KR20120038308A

KR20120038308A - 위성 중계기에서 간섭제거 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120038308A
Application number: KR1020100099998A
Authority: KR
Inventors: 고현석; 이성재; 김기근; 유창현
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-23
Also published as: KR101156131B1

Abstract

본 발명은 위성 중계기에서 간섭제거 방법을 제공한다. 상기 방법은 지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역 신호에서 채널 대역이 N개의 주파수 빈(bin)으로 나누어진 주파수 영역 신호로 변환하는 단계, 상기 N개의 주파수 빈에 각각에 대해서 간섭 신호를 탐지하여 간섭신호의 영역을 결정하고 상기 결정된 영역 내의 간섭을 제거하는 단계 및 상기 위성 중계기 채널에 대해서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 제어하여 이득 평탄도를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

위성 중계기에서 간섭제거 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF INTERFERENCE SUPPRESSIOIN FOR THE DIGITAL SATELLITE TRANSPONDER}

본 발명은 위성 중계기의 성능 향상 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성 중계기에서 간섭제거 방법 및 장치에 관한 것이다.

군용 위성통신이란 군의 전.평시 지휘통제통신을 위해 위성을 이용하는 통신 개념이다. 군의 전략.전술 환경은 광범위하고 다양하며 군 통신에 있어서 보안 및 생존성이 강조됨에 따라 주파수 대역, 단말 형태, 중계방식에서 상용 위성통신과 차이가 있다. 군용의 경우 단말의 형태가 고정형 뿐만 아니라 이동형 및 휴대용 등 다양하고 중계 방식도 단순히 신호의 중계만을 수행하는 수동형 중계 이외에 적의 전자전에 대비하기 위해서 위성 플랫폼상에서 신호의 종류 및 형을 바꾸어 줄 수 있는 신호처리 및 변조 등을 수행하는 능동형 중계 방식도 사용해야만 한다.

최근 군용 위성중계기의 발전 추세는 우주용 FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 디지털 신호처리 소자의 성능향상으로 복잡한 연산을 포함하는 디지털 신호처리기의 구현이 가능하게 되어, 채널 단위의 스위칭을 기본으로 하는 아날로그 수동형 중계기에서 디지털 신호처리를 통한 부채널 단위의 스위칭이 가능한 디지털 OBS(On-Board Switching)형 위성 중계기로 발전하는 추세에 있다. 과거의 아날로그 수동형 중계기는 채널(50MHz) 단위로 이득조정 및 스위칭이 가능하여 위성통신시스템의 운영에 제약이 따르지만, 부채널 단위의 스위칭이 가능한 위성 중계기는 50MHz 채널 내에 각각의 통신신호를 부채널 수준에서 빔간/채널간/대역간 스위칭이 가능하므로 향상된 운용 효율성을 제공하게 된다.

하지만 종래의 아날로그 수동형 중계기에서는 물론 최근의 부채널 단위 스위칭이 가능한 위성중계기에서 통신채널 내 간섭신호에 효과적으로 대처하는 기법은 미흡한 상황이다. 군용 위성 중계기에서 재밍 등의 간섭신호에 대처하기 위한 방법으로는 아날로그형 능동중계기 형태인 DRT(Dehop/Rehop Transponder)를 이용한 FH(Frequency Hopping) 웨이브폼이 적용되었지만 이는 재밍에는 강인하나 통신용량의 감소를 초래하여 비효율적이다. 또한 수동형 중계기에서 간섭신호에 의해 중계기가 포화되는 현상을 방지하기 위해 리미터 등이 적용되기도 하지만 이는 간섭신호 제거를 통한 신호 복원이 아닌 중계기 고장 방지를 위한 기능이다. 때문에 수동중계기에서 사용되는 웨이브폼을 유지하면서, 동시에 디지털 중계기에 탑재가능한 효과적인 간섭제거 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 위성 중계기의 유연성 및 효율성을 극대화 하면서 간섭을 제거하는 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 위성 중계기에서 간섭제거 방법을 제공한다. 상기 방법은 지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역 신호에서 채널 대역이 N개의 주파수 빈(bin)으로 나누어진 주파수 영역 신호로 변환하는 단계 상기 N개의 주파수 빈에 각각에 대해서 간섭 신호를 탐지하여 간섭신호의 영역을 결정하고 상기 결정된 영역 내의 간섭을 제거하는 단계 및 상기 위성 중계기 채널에 대해서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 제어하여 이득 평탄도를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.

지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역에서 주파수 영역 신호로 변환하는 단계는 수신된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하는 단계, 수신된 신호를 지연하고 지연된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하는 단계, 수신된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하여 출력되는 지연된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하여 출력되는 신호를 합성하는 단계 및 합성된 신호를 N 포인트 FFT 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함할 수 있다. 지연은 수신 신호를 소정의 시간만큼 지연시키기 위한 버퍼가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법을 포함할 수 있다.

간섭제거 단계는 각각의 주파수 빈(bin)의 평균 전력값을 이용하여 각 주파수 빈(bin) 내에 간섭신호가 존재하는지 판별하고, 상기 간섭신호가 존재하는 빈의 레벨 제어를 통해 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함할 수 있다. 이득 평탄도를 보상하는 단계는, 주어진 온도에서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 측정하고, 각 주파수 빈(bin)의 이득에 대한 보상계수를 계산하여, 주파수 빈(bin)별 이득을 제어함으로써 중계기 채널의 이득 평탄도를 보상하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함할 수 있다.

상기 이득 평탄도를 보상하는 단계는, 시험단계에서 온도변화/주파수빈별 이득변화를 측정하여 온도별 이득평탄도 보상계수 테이블을 만들어 적어도 하나이상을 위성제어 소프트웨어에 저장하고, 실제 운영환경에서 온도 변화 TM(Telemetry)에 대해 해당 온도에 해당하는 이득보정계수 세트를 TC(Telecomand)로 송신하여, 이득평탄도를 보정하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은 디지털 신호처리를 통해 부채널 스위칭이 가능하게 하는 OBS(On-Board Switching)형 중계기에서, FFT/IFFT 기반 주파수 빈레벨 제어를 통해 효과적인 간섭제거 및 이득평탄도의 보상이 가능하게 한다. 본 발명은 스펙트럼 누설(Spectral leakage)를 최소화하기 위해 윈도우 및 신호중첩 기법을 적용하였으며, 주파수 빈별 전력값을 통해 간섭신호 유무 및 해당 주파수 빈을 효율적으로 판별하고, 주파수 빈(bin) 레벨을 제어함으로써, 톤(tone) 형태의 간섭신호 제거에 우수한 성능을 보임과 동시에 중계기 이득 평탄도를 효과적으로 구현하여 중계기 신호의 품질을 향상 시킨다. 이를 통해 군 위성통신시스템에서 수동형 중계기의 부족한 항 재밍 성능을 보완하고, 중계기 성능을 극대화하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭제거 및 이득보상 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도1에 도시된 간섭 제거 및 이득 보상기의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호를 중첩하여 FFT/IFFT를 처리하기 위한 N-포인트 출력 블록을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단순 FFT로 인한 스펙트럼 누설 (ㄴpectral leakage)을 윈도우 (Window) 및 중첩 기법을 통해 억제한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭신호 탐지 및 제거 방법을 나타내는 순서도 이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 CW(Continuous Wave) 톤 간섭신호가 인가된 경우 간섭제거 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득보상계수를 적용하여 주파수 빈 레벨 제어 결과 이득 평탄도가 보상되는 개념을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재되지 아니한 적어도 하나의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

본 발명은 디지털 위성 중계기에서 FFT/IFFT를 기반으로 하여 주파수 빈(bin)의 레벨을 제어함으로써 CW(Continuous Wave) 신호 또는 협대역의 간섭신호를 효과적으로 제거하여 간섭으로 인한 신호품질 저하를 방지하고, 신호품질 유지가 불가능한 광대역 간섭신호에 대해 부채널 신호 전체를 널링(nulling)함으로써 타 통신채널에 대한 영향을 최소화 하는 장치 및 그 방법을 제공할 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭제거 및 이득보상 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)(100), 하향 주파수 변환기(700), A/D 변환기(200), 간섭제거 및 이득 보상기(300), 부채널 증폭 및 스위칭(400), D/A 변환기(500), 상향 주파수 변환기(800) 그리고 TWTA(Travelling Wave Tube Amplifier)(600)를 포함할 수 있다.

상기 저잡음 증폭기(100)는 위성 중계기 RF 수신단에서 감쇄 및 잡음의 영향으로 인해 매우 낮은 전력레벨에 대해서 잡음이 최소화되도록 증폭기능을 수행할 수 있다. 상기 하향 주파수 변환기(700)는 상기 저잡음 증폭기(100)로부터 출력된 신호에 국부 발진기(Local Oscillator; LO)의 신호를 합쳐 두 신호 주파수의 차에 해당하는 주파수(예:IF 또는 baseband) 신호를 출력할 수 있다. 상기 A/D 변환기(200)는 상기 하향 주파수 변환기(700)으로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 수치 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 간섭제거 이득 보상기(300)는 상기 디지털 신호에서 간섭을 제거하고 이득을 보상하여 출력할 수 있다. 이에 대해서는 도2를 참조하여 후술하기로 한다.

상기 부채널 증폭 및 스위칭(400)은 다단 데시메이션(decimation) 필터(410), 부채널 스위칭(420) 그리고 다단 인터폴레이션(interpolation) 필터(430)를 포함할 수 있다.

상기 다단 데시메이션 필터(410)는 채널 입력신호에 대해, 원하는 부채널 주파수 대역을 분리하는 기능을 수행하며, 필터링 후에 나오는 신호는 오버샘플링 전의 나이퀴스트 비(Nyquist Rate)로 재샘플링될 수 있다. 여기서, 채널입력 신호는 50MHz를 포함할 수 있다. 상기 부채널 스위칭(420)은 이종 빔 및 이종 주파수 대역간 부채널 단위의 스위칭을 할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.

상기 다단 인터폴레이션 필터(430)는 다수의 부채널 신호를 하나의 채널신호로 합치기 위해, 부채널 신호를 채널신호에 대한 샘플링 신호로 변경되도록 디지털 영역의 속도를 증가시키고, 인터폴레이션으로 생성되는 이미지를 감쇠시키며, 부채널 신호를 채널의 해당 주파수 대역이로 이동 시킨후 하나의 채널로 합치는 기능을 수행할 수 있다. 이로써 D/A 변환을 위한 출력 주파수 비율을 향상시키고, 정확한 파형을 재구성할 수 있다.

종래에는 지상 단말로부터 저 잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA)(100)를 통해 수신된 다중화된 채널 신호를 아날로그/디지털 변환기(200)를 거쳐 디지털 신호로 변환하고, 부채널 역다중화 과정을 거쳐 스위칭 및 이득조정 후 다시 다중화하여 아날로그 신호로 변환하여 출력하였다. 이에 반해, 본 발명에서는 도1과 같이 간섭제거 및 이득 보상기(300)를 부채널 신호처리(400) 앞 단에 구현함으로써 간섭제거 및 이득보상기능을 효과적으로 구현하여 통신신호 품질의 향상이 가능하도록 하였다.

상기 D/A 변환기(500)는 디지털 신호를 다시 아날로그로 변환하는 기능을 하며 상기 상향 주파수 변환기(700)는 수신된 아날로그 신호에 국부 발진기(Local Oscillator; LO)의 신호를 합쳐 두 신호 주파수의 합에 해당하는 상향 주파수 신호를 발생할 수 있다. 이 신호는 고전력을 위한 진행파 증폭기(Travelling Wave Tube Amplifier; TWTA)(600)를 통해 지상 단말들로 송신될 수 있다.

도2는 도1에 도시된 간섭 제거 및 이득 보상기의 세부 구성을 나타내는 블록도이다. 도2는 간섭제거 및 이득 보상기(300)에 대한 세부 구성을 나타내고 있으며 FFT부(310), 간섭제거기(330) 그리고 이득 보상기(350)등을 포함할 수 있다.

도2에 도시된 상기 FFT부(310)는 FFT 특성에 따른 스펙트럼 누설(spectral leakage)를 억제하는 동시에 신호 손실을 최소화하여 주파수 영역 신호로 변환하기 위해 해밍 윈도우 기법을 적용하고 50% 신호중첩 기법을 이용하여 FFT를 수행할 수 있다. 상기 간섭제거기(330)는 상기 부채널 대역의 전력값을 이용하여 간섭신호를 탐지하고, 간섭신호 주파수 대역의 주파수 빈레벨 제어를 통해 간섭신호를 제거하고, 상기 이득 보상기(350)는 중계기 채널에 대해 FFT 주파수 빈별 레벨 제어를 통해 이득 평탄도를 보상할 수 있다.

일반적으로 FFT를 수행하여 시간영역 신호를 주파수 영역으로 바꾸면 스펙트럼 누설 현상이 발생할 수 있다. 단순 FFT의 경우 간섭신호의 주파수가

배수인 경우에는 이러한 문제가 발생하지 않으나, 그 외의 경우에는 FFT의 불연속성 때문에 이러한 스펙트럼 누설(spectral leakage) 문제가 발생하기 때문에 이의 효과적인 억제가 필요할 수 있다. 이러한 문제의 해결 없이 간섭제거 기법을 적용하면 간섭신호의 실제 대역폭보다 더 넓은 대역의 신호를 제거해야 간섭제거의 효과가 발생하며, 이 경우 대부분에서 통신신호의 품질 유지가 어렵게 될 수 있다.

본 발명에서는 이러한 스펙트럼 누설(spectral leakage)를 해결하기 위해 상기 FFT부(310)는 해밍 윈도우(Hamming Window)(313) 및 50% 신호중첩을 위한 버퍼(311)와 덧셈기(315)등을 포함할 수 있다. 윈도우(windowing) 기법은 FFT 불연속 특성을 완화하여 스펙트럼 누설(spectral leakage)의 억제가 가능하나, 해밍 윈도우(Hamming Window) 기법만을 적용할 경우, 신호 감쇄에 의해 SNR(Signal to Noise Ratio) 손실을 야기하므로. 이를 보상하기 위해 50% 신호 중첩기법을 사용할 수 있다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호를 중첩하여 FFT/IFFT를 처리하기 위한 N-포인트 출력 블록을 나타낸 것이다. 도3은 신호를 중첩하여 FFT/IFFT를 처리하기 위한 N-point의 출력(output) 블록을 생성하는 것을 보여주고 있다. 해밍 윈도우(Hamming window) 및 50% 신호중첩을 위해서 아래의 윈도우 함수를 사용할 수 있다. 해밍 윈도우(Hamming Window) 함수의 계수는 다음 식을 이용하여 계산할 수 있다.

여기서,

로 윈도우 길이를 나타낸다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단순 FFT로 인한 스펙트럼 누설(spectral leakage)을 윈도우(Window) 및 중첩 기법을 통해 억제한 결과를 나타내는 그래프이다. 도4에 나타낸 바와 같이 단순 FFT를 통해 간섭을 제거하고자 하는 경우에는 간섭신호의 대역폭보다 더 넓은 대역폭의 신호를 제거해야 하므로 신호품질의 저하가 발생하게 되나, 본 발명의 알고리즘을 적용할 경우 간섭신호 대역폭만큼만 제거하면 되므로 신호품질의 저하가 훨씬 줄어들 수 있음을 보여주고 있다.

도2에 도시된 상기 간섭제거기(330)는 간섭신호 탐지를 위한 임계치 계산(331) 및 그에 따른 간섭신호 제거기(333)로 이루질 수 있으며, 상기 이득 보상기(350)는 주파수 빈(bin) 별 이득보상을 수행하는 구조로 구성될 수 있다.

상기 간섭 신호 제거기(330)는 간섭신호의 탐지를 위한 임계치 계산을 수행하는 임계치 계산부(331)과 신호 널링(nulling)을 수행하여 간섭을 제거하는 간섭제거기(333)를 포함할 수 있다. 상기 임계치 계산부(331)는 N-포인트 FFT(317)로 출력되는 N개의 주파수 빈(bin)에 대해, 각각 주파수 빈(bin)의 전력값을 산출할 수 있다. 그리고, 상기 임계치 계산부는 아래의 수학식2와 같이 각각 주파수 빈(bin)의 전력값의 평균치를 이용하여 간섭신호를 탐지할 수 있다.

여기서,

는 간섭신호 여부를 판별하는 임계치이며,

은 FFT 빈수,

는 k번째 빈의 전력값이다. β는 보정계수이며 실험적으로 1.6을 적용할 수 있다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭신호 탐지 및 제거 방법을 나타내는 순서도 이다. 도 5의 순서도에 나타낸 바와 같이 간섭제거 모드가 입력(S510)되고 간섭 제거가 온(ON) 되었을 경우(S520), 상기 임계치 계산부(331)가 임계치를 계산(S530)한 후 각각의 주파수 빈과 비교할 수 있다(S540). 상기 주파수 빈이 상기 임계치를 넘는 경우 상기 임계치 계산부(331)는 해당 주파수 빈을 간섭제거 대상 주파수 빈으로 식별하여 상기 간섭 제거기(333)로 알려줄 수 있다. 그러면 상기 간섭 제거기(333)는 주파수 빈 레벨을 0으로 만들어 줌으로써 간섭을 제거할 수 있다(S550).

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 CW(Continuous Wave) 톤 간섭신호가 인가된 경우 간섭제거 결과를 나타내는 그래프이다. 도6은 3개의 CW(Continuous Wave) 톤(tone) 간섭신호가 인가된 경우 간섭제거 결과를 나타내고 있다.

도2에 도시된 상기 이득 평탄도 보상기(350)는 50MHz 주파수 대역에 대해 1024포인트의 FFT-IFFT를 이용하여 FFT 빈 값에 이득 보정 계수를 가변하여 채널 대역에 대해 1.5dB 규격 또는 소정의 규격을 만족할 수 있도록 할 수 있다. 디지털 신호처리를 탑재한 중계기에서의 디지털 필터를 통한 이득 평탄도 보상에는 샘플/홀드 특성을 보이는 디지털/아날로그 변환기의 이득 평탄도 보상을 위한 샘플/홀드 특성의 역변환 보정 필터로 일부 구현이 가능하지만, IF 하향 주파수 변환기, IF 상향주파수 변환기, LNA/HPA등 증폭기 특성, 채널 필터 등 중계기 LNA부터 HPA까지 전체에 대해 이득보상이 가능한 디지털 필터의 설계는 불가능하다.

하지만 본 발명의 FFT 기반 주파수 빈 레벨 제어를 통한 이득평탄도 기법을 적용하면 중계기 채널 전체의 이득 평탄도를 쉽게 원하는 수준으로 얻을 수 있다.

이득평탄도 보상절차는 다음과 같다.

스텝1: 이득보정계수

의 설정치를 초기화하고 신호발생기(Signal Generator)를 이용하여 각각 FFT 빈의 중심주파수에 해당하는 기준 입력을 인가하여 스펙트럼을 측정한 후 스펙트럼 분석기를 이용하여 출력값을 입력값과 비교하여 이득 측정

스텝2: 모든 주파수 빈에 대한 이득 측정 후 평균값에 대해 각각 이득 보상을 위한 이득보상계수

계산

스텝3:

를 통해 이득보상계수 적용 후, 스텝1과 동일한 절차에 따라, 이득보상계수 검증

도7은 이득보상계수를 적용하여 주파수 빈 레벨 제어 결과 이득평탄도가 보상되는 개념을 나타낸 것이다. 우주공간에서는 지상환경과 달리 온도변화가 매우 심하여 온도 변화에 따른 이득변화가 발생할 수 있다. 종래의 아날로그 중계기나, 본 발명에서 제안하는 이득보상기법이 포함되지 않은 디지털 중계기에서는 온도변화에 따른 이득 평탄도의 보상이 불가능하다.

본 발명에서는 온도 변화에 따른 이득평탄도 역시 원격명령(TC: Telecommand)로 이득 보상계수 값만 재설정 하면 되므로 쉽고 정밀한 이득 보상이 가능할 수 있다. 이를 위해 우주용 위성중계기의 열진공 환경시험시 고온/저온 상태에서 위 1?3스텝을 반복하여 온도별 이득보상계수를 구하여 데이터 베이스화 한 후 원격명령(TC: Telecomand)을 이용해 설정치의 변경이 가능하다.

본 발명은 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 디지털 신호처리를 통해 부채널 스위칭이 가능한 위성용 중계기를 개발하였으며, 중계기 채널 대역폭은 50MHz, 아날로그-디지털 변환기의 샘플링 주파수 105MHz, 1024-point FFT를 적용하여 각각 간섭제거기와 이득평탄도 보상기를 구현할 수 있다. 그 결과, 최소단위를 100kHz로 하여 100kHz x N 대역폭에 대해 20dB이상의 간섭제거가 가능하고 이득 평탄도 역시 위성중계기 이득특성에 부합하는 1.5dB 이내 이득 평탄도를 구현 할 수 있다.

100: LNA (Low Noise Amplifier)
200: A/D 변환기
300: 간섭제거 및 이득 보상기
400: 부채널 증폭 및 스위칭
500: D/A 변환기
600: TWTA (Travelling Wave Tube Amplifier)
700: 하향 주파수 변환기
800: 상향 주파수 변환기

Claims

위성 중계기의 간섭제거 방법에 있어서,
지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역 신호에서 채널 대역이 N개의 주파수 빈(bin)으로 나누어진 주파수 영역 신호로 변환하는 단계;
상기 N개의 주파수 빈에 각각에 대해서 간섭 신호를 탐지하여 간섭신호의 영역을 결정하고 상기 결정된 영역 내의 간섭을 제거하는 단계; 및
상기 위성 중계기 채널에 대해서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 제어하여 이득 평탄도를 보상하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 방법.
제1항에 있어서,
상기 지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역에서 주파수 영역 신호로 변환하는 단계는
상기 수신된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하는 단계;
상기 수신된 신호를 지연하고 상기 지연된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하는 단계;
상기 수신된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하여 출력되는 상기 지연된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하여 출력되는 신호를 합성하는 단계; 및
상기 합성된 신호를 N 포인트 FFT 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 방법.
제2항에 있어서,
상기 지연은 상기 수신 신호를 소정의 시간만큼 지연시키기 위한 버퍼가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 간섭제거 단계는 각각의 주파수 빈(bin)의 전력치의 평균 전력값을 이용하여 각 주파수 빈 내에 간섭신호가 존재하는지 판별하고, 상기 간섭신호가 존재하는 빈의 레벨제어를 통해 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 방법.
제1항에 있어서,
상기 이득 평탄도를 보상하는 단계는, 주어진 온도에서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 측정하고, 각 주파수 빈(bin)의 이득에 대한 보상계수를 계산하여, 주파수 빈(bin)별 이득을 제어함으로써 중계기 채널의 이득 평탄도를 보상하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 방법.
제1항에 있어서,
상기 이득 평탄도를 보상하는 단계는, 온도변화에 따른 주파수 빈별 이득 변화를 측정하여 구성된 온도별 이득 평탄도 보상계수 테이블을 만들어 이를 기반으로 TM(Telemetry)과 TC(Telecomand) 중 적어도 하나를 이용하여 이득 평탄도를 보상하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 방법.
위성 중계기의 간섭제거 장치에 있어서,
지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역 신호에서 채널 대역이 N개의 주파수 빈(bin)으로 나누어진 주파수 영역 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환기;
상기 N개의 주파수 빈에 각각에 대해서 간섭 신호를 탐지하여 간섭신호의 영역을 결정하고 상기 결정된 영역 내의 간섭을 제거하는 간섭제거기; 및
상기 위성 중계기 채널에 대해서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 제어하여 이득 평탄도를 보상하는 이득 보상기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 장치.
제7항에 있어서,
상기 고속 푸리에 변환기는
상기 수신 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 적용하는 제 1 소자
상기 수신 신호를 지연하는 지연기 및 상기 지연된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 곱하는 제 2 소자;
상기 수신 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 곱한 신호와 상기 수신 신호를 지연하고 상기 지연된 신호에 해밍(Hamming) 윈도우 함수를 곱한 신호를 합성하는 합성기; 및
상기 합성된 신호를 N 포인트 FFT 수행하는 변환기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 장치.
제8항에 있어서,
상기 지연장치는 상기 수신 신호를 소정의 시간 만큼 지연 시키기 위한 버퍼가 이용되는 것을 특징으로 하는 간섭제거 장치.
제7항에 있어서,
상기 간섭제거기는 주파수 영역으로 변환된 신호에 대해 각각의 주파수 빈(bin)의 전력치의 평균값으로부터 간섭신호의 유무 및 간섭제거 주파수 영역을 탐지하고, 식별된 간섭신호 주파수 대역에 대한 주파수 빈(bin) 레벨 제어를 통해 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 장치.
제7항에 있어서,
상기 이득 보상기는, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호에 대해 주어진 온도에서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 측정하고, 중계기 채널의 이득 평탄도 보상을 위해 주파수 빈(bin)의 이득에 대한 보상계수를 계산하여, 주파수 빈(bin)별 이득을 제어함으로써 중계기 채널의 이득 평탄도를 보상하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 장치.
제7항에 있어서,
상기 이득 보상기는, 온도변화에 따른 주파수 빈별 이득 변화를 측정하여 구성된 온도별 이득 평탄도 보상계수 테이블을 만들어 이를 기반으로 TM(Telemetry)과 TC(Telecomand)중 적어도 하나를 이용하여 이득 평탄도를 보상하는 것을 특징으로 하는 간섭제거 장치.
위성 중계기의 간섭제거 장치에 있어서,
지상 단말로 부터 수신된 신호를 시간 영역 신호에서 채널 대역이 N개의 주파수 빈(bin)으로 나누어진 주파수 영역 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환기;
상기 N개의 주파수 빈에 각각에 대해서 간섭 신호를 탐지하여 간섭신호의 영역을 결정하고 상기 결정된 영역 내의 간섭을 제거하는 간섭제거기; 및
상기 위성 중계기 채널에 대해서 각각의 주파수 빈(bin)의 이득을 제어하여 이득 평탄도를 보상하는 이득 보상기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성 중계기를 보유하는 통신위성.