KR20130093835A - 디지털 신호처리(dsp)에 의한 무선방송신호 중계 시스템 - Google Patents

디지털 신호처리(dsp)에 의한 무선방송신호 중계 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지상에서 무선 수신되는 에프엠(FM) 라디오 방송신호의 각 채널별 신호를 각각 분리하고 균일한 레벨로 조절하여 지하철의 다수 역사 및 선로에 재방송하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템에 관한 것으로 지하철의 중앙통제 센터에 설치되며 무선 수신된 각 채널별 방송신호를 주장치와 예비장치에서 각각 디에스피(DSP) 처리하여 채널별 균일한 레벨로 조절하고 상기 주장치와 예비장치가 각각 출력하는 방송신호 중에서 선택된 어느 하나의 방송신호를 장애 진단 신호와 함께 전송하는 모국중계장치; 상기 지하철의 각 역사에 설치되며 상기 모국중계장치가 전송한 각 채널별 방송신호를 각각 균일한 레벨로 조절하여 무선안테나와 누설케이블에 각각 출력하고 상기 장애 진단 신호에 의하여 검출된 장애 발생 신호를 해당 고유번호와 함께 상기 모국중계장치에 전송하는 다수의 자국중계장치; 및 상기 모국중계장치와 상기 자국중계장치를 연결하며 상기 모국중계장치가 출력하는 방송신호와 장애 진단 신호를 전송하고 상기 자국중계장치가 출력하는 장애 발생 신호를 상기 모국중계장치에 전송하는 광케이블을 포함하는 특징에 의하여 좁고 매우 길며 다수의 정거장이 포함되는 지하철의 모든 음영지역에 에프엠 방송신호를 중계하고, 에프엠 방송신호의 각 채널별 신호 레벨을 일정하게 조절하여 중계방송할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지털 신호처리(DSP)에 의한 무선방송신호 중계 시스템{Repeater system of wireless broadcasting signal with digital signal processing}
본 발명은 무선방송신호를 음영지역에 중계하는 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 지상에서 무선 수신되는 에프엠(FM) 라디오 방송신호를 각 채널별 신호로 분리하고 균일한 레벨로 조절하여 지하철의 다수 역사 및 선로에 각각 재방송하는 디지털 신호처리(DSP)에 의한 무선방송신호 중계 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 무선의 방송(broadcasting) 또는 통신(communication) 신호는 송신하는 위치와 수신하는 위치 사이에 방해물이 없는 것이 가장 이상적이며, 방해물은 무선신호의 전달(전파)을 방해하는 것을 말한다.
무선신호 전달을 방해하는 방해물에는 빌딩, 언덕, 동굴 등이 있을 수 있고 방해물에 의하여 무선신호가 도달하지 않거나 사용할 수 없는 정도의 매우 미약한 레벨로 도달하는 영역을 음영지역(shadow area)이라고 한다.
음영지역에는 터널, 백화점과 극장 등과 같이 전파가 도달하기 어렵거나 차단되는 건물의 내부, 지하 주차장, 지하상가, 지하 동굴, 지하도, 역사와 철로로 이루어지는 지하철(subway) 구간 등이 포함될 수 있다.
방송은 다양한 정보를 넓은 지역에 분포된 다수의 사람에게 저렴한 비용으로 신속하게 동시 전달할 수 있는 가장 우수한 매체이며 특히, 재난 등의 긴급한 상황을 다수의 사람에게 신속하게 전달할 수 있어 많이 사용되고, 음질이 좋은 에프엠(FM: frequency modulation) 방송 신호를 주로 사용할 수 있다.
지하철의 경우 많은 사람이 지하 구간을 이동하므로 통신이 포함되는 에프엠(FM) 방송신호가 지하철의 내부구간에서 수신되게 할 필요가 있다.
음영지역에 무선신호를 전달하는 장치를 중계장치(repeater)라 하며 특히, 지하철의 경우는 철로 구간이 매우 길고 중간 중간에 정거장 기능의 역사가 포함되므로 무선신호가 지하철의 모든 구간에 전달되도록 하는 기술의 개발이 필요하다.
이하에서 음영지역은 지하철에 의하여 형성된 영역으로 설명하고 무선신호는 에프엠(FM)에 의한 방송신호인 것으로 설명하기로 하며, 장치와 시스템은 같은 의미이고 시스템을 주로 사용하기로 한다.
종래기술에 의하여 지하철에 방송신호를 중계하는 장치로 실용신안 등록출원 제1980-1058호(1980. 2. 21.)에 의한 “방송 중계 장치”가 있다.
도 1 은 종래기술에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템의 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템은 안테나(1), 수신기(111), 증폭부(222), 송신기(333)를 포함하는 구성이다.
안테나(1)는 지상의 방송신호(f1)를 수신하여 수신기(111)에 전달하고, 수신기(111)는 국부발진부에서 발진한 신호(f2)와 혼합하여 주파수(f0)를 변환시킨 후에 증폭하여 송신기(333)로 전달한다.
한편, 국부발진부에서 발진한 신호(f2)는 다단 완충 증폭시키므로 역방향으로 유입되지 못하도록 안정시킨 후에 송신기(333)로 전달하고, 송신기(333)는 증폭되어 입력된 신호(f0)와 국부발진부에서 발진한 신호(f2)를 혼합시키므로 안테나(1)가 수신한 원래 주파수(f1)의 신호로 복구하여 송신 또는 출력한다.
이러한 종래기술은 무선신호의 높은 주파수를 수신하여 낮은 중간주파수로 변환 및 증폭하고 다시 원래의 높은 주파수로 변환하여 출력하는 구성이며, 낮은 주파수로 변환하여 증폭함으로 증폭이 용이한 장점이 있었다.
그러나 높은 주파수를 중간주파수로 변환한 후에 증폭하고 다시 높은 주파수로 변환하여 출력하는 과정 및 구성이 복잡하며 장치의 가격이 비싸게 되는 문제가 있다.
또한, 종래기술은 지하철과 같이 구간이 긴 장소에는 사용할 수 없는 문제가 있다.
따라서 지하철과 같이 구간이 좁고 긴 지역에 무선의 방송신호를 중계하는 동시에 시스템의 구성이 간단하고 가격을 낮출 수 있는 기술을 개발할 필요가 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 본 발명은 디지털 신호처리 기술에 의하여 지하철과 같이 구간이 길고 다수의 정거장이 포함된 음영지역에 방송신호를 중계하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 무선 수신된 방송신호의 각 채널별 신호 레벨을 디지털 신호처리 기술에 의하여 일정한 레벨로 조절 또는 조정하고 지하철 내부의 음영지역에 중계하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템을 제공한다.
본 발명의 과제를 달성하기 위한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템은 지하철의 중앙통제 센터에 설치되며 무선 수신된 각 채널별 방송신호를 주장치와 예비장치에서 각각 디에스피(DSP) 처리하여 채널별 균일한 레벨로 조절하고 상기 주장치와 예비장치가 각각 출력하는 방송신호 중에서 선택된 어느 하나의 방송신호를 장애 진단 신호와 함께 전송하는 모국중계장치; 상기 지하철의 각 역사에 설치되며 상기 모국중계장치가 전송한 각 채널별 방송신호를 각각 균일한 레벨로 조절하여 무선의 안테나와 누설케이블에 각각 출력하고 상기 장애 진단 신호에 의하여 검출된 장애 발생 신호를 해당 고유번호와 함께 상기 모국중계장치에 전송하는 다수의 자국중계장치; 및 상기 모국중계장치와 상기 자국중계장치를 연결하며 상기 모국중계장치가 출력하는 방송신호와 장애 진단 신호를 전송하고 상기 자국중계장치가 출력하는 장애 발생 신호를 상기 모국중계장치에 전송하는 광케이블을 포함하되, 상기 무선의 안테나는 상기 지하철의 역사 내부에 설치되고 상기 누설케이블은 상기 지하철의 터널 내부에 설치될 수 있다.
상기 모국중계장치는 상기 중앙통제 센터에 설치된 무선안테나가 수신한 방송신호를 인가받고 저잡음 증폭하여 2 개의 경로로 각각 출력하는 엘엔에이부; 상기 엘엔에이부가 출력한 어느 하나의 방송신호를 입력하고 각 채널별로 검출된 신호의 레벨을 해당 제어에 의하여 균일하게 조절하여 출력하는 주모국신호부; 상기 엘엔에이부가 출력한 다른 하나의 방송신호를 입력하고 각 채널별로 검출된 신호의 레벨을 해당 제어에 의하여 균일하게 조절하여 출력하는 예비모국신호부; 상기 주모국신호부가 출력하는 방송신호와 상기 예비모국신호부가 출력하는 방송신호를 각각 입력하고 해당 제어신호에 의하여 어느 하나의 방송신호를 선택하는 선택부; 상기 선택부가 출력한 방송신호를 입력하며 상기 방송신호의 전력을 증폭하는 앰프부; 상기 앰프부가 출력한 상기 방송신호를 입력하고 광신호로 변환하여 출력하며 광신호가 입력되면 전기 신호로 변환하여 출력하는 광송수신부; 및 상기 주모국신호부와 상기 예비모국신호부가 각각 입력하는 방송신호와 출력하는 방송신호를 감시하여 최적의 방송신호가 선택되도록 상기 선택부를 제어하며 상기 광송수신부에 상기 다수의 자국중계장치를 제어하는 해당 제어신호와 상기 장애 진단 신호를 출력하고 상기 장애 발생 신호를 수신하는 통제부를 포함할 수 있다.
상기 자국중계장치는 상기 광케이블과 접속하여 광신호로 입력되는 상기 방송신호와 상기 장애 진단 신호를 전기신호로 변환하여 각각의 경로로 출력하며 상기 장애 진단신호와 장애 발생신호가 입력되면 해당 고유번호를 부가하여 광신호로 변환한 후에 상기 광케이블로 출력하는 광송수신부; 상기 광송수신부에 접속하며 상기 방송신호를 입력하여 저잡음 증폭하고 각 채널별로 레벨이 일정하도록 조절한 후 전력을 증폭하여 출력하는 자국신호부; 상기 광송수신부에 접속하며 상기 장애 진단 신호를 입력하여 상기 자국신호부를 감시하고 장애가 발생하면 해당 장애 발생 신호를 생성하여 해당 고유번호를 부가하고 상기 광송수신부에 출력하여 상기 모국중계장치에 전송되도록 하는 장애진단부; 상기 자국신호부의 출력단에 접속하며 외부의 신호를 입력하여 상기 방송신호와 혼합시켜고 복수의 경로로 각각 출력하는 믹서부; 를 포함하되, 상기 믹서부의 어느 하나의 경로에는 상기 지하철 역사의 내부에 설치된 무선안테나가 접속하고, 상기 믹서부의 다른 하나의 경로에는 상기 누설케이블이 접속할 수 있다.
상기 주모국신호부 또는 예비모국신호부는 상기 방송신호를 입력하고 디지털신호로 변환하며 채널별로 분류하여 각각 검출하고 각 채널별 방송신호의 이득을 -40 dBm의 레벨로 조절한 후 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 디에스피 블록으로 이루어질 수 있다.
상기 디에스피 블록은 입력된 방송신호를 디지털 신호로 변환하는 에이디시; 상기 에이디시에 접속하여 입력된 디지털 방송신호로부터 해당 제어신호에 의하여 지정된 채널의 신호를 분리하고 -40 dBm 레벨의 이득으로 조절하여 출력하는 필터부; 및 상기 필터부가 출력한 채널의 디지털 방송신호를 아날로그 신호로 변환하는 디에이시를 포함할 수 있다.
상기 필터부는 상기 디지털 방송신호 중에서 해당 제어신호에 의하여 지정된 채널의 고주파 대역 신호를 통과시키며 주파수를 기저대역으로 하향 변환하는 디디시(DDC); 상기 디디시가 출력한 채널의 기저대역 신호를 해당 제어신호에 의하여 지정된 이득으로 레벨을 조절하고 상기 고주파 대역 신호로 상향 변환하는 디유시(DUC); 상기 디디시에 접속하며 상기 디지털 방송신호 중에서 상기 지정된 채널의 고주파 대역 신호가 통과되도록 하는 필터 계수값이 포함된 상기 제어신호를 출력하는 필터 갱신부; 및 상기 디유시에 접속하며 상기 기저대역 신호가 선택된 레벨로 조절되는 상기 이득 값을 출력하는 에이지시(AGC)를 포함할 수 있다.
상기 자국신호부는 상기 방송신호를 입력하여 저잡음으로 전치 증폭하여 다수의 경로로 각각 출력하는 제 1 앰프; 상기 제 1 앰프와 어느 하나의 경로로 접속하며 상기 방송신호를 입력하고 디지털신호로 변환하며 채널별로 분류하여 각각 검출하고 각 채널별 방송신호의 이득을 -40 dBm의 레벨로 조절한 후 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 디에스피 블록; 및 상기 다수 디에스피 블록의 각 출력경로와 접속하며 입력되는 상기 방송신호의 전력을 증폭하여 출력하는 제 2 앰프; 를 포함하되, 상기 제 1 앰프와 상기 다수의 디에스피 블록과 상기 제 2 앰프는 자국모듈을 구성하며 다수로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 상기와 같은 구성은 좁고 매우 길며 다수의 정거장이 포함되는 지하철의 모든 음영지역에 디지털 신호 처리 기술에 의한 에프엠 방송신호를 중계할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 무선 수신된 에프엠 방송신호를 디지털 신호 처리 기술에 의하여 각 채널별 신호의 레벨을 일정하게 조정 또는 조절하여 중계방송할 수 있다.
도 1 은 종래기술에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템의 기능 구성도,
도 2 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템의 전체 기능 구성도,
도 3 은 본 발명의 일실시 예에 의한 모국중계장치의 기능 구성도,
도 4 는 본 발명의 일실시 예에 의한 모국신호부의 기능 구성도,
도 5 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디에스피 블록의 기능 구성도,
도 6 은 본 발명의 일실시 예에 의한 자국중계장치의 기능 구성도,
도 7 은 본 발명의 일실시 예에 의한 자국신호부의 기능 구성도,
도 8 은 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템의 모국신호부에 입력되는 신호와 출력되는 신호를 스캔하여 채널별로 표시시킨 레벨 파형의 촬영도,
그리고
도 9 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템이 지하철 역사 내부에 중계방송한 에프엠 신호를 스캔하여 채널별로 표시시킨 레벨 파형의 촬영도와 실험 작업의 촬영도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서 디지털신호처리(DSP : digital signal processing)와 디에스피(DSP)는 같은 의미인 것으로 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템의 전체 기능 구성도 이며, 도 3 은 본 발명의 일실시 예에 의한 모국중계장치의 기능 구성도 이고, 도 4 는 본 발명의 일실시 예에 의한 모국신호부의 기능 구성도 이며, 도 5 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디에스피 블록의 기능 구성도 이고, 도 6 은 본 발명의 일실시 예에 의한 자국중계장치의 기능 구성도 이며, 도 7 은 본 발명의 일실시 예에 의한 자국신호부의 기능 구성도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 무선방송신호 중계 장치(900)는 모국중계장치(1000), 자국중계장치(2000), 광케이블(3000)을 포함한다.
모국중계장치(1000)는 에프엠(FM) 무선 방송신호를 양호하게 수신할 수 있는 무선 안테나를 구비한 특정한 지역 또는 지하철의 중앙통제 센터 등에 설치될 수 있다.
모국중계장치(1000)는 각 채널(CH) 별로 무선 수신되는 에프엠 방송신호를 주(working) 장치와 예비(standby 또는 redundancy) 장치에서 각각 디지털 신호 처리 또는 디에스피(DSP : digital signal processing) 처리하여 채널별로 균일한 레벨이 되도록 조절 또는 제어한다.
여기서 채널별 신호의 레벨 조절은 증폭과 억압 중에서 선택된 어느 하나 이상이 포함될 수 있으며 이러한 조절을 통하여 각 채널별 신호의 레벨을 동일 또는 균일하도록 제어한다.
또한, 모국중계장치(1000)는 주장치와 예비장치에서 각각 입출력되는 신호를 분석하며 어느 하나의 장치로부터 출력되고 최적의 상태로 판단되는 중계 방송신호를 선택하여 해당되는 장애진단 신호와 함께 다수의 자국중계장치(2000) 또는 중계집중국으로 출력한다.
중계집중국은 자국중계장치(2000)와 동일한 구성이고 운용방식을 변경한 것으로, 모국중계장치(1000)와 원거리에 위치하는 자국중계장치(2000) 사이에 설치되어 모국중계장치(1000)와 자국중계장치(2000) 사이에 송수신된 신호를 중계 기능을 하는 것으로서 도면에 기재 및 도면번호를 부여하지 않고 설명도 하지 않기로 한다.
자국중계장치(2000)는 지하철의 각 정거장 또는 역사(4000)에 설치되며 모국중계장치(1000)와 광케이블(optical cable, 3000)을 통하여 연결되어 중계방송할 방송신호를 전달받는다.
자국중계장치(2000)는 광케이블(3000)을 통하여 모국중계장치(1000)로부터 전달받은 방송신호를 역사(4000)의 대합실 내부 및 승강장(4100)에 설치된 무선 안테나(4200)를 통하여 무선 출력하는 동시에 선로 등에 설치된 누설케이블(5100)을 통하여 터널(5000) 내부에 무선 출력한다.
그러므로 지하철을 이용하는 경우 역사(4000) 내부 및 지하철이 이동하는 모든 구간에서 에프엠(FM) 방송신호를 무선으로 수신할 수 있다.
한편, 자국중계장치(2000)는 모국중계장치(1000)가 전달한 장애 진단신호에 의하여 자체적으로 정상 운용되는지를 진단하고 장애가 발생한 경우는 장애가 발생한 시각, 위치, 장애 상태 등을 확인하여 할당된 해당 고유번호(ID)와 함께 모국중계장치(1000)로 전송한다.
그러므로 모국중계장치(1000)는 다수의 자국중계장치(2000)를 고유번호(ID)에 의하여 식별하며 정상 운용되고 있는지 또는 장애가 발생하여 중계방송을 하지 못하고 있는지를 확인할 수 있고 필요한 경우 해당 후속조치가 이루어지도록 조치할 수 있다.
모국중계장치(1000)는 통제부(1700)에서 각 자국중계장치(2000)의 장애 발생 여부 및 해당 상태를 확인하거나 필요한 제어를 할 수 있다.
광케이블(3000)은 모국중계장치(1000)와 다수의 자국중계장치(2000)를 연결하며 에프엠 중계방송신호와 해당 통신신호 및 제어신호 등을 송신과 수신하는 것으로 하나의 선로로 송신신호와 수신신호를 동시에 모두 전송할 수 있다.
한편, 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템(900)은 지하철 구간의 역사(4000)의 대합실과 승강장(4100) 안에서는 무선 안테나(4200) 또는 누설케이블(5100)을 사용할 수 있고, 터널(5000) 내부에서는 누설케이블(5100)을 사용하는 것이 바람직하다.
모국중계장치(1000)는 엘엔에이(LNA: low noise amplifier)부(1100), 주모국신호부(1200), 예비모국신호부(1300), 선택부(1400), 앰프부(1500), 광송수신부(1600), 통제부(1700), 모니터부(1800)를 포함한다.
엘엔에이부(1100)는 중앙통제본부 등의 무선안테나가 수신한 에프엠 방송신호를 인가받고 저잡음으로 증폭하여 2 개의 경로로 각각 출력한다.
주모국신호부(1200)와 예비모국신호부(1300)는 엘엔에이부(1100)의 2 개 출력 경로 중에서 선택된 어느 하나의 경로에 접속하는 것으로 서로 동일한 구성을 하고 동일한 기능 및 작용을 한다.
그러므로 이하에서 주모국신호부(1200)를 위주로 설명하기로 하고, 예비모국신호부(1300)는 필요한 경우 설명하기로 한다.
주모국신호부(1200)는 엘엔에이부(1100)가 출력한 어느 하나 경로의 방송신호를 입력하고 방송신호의 각 채널별 신호 레벨을 해당 제어에 의하여 균일한 레벨이 되도록 조절하여 출력한다.
일실시 예로, 주모국신호부(1200)는 에프엠 방송신호로부터 각 채널별로 해당 방송신호를 분리 수신하여 -40 dBm의 레벨로 균일하게 조절한다.
주모국신호부(1200)는 다수의 디에스피 블록(1210, 1220, 1230)으로 구성되고, 각 디에스피 블록(1210, 1220, 1230)은 에프엠 방송신호로부터 해당 제어신호에 의하여 특정 채널의 신호를 분리 및 추출한다.
한편, 일례에 의하여 각 디에스피 블록(1210, 1220, 1230)은 특정 채널로부터 수신된 신호의 레벨이 -60 dBm이면 -40 dBm으로 증폭하고 -30 dBm이면 -40 dBm으로 억압하므로 모든 채널의 신호가 증폭 또는 억압을 통하여 균일한 레벨을 갖도록 조절한다.
이러한 디에스피 블록(1210, 1220, 1230)은 이하에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.
선택부(1400)는 주모국신호부(1200)가 출력하는 방송신호와 예비모국신호부(1300)가 출력하는 방송신호를 각각 입력하고 통제부(1700)의 해당 제어신호에 의하여 선택된 어느 하나의 방송신호가 입력되어 출력되도록 한다.
앰프부(1500)는 선택부(1400)가 통제부(1700)의 해당 제어신호에 의하여 선택 및 출력한 방송신호를 입력하고 전력(power)을 설정된 레벨로 증폭하여 출력한다.
광송수신부(1600)는 앰프부(1500)의 전기적 신호(전기신호)를 입력하여 광신호로 변환한 후에 광케이블(3000)에 출력하거나 또는 광케이블(3000)로부터 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 통제부(1700)에 출력할 수 있다.
통제부(1700)는 엘엔에이부(1100)로부터 출력되어 주모국신호부(1200) 및 예비모국신호부(1300)로 각각 입력되는 신호와 주모국신호부(1200)와 예비모국신호부(1300)로부터 각각 출력되는 신호를 감시하여 최적의 방송신호가 선택되도록 하는 해당 제어신호를 선택부(1400)에 출력한다.
통제부(1700)가 방송신호를 감시하는 방식은 신호대잡음비(S/N), 신호의 레벨 등이 포함될 수 있다.
즉, 통제부(1700)는 방송신호의 레벨이 높은 경우에도 신호대잡음비가 기준값 이하로 판단되면 신호대잡음비가 높은 방송신호가 선택되도록 하는 해당 제어신호를 출력할 수 있다.
한편, 통제부(1700)는 다수의 자국중계장치(2000)가 오류(error) 또는 장애(trouble) 없이 각각 정상적으로 운용되는지를 감시하고 확인하는 장애진단신호를 출력하며 방송신호와 혼합된 상태로 송신 및 수신되도록 한다.
통제부(1700)는 광송수신부(1600)를 통하여 장애진단신호, 장애발생신호, 각종 제어신호 및 데이터 등을 송신 및 수신하는 것이 바람직하다.
모니터부(1800)는 모국중계장치(1000)가 중계를 위하여 출력하는 방송신호를 선택에 의하여 모니터하는 것으로, 채널별 방송신호를 선택하여 오디오 신호로 출력하거나 모니터 또는 고주파 신호로 출력하거나 모니터할 수 있다.
모국신호부(1200, 1300)를 구성하는 다수의 디에스피(DSP) 블록은 일실시 예로 제 1 디에스피 블록(1210), 제 2 디에스피 블록(1220) 및 제 n 디에스피 블록(1230)을 포함하며, 이하의 설명에서는 제 1 디에스피블록 또는 디에스피 블록을 위주로 설명하기로 한다.
디에스피(DSP) 블록은(1210) 방송신호를 입력하고 디지털신호로 변환하며 채널별로 분류하여 각각 검출하고 각 채널별 방송신호의 이득을 -40 dBm의 레벨로 조절한 후 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 것으로, 에이디시(1211), 필터부(1212), 디에이시(1213)를 포함한다.
에이디시(1211)는 입력된 아날로그 방송신호를 디지털 방송신호로 변환하여 필터부(1212)에 출력한다.
필터부(1212)는 디지털로 입력되는 방송신호를 해당 제어신호에 의하여 특정 채널의 방송신호만 디지털 필터 처리하여 통과시킨다.
또한, 필터부(1212)는 해당 제어신호에 의하여 선택된 특정 채널의 방송신호가 균일한 레벨 즉, -40 dBm의 레벨이 되도록 조절한다.
특정 채널의 방송신호가 -40 dBm 보다 낮으면 전력 증폭하여 출력하는 경우에도 사용자가 해당 채널의 방송신호를 청취하기 어렵고, -40 dBm 보다 높으면 전력증폭단에서 방송되는 모든 채널의 신호를 균일한 레벨로 증폭하여 중계방송하기 어렵다. 즉, -40 dBm 보다 높으면 전력증폭단의 증폭 용량을 크게 하여야 하므로 불필요하게 크기가 커지고 전력소모가 커지며 가격이 비싸지게 된다.
반복되는 실험에 의하여 각 채널별 방송신호의 레벨을 -40 dBm으로 균일하게 조절하는 것이 전체 시스템의 크기를 최적으로 유지하고 전력소모 및 가격 등을 최적 상태가 되도록 할 수 있다.
이러한 필터부(1212)는 디디시(1214), 디유시(1215), 필터갱신부(1216), 에이지시(1217)를 포함하여 구성된다.
디디시(DDC : digital down converter, 1214)는 디지털로 변환된 에프엠 방송신호 중에서 선택된 대역의 신호만을 통과시키므로 선택된 채널의 방송신호가 출력되도록 하는 동시에 선택된 채널의 고주파 신호를 기저대역의 신호로 하향 변환시켜 출력한다.
디유시(DUC : digital up converter, 1215)는 디디시(1214)가 출력한 특정 채널의 기저대역 방송신호를 해당 제어신호에 의하여 지정된 레벨(-40 dBm)로 조절한 후에 고주파 신호로 다시 상향 변환시켜 출력한다.
필터갱신부(1216)는 디디시부(1214)에 접속하여 지정된 채널의 고주파 대역 방송신호가 통과되도록 하는 필터 계수값과 해당 제어신호를 출력한다.
에이지시(AGC : auto gain control, 1217)부는 디유시(1215)에 접속하여 기저대역으로 변환된 디지털 방송신호가 균일한 레벨로 조절되도록 하는 기준 이득값을 출력한다.
자국중계장치(2000)는 광송수신부(2100), 자국신호부(2200), 장애진단부(2300), 믹서부(2400), 모니터부(2500)를 포함하는 구성이다.
광송수신부(2100)는 광케이블(3000)에 접속하며 광신호가 입력되면 전기신호로 변환하여 출력하고 전기신호가 입력되면 광신호로 변환하여 출력하는 것으로, 광송수신부(1600)와 구성 및 작용이 동일하다.
광신호에는 방송신호, 장애진단신호, 장애발생신호가 포함될 수 있다.
광송수신부(2100)는 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하며, 방송신호는 자국신호부(2200)에 출력하고 장애진단신호 및 장애발생신호는 장애진단부(2300)에 출력한다.
자국신호부(2200)는 광송수신부(2100)로부터 에프엠의 방송신호가 입력되면 저잡음 증폭하고 각 채널별로 레벨이 일정하도록 조절한 후 전력을 증폭하여 출력하는 것으로 다수의 자국모듈(2210)로 구성된다.
각각의 자국모듈(2210)은 제 1 앰프부(2211), 디에스피 블록(1210), 제 2 앰프부(2212)를 포함하는 구성이다.
장애진단부(2300)는 광송수신부(2100)에 접속하며 장애 진단 신호를 입력하여 자국신호부(2200)의 오류가 포함되는 장애를 감시하고 장애가 발생하면 해당 장애 발생 신호를 생성하며 해당 고유번호를 부가하여 광송수신부(2100)에 출력하므로 모국중계장치(1000)에 전송되도록 한다.
믹서부(2400)는 자국신호부(2200)의 출력단에 접속하며 외부의 신호를 입력하고 중계되는 방송신호와 혼합하여 2 개의 경로로 각각 출력할 수 있다.
믹서부(2400)의 2 개 출력경로 중 하나의 경로에는 무선 안테나(4200)가 접속하고, 다른 하나의 경로에는 누설케이블(5100)이 접속될 수 있다.
안테나(4200)는 지하철의 내부에 새로이 안테나를 설치시키거나 또는 기존에 DMB 등을 위하여 설치된 무선 안테나(4200)를 사용할 수 있다.
안테나(4200) 및 누설케이블(5100)은 모두 방송신호를 무선으로 출력한다.
모니터부(2500)는 방송신호 중에서 채널별로 선택하여 오디오 신호로 출력하여 청각신호로 확인하거나 오실로스코프 또는 스펙트럼 아날라이저 계측장비 등으로 계측할 수 있도록 고주파 신호로 출력할 수 있다.
모니터부(2500)는 모국중계장치(1000)의 모니터부(1800)와 동일하거나 유사한 기능 및 작용을 하므로 더 이상의 중복 설명을 하지 않기로 한다.
자국모듈(2210)을 구성하는 제 1 앰프부(2211)는 고주파의 방송신호를 입력하여 저잡음으로 전치 증폭하며 다수의 경로로 각각 출력하고 각각의 출력 경로에는 디에스피 블록(1210)이 각각 연결된다.
자국모듈(2210)에 구성되는 디에스피 블록(1210)은 모국신호부((1200, 1300)를 구성하는 디에스피 블록(1210)과 동일한 구성 및 작용을 하므로 중복 설명을 하지 않기로 한다.
자국모듈(2210)을 구성하는 제 2 앰프부(2212)는 다수의 디에스피 블록(1210)으로부터 각각 출력되는 채널별 방송신호를 입력하여 혼합하고, 혼합된 방송신호의 전력을 증폭하여 2 개의 경로로 각각 출력한다.
제 2 앰프부(2212)가 출력하는 2 개의 경로에는 모니터부(2500)로 출력되는 경로와 믹서부(2400)로 출력되는 경로가 포함된다.
도 8 은 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템의 모국신호부에 입력되는 신호와 출력되는 신호를 스캔하여 채널별로 표시시킨 레벨 파형의 촬영도 이며, 도 9 는 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템이 지하철 역사 내부에 중계방송한 에프엠 신호를 스캔하여 채널별로 표시시킨 레벨 파형의 촬영도와 실험 작업의 촬영도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 무선방송신호 중계 시스템의 엘엔에이부로부터 일률적으로 저잡음 증폭되고 2 개의 경로를 통하여 주모국신호부 및 예비모국신호부에 각각 입력되는 에프엠 방송신호와 주모국신호부 또는 예비모국신호부로부터 디지털신호처리 또는 디에스피(DSP) 처리된 후에 출력되는 에프엠 방송신호를 각각 스캔(scan)하여 채널별로 표시시킨 레벨 파형의 촬영도가 도 8 에 도시되어 있다.
에프엠 방송신호가 채널별로 스캔된 레벨(level)의 파형은 일실시 예에 의한 스펙트럼 아날라이저(spectrum analyzer) 계측장비를 이용하여 표시 및 표시된 상태를 촬영할 수 있다.
안테나로부터 수신되고 엘엔에이부에 인가되어 동일하게 일률적인 이득으로 저잡음 증폭된 후에 모국신호부에 입력되는 방송신호를 분석하면 각 채널별 신호의 레벨 파형이 높거나 낮은 파형으로 표시된다.
즉, 각 채널별로 수신되는 방송신호의 레벨 값은 각각 다르므로 높거나 낮게 표시되며 첨부된 도 8 의 왼쪽에 도시되어 있다.
이와 같이 채널별 레벨이 다른 방송신호가 주모국신호부 또는 예비모국신호부로부터 디지털 신호 처리 또는 디에스피(DSP) 처리되면 각 채널별 균일한 레벨로 변환되어 출력된다.
방송신호가 각 채널별 균일한 레벨로 변환되어 출력된 상태는 첨부된 도 8 의 오른쪽에 도시되어 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템에 의하여 지하철 역사의 대합실 및 승강장에 중계방송된 에프엠 방송신호를 스펙트럼 아날라이저 계측장비 등으로 스캔하여 채널별로 표시한 상태와 지하철 역사의 대합실 및 승강장을 이동하면서 스펙트럼 아날라이저 계측장비 등으로 모니터링 및 에프엠 라디오로 청취의 모니터링하는 상태가 첨부된 도 9 에 도시되어 있다.
지하철의 역사 내부에 중계방송되는 에프엠 방송신호를 일실시 예에 의한 스펙트럼 아날라이저 계측장비 등으로 스캔하여 채널별로 표시한 상태가 도 9 의 왼쪽에 도시되어 있다.
본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템으로 지하철 역사의 내부에 중계된 에프엠 방송신호의 채널별 수신 레벨(감도)은 아래의 표와 같다.
지하철 역사 내부에서 수신된 에프엠 방송신호의 채널별 레벨
번호 주파수 수신레벨 번호 주파수 수신레벨
1 89.12 MHz -63.98 dBm 6 98.88 MHz -63.85 dBm
2 89.70 MHz -64.07 dBm 7 97.30 MHz -62.10 dBm
3 93.90 MHz -65.28 dBm 8 98.10 MHz -63.12 dBm
4 94.50 MHz -64.38 dBm 9 99.10 MHz -65.07 dBm
5 95.15 MHz -64.03 dBm 10 101.92 MHz -65.67 dBm
표 1 을 참조하여 설명하면 본 발명의 일실시 예에 의한 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템이 에프엠 방송신호의 각 채널별 방송신호를 -40 dBm의 균일한 레벨로 조절한 후 지하철 역사의 내부에 중계방송한 상태를 스펙트럼 아날라이저 등의 계측장비를 이용하여 채널별로 스캔한 레벨의 측정값이다.
안테나 또는 누설케이블을 통하여 -40 dBm의 균일한 레벨로 지하철에 무선 방송된 각 채널의 에프엠 방송신호는 전파되면서 감쇄되어 -62 dBm 내지 -65 dBm의 범위에서 균일한 레벨로 각각 무선 수신되는 것으로 확인되었다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
900 : 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템
1000 : 모국중계장치 1100 : 엘엔에이부
1200 : 주모국신호부 1210 : 제 1 디에스피 블록
1211 : 에이디시 1212 : 필터부
1213 : 디에이시 1214 : 디디시
1215 : 디유시 1216 : 필터갱신부
1217 : 에이지시 1220 : 제 2 디에스피 블록
1230 : 제 n 디에스피 블록 1300 : 예비모국신호부
1400 : 선택부 1500 : 앰프부
1600, 2100 : 광송수신부 1700 : 통제부
1800, 2500 : 모니터부 2000 : 자국중계장치
2200 : 자국신호부 2210 : 자국모듈
2211 : 제 1 앰프 2212 : 제 2 앰프
2300 : 장애진단부 2400 : 믹서부
3000 : 광케이블 4000 : 역사
4100 : 승강장 4200 : 안테나
5000 : 터널 5100 : 누설케이블

Claims (7)

  1. 지하철의 중앙통제 센터에 설치되며 무선 수신된 각 채널별 방송신호를 주장치와 예비장치에서 각각 디에스피(DSP) 처리하여 채널별 균일한 레벨로 조절하고 상기 주장치와 예비장치가 각각 출력하는 방송신호 중에서 선택된 어느 하나의 방송신호를 장애 진단 신호와 함께 전송하는 모국중계장치;
    상기 지하철의 각 역사에 설치되며 상기 모국중계장치가 전송한 각 채널별 방송신호를 각각 균일한 레벨로 조절하여 안테나와 누설케이블에 각각 출력하고 상기 장애 진단 신호에 의하여 검출된 장애 발생 신호를 해당 고유번호와 함께 상기 모국중계장치에 전송하는 다수의 자국중계장치; 및
    상기 모국중계장치와 상기 자국중계장치를 연결하며 상기 모국중계장치가 출력하는 방송신호와 장애 진단 신호를 전송하고 상기 자국중계장치가 출력하는 장애 발생 신호를 상기 모국중계장치에 전송하는 광케이블; 을 포함하되,
    상기 안테나는 상기 지하철의 역사 내부에 설치되고 상기 누설케이블은 상기 지하철의 터널 내부에 설치되는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모국중계장치는
    상기 중앙통제 센터에 설치된 무선안테나가 수신한 방송신호를 인가받고 저잡음 증폭하여 2 개의 경로로 각각 출력하는 엘엔에이부;
    상기 엘엔에이부가 출력한 어느 하나의 방송신호를 입력하고 각 채널별로 검출된 신호의 레벨을 해당 제어에 의하여 균일하게 조절하여 출력하는 주모국신호부;
    상기 엘엔에이부가 출력한 다른 하나의 방송신호를 입력하고 각 채널별로 검출된 신호의 레벨을 해당 제어에 의하여 균일하게 조절하여 출력하는 예비모국신호부;
    상기 주모국신호부가 출력하는 방송신호와 상기 예비모국신호부가 출력하는 방송신호를 각각 입력하고 해당 제어신호에 의하여 어느 하나의 방송신호를 선택하는 선택부;
    상기 선택부가 출력한 방송신호를 입력하며 상기 방송신호의 전력을 증폭하는 앰프부;
    상기 앰프부가 출력한 상기 방송신호를 입력하고 광신호로 변환하여 출력하며 광신호가 입력되면 전기 신호로 변환하여 출력하는 광송수신부; 및
    상기 주모국신호부와 상기 예비모국신호부가 각각 입력하는 방송신호와 출력하는 방송신호를 감시하여 최적의 방송신호가 선택되도록 상기 선택부를 제어하며 상기 광송수신부에 상기 다수의 자국중계장치를 제어하는 해당 제어신호와 상기 장애 진단 신호를 출력하고 상기 장애 발생 신호를 수신하는 통제부; 를 포함하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자국중계장치는
    상기 광케이블과 접속하여 광신호로 입력되는 상기 방송신호와 상기 장애 진단 신호를 전기신호로 변환하여 각각의 경로로 출력하며 상기 장애 진단신호와 장애 발생신호가 입력되면 해당 고유번호를 부가하여 광신호로 변환한 후에 상기 광케이블로 출력하는 광송수신부;
    상기 광송수신부에 접속하며 상기 방송신호를 입력하여 저잡음 증폭하고 각 채널별로 레벨이 일정하도록 조절한 후 전력을 증폭하여 출력하는 자국신호부;
    상기 광송수신부에 접속하며 상기 장애 진단 신호를 입력하여 상기 자국신호부를 감시하고 장애가 발생하면 해당 장애 발생 신호를 생성하여 해당 고유번호를 부가하고 상기 광송수신부에 출력하여 상기 모국중계장치에 전송되도록 하는 장애진단부;
    상기 자국신호부의 출력단에 접속하며 외부의 신호를 입력하여 상기 방송신호와 혼합시켜고 복수의 경로로 각각 출력하는 믹서부; 를 포함하되,
    상기 믹서부의 어느 하나의 경로에는 상기 지하철 역사의 내부에 설치된 무선안테나가 접속하고, 상기 믹서부의 다른 하나의 경로에는 상기 누설케이블이 접속하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주모국신호부 또는 예비모국신호부는
    상기 방송신호를 입력하고 디지털신호로 변환하며 채널별로 분류하여 각각 검출하고 각 채널별 방송신호의 이득을 -40 dBm의 레벨로 조절한 후 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 디에스피 블록으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디에스피 블록은
    입력된 방송신호를 디지털 신호로 변환하는 에이디시;
    상기 에이디시에 접속하여 입력된 디지털 방송신호로부터 해당 제어신호에 의하여 지정된 채널의 신호를 분리하고 -40 dBm 레벨의 이득으로 조절하여 출력하는 필터부; 및
    상기 필터부가 출력한 채널의 디지털 방송신호를 아날로그 신호로 변환하는 디에이시; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터부는
    상기 디지털 방송신호 중에서 해당 제어신호에 의하여 지정된 채널의 고주파 대역 신호를 통과시키며 주파수를 기저대역으로 하향 변환하는 디디시(DDC);
    상기 디디시가 출력한 채널의 기저대역 신호를 해당 제어신호에 의하여 지정된 이득으로 레벨을 조절하고 상기 고주파 대역 신호로 상향 변환하는 디유시(DUC);
    상기 디디시에 접속하며 상기 디지털 방송신호 중에서 상기 지정된 채널의 고주파 대역 신호가 통과되도록 하는 필터 계수값이 포함된 상기 제어신호를 출력하는 필터 갱신부; 및
    상기 디유시에 접속하며 상기 기저대역 신호가 선택된 레벨로 조절되는 상기 이득 값을 출력하는 에이지시(AGC); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 자국신호부는
    상기 방송신호를 입력하여 저잡음으로 전치 증폭하여 다수의 경로로 각각 출력하는 제 1 앰프;
    상기 제 1 앰프와 어느 하나의 경로로 접속하며 상기 방송신호를 입력하고 디지털신호로 변환하며 채널별로 분류하여 각각 검출하고 각 채널별 방송신호의 이득을 -40 dBm의 레벨로 조절한 후 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 디에스피 블록; 및
    상기 다수 디에스피 블록의 각 출력경로와 접속하며 입력되는 상기 방송신호의 전력을 증폭하여 출력하는 제 2 앰프; 를 포함하되,
    상기 제 1 앰프와 상기 다수의 디에스피 블록과 상기 제 2 앰프는 자국모듈을 구성하며 다수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 신호처리에 의한 무선방송신호 중계 시스템.
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