포함된 서비스 요청 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 총 트래픽 양을 산출하는 단계는, 상기 서비스 영역 내에서 서비스를 제공받고자 하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양을 확인하고, 상기 확인한 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양으로부터 상기 서비스 영역에서 요구되는 총 트래픽 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계층적 멀티 빔은, 가장 큰 커버리지 사이즈를 갖는 최상위 계층의 글로벌 빔(global beam), 상기 글로벌 빔보다 작은 커버리지 사이즈를 가지는 리즈널 빔(regional beam), 및 가장 작은 커버리지 사이즈를 갖는 최하위 계층의 스팟 빔(spot beam)을 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 방법.
  12. 위성 통신 시스템에서 서비스 제공 시스템에 있어서,
    서비스 영역 내에 존재하고, 제1통신 방식, 지상 보조 장치 또는 네트워크를 통한 제1통신 방식 중 하나의 방식으로 상기 위성 통신 시스템에 접속하여 서비스를 제공받는 복수의 단말들; 및
    상기 서비스 영역 내에서 서비스를 제공받고자 하는 단말들로부터 서비스 요청 신호를 수신하면, 상기 서비스 요청 신호를 이용하여 상기 서비스 영역 내에서의 총 트래픽 양을 산출하고, 상기 산출한 총 트래픽 양을 커버하는 계층적 멀티 빔(hierarchical multi beam)을 통해 상기 서비스 영역으로 서비스를 제공하는 위성 기지국;을 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 산출한 총 트래픽 양에 따라 서로 다른 커버리지 사이즈(coverage size)를 갖는 계층적 멀티 빔을 형성한 후, 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 자원 및 전력을 할당하고, 상기 할당한 자원 및 전력의 할당 정보를 상기 형성한 계층적 멀티 빔에 각각 해당하는 제어 채널을 통해 상기 서비스 영역으로 전송한 후, 상기 할당한 자원 및 전력으로 상기 형성한 계층적 멀티 빔을 통해 서비스를 제공하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 상기 서비스 영역에서 인접한 빔들에는 서로 다른 중심 주파수를 갖는 주파수를 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 서비스 영역에서 사용 가능한 주파수의 서브캐리어를 복수의 서브캐리어 그룹들로 분할하며, 상기 형성한 계층적 멀티 빔의 중심 영역에는 상기 사용 가능한 주파수의 모든 서브캐리어를 할당하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 상기 서비스 영역에서 인접한 빔들의 가장자리 영역에는 서로 다른 서브캐리어 그룹을 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 서비스 영역으로 서비스를 제공하는 프레임의 시구간을 제1시구간 및 제2시구간으로 분할하고, 상기 제2시구간의 서브캐리어를 복수의 서브캐리어 그룹들로 분할하며, 상기 형성한 계층적 멀티 빔의 중심 영역에는 상기 제1시구간의 모든 서브캐리어를 할당하고, 상기 형성한 계층적 멀티 빔 중 상기 서비스 영역에서 인접한 빔들의 가장자리 영역에는 서로 다른 서브캐리어 그룹을 할당하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 계층적 멀티 빔의 커버리지 사이즈에 상응하여 결정된 계층 별 멀티 빔의 가용 용량과 상기 산출한 총 트래픽 양을, 상기 계층적 멀티 빔에서 최상위 계층 멀티 빔부터 계층 별로 순차적으로 각각 비교하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 산출한 총 트래픽 양이 상기 계층적 멀티 빔에서 소정 계층의 멀티 빔의 가용 용량을 초과하지 않을 경우, 상기 소정 계층의 멀티 빔을 통해 서비스 제공하고, 상기 산출한 총 트래픽 양이 상기 소정 계층의 멀티 빔의 가용 용량을 초과할 경우 상기 소정 계층의 멀티 빔의 다음 하위 계층의 멀티 빔의 가용 용량과 상기 산출한 총 트래픽 양을 비교하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 단말들은, 상기 계층적 멀티 빔 중 최하위 계층의 멀티 빔으로 상향링크를 통해 접속하여 각각 단말 자신들의 트래픽 정보가 포함된 서비스 요청 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 위성 기지국은, 상기 서비스 영역 내에서 서비스를 제공받고자 하는 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양을 확인하고, 상기 확인한 단말들의 개수 및 각 단말들의 트래픽 양으로부터 상기 서비스 영역에서 요구되는 총 트래픽 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계층적 멀티 빔은, 가장 큰 커버리지 사이즈를 갖는 최상위 계층의 글로벌 빔(global beam), 상기 글로벌 빔보다 작은 커버리지 사이즈를 가지는 리즈널 빔(regional beam), 및 가장 작은 커버리지 사이즈를 갖는 최하위 계층의 스팟 빔(spot beam)을 포함하는 것을 특징으로 하는 서비스 제공 시스템.
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