KR20140017772A - 지피에스 신호의 수신여부에 따른 통신 방법 - Google Patents

Abstract

지피에스 신호의 수신여부에 따라 주파수 및 상향링크 송신 시간을 제어하여 통신하는 방법이 개시된다. 단말이 주파수를 제어하여 통신하는 방법은 단말이 통신하는 방법에 있어서, 위성 항법 신호의 사용 가능성을 판단하는 단계와, 위성 항법 신호가 사용 가능한 경우 위성 항법 신호에 상응하는 주파수를 사용하여 통신하는 단계 및 위성 항법 신호가 사용 가능하지 않은 경우 하향링크 신호에 기반한 자동 주파수 제어(Automatic Frequency Control)를 통하여 제어된 주파수를 사용하여 통신하는 단계를 포함한다. 또한, 단말이 상향링크 송신 시간을 제어하여 통신하는 방법은, 위성 항법 신호의 사용 가능성을 판단하는 단계와, 위성 항법 신호가 사용 가능한 경우 위성 항법 신호에 기반한 상향링크 송신 시간을 사용하여 통신하는 단계 및 위성 항법 신호가 사용 가능하지 않은 경우 하향링크 신호에 기반한 상향링크 송신 시간을 사용하여 통신하는 단계를 포함한다.

Description

지피에스 신호의 수신여부에 따른 통신 방법{METHOD FOR COMMUNICATION ACCORDING TO RECEPTION OF GPS SIGNAL}

본 발명은 지피에스 신호를 이용한 통신 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지피에스 신호의 수신여부에 따라 통신하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템에서, 기지국은 단말이 송신하는 초기 접속 신호로부터 왕복지연시간(RTT: Round Trip Time)을 계산하고, 계산된 왕복지연시간을 단말에게 알려주면, 단말은 이 왕복지연시간만큼 일찍 신호를 송신함으로써 기지국과 단말은 상향 링크 동기를 유지하게 된다. 이러한 방법은 휴대 전화 시스템이나 무선랜 시스템에서 사용되고 있다.

그러나 해양 무선 통신 시스템에서 이러한 방법은 적합하지 않은 측면이 있다. 즉, 육상 무선 통신에서는 단말이 주기적으로 정보를 송신하는 경우도 많고 전파 지연 시간도 해상에 비해서 매우 짧은 편이나, 해양에서는 전파 지연 시간이 매우 길고 통신이 육상에서처럼 빈번하게 일어나지 않기 때문이다.

또한, 해양 무선 통신을 통하여는 주로 이메일이나 해상 지도, 기상 데이터, 배의 이동 경로 데이터 등의 정보를 주고받는다. 이러한 해양 무선 통신 서비스를 제공함에 있어서 상향 링크 동기를 계속적으로 유지할 필요가 없고, 다만 때때로 일어나는 서비스 요청에 응답하여 그때그때 적절한 서비스를 제공할 수 있으면 된다.

또한, 해양 무선 통신에서는 육상 무선 통신에서처럼 많은 대역폭을 사용하기 힘들기 때문에 할당된 대역폭을 효율적으로 사용하는 것이 필수적이며, 보다 단순한 통신 방식을 필요로 한다.

통신의 발달과 함께 현재 대부분의 선박에는 GPS 장치가 장착되어 있으며, 이러한 GPS 장치는 중대형 선박에서의 자동선박인식시스템(AIS: Automatic Identification System) 등에서 위치 정보의 입력원으로 쓰이고 있다. 또한, 최근에는 소형 선박에서도 점차 GPS 장치가 탑재되어 여러 용도로 활용되고 있다.

선박에 장착된 GPS 장치에서 출력되는 위치 신호 및 시간 신호는 해상 무선 통신에서 유용하게 쓰이고 있다. 즉, 해양 무선 통신에서 기지국과 단말이 시간 동기를 GPS 신호에 맞추어서 동작하도록 하면, 단말은 따로 시간 동기 및 주파수 동기를 획득할 필요가 없다.

그러나, 해상의 상황에 따라 GPS 신호에 의한 시간 동기 및 주파수 동기를 획득할 수 없는 경우가 빈번하게 발생할 수 있고, 이러한 경우에도 기지국과 단말이 해상 무선 통신의 특성을 반영하여 효과적으로 통신할 수 있는 방법이 미비한 실정에 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 단말이 GPS 신호의 사용 가능여부에 따라 주파수를 제어하여 통신하는 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은, 단말이 GPS 신호의 사용 가능여부에 따라 상향링크 송신 시간을 제어하여 통신하는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 통신 방법은 위성 항법 신호의 사용 가능성을 판단하는 단계와, 위성 항법 신호가 사용 가능한 경우 위성 항법 신호에 상응하는 주파수를 사용하여 통신하는 단계 및 위성 항법 신호가 사용 가능하지 않은 경우 하향링크 신호에 기반한 자동 주파수 제어를 통하여 제어된 주파수를 사용하여 통신하는 단계를 포함한다.

여기에서, 자동 주파수 제어는, 하향링크 신호에 기반한 주파수 제어값이 유효한지 확인하는 단계와, 주파수 제어값이 유효한 경우 유효한 주파수 제어값을 초기값으로 하여 주파수를 제어하는 단계 및 유효한 주파수 제어값이 없는 경우 주파수 제어값을 기어 쉬프트 방식을 사용하여 보정하고 보정된 주파수 제어값을 사용하여 주파수를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

여기에서, 보정된 주파수 제어값을 사용하여 주파수를 제어하는 단계는, 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 이전의 유효한 주파수 제어값을 보정하여 유효한 주파수 제어값을 산출할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 통신 방법은, 위성 항법 신호의 사용 가능성을 판단하는 단계와, 위성 항법 신호가 사용 가능한 경우 위성 항법 신호에 기반한 상향링크 송신 시간을 사용하여 통신하는 단계 및 위성 항법 신호가 사용 가능하지 않은 경우 하향링크 신호에 기반한 상향링크 송신 시간을 사용하여 통신하는 단계를 포함한다.

여기에서, 상향링크 송신을 위한 보호 시간을 할당할 수 있으며, 보호 시간은 상향링크 지연 시간으로 할당될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 실시예에 따른 통신 방법은 GPS 신호가 사용 가능하지 않은 경우에 단말은 하향링크 신호에 기반하여 주파수 동기화를 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 GPS 신호가 사용 가능하지 않은 경우에 하향링크 신호에 기반하여 상향링크 시간 동기화를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 상태를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 송신을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 동기화를 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 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 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 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. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

무선 통신 시스템에서, 기지국에서 이동국(단말)으로의 송신 방향은 하향 링크(downlink)라 정의되고, 단말에서 기지국으로의 송신 방향은 상향 링크(uplink)라 정의된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단말의 상태를 설명하는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단말은 위성 항법 신호, 예컨대, GPS(Global Positioning System) 신호의 수신 여부에 따라 주파수 동기화 및 상향링크 시간 동기화를 할 수 있다. 여기서, GPS 신호는 시간 동기 및 주파수 동기를 위한 정보를 포함할 수 있다.

대부분의 해양 무선 통신 시스템은 GPS 장치를 탑재하고 있다. 여기서, GPS 장치는 GPS 수신기와 GPS 발신기를 포함하며, GPS 신호는 GPS 발신기가 출력하는 신호를 의미할 수 있다. 현재까지의 통신 시스템에서는 주로 GPS 장치를 이용하여 위치 정보나 시간 정보를 획득하였다. 그런데, 점차 GPS 신호를 통신 시스템과 결합하여 사용하는 기술의 발전이 이루어지고 있다. 즉, 통신 모뎀이 GPS 장치에서 출력되는 시간 신호를 이용하여 통신 시스템간의 동기를 맞추고 주파수를 제어할 수 있다.

또한, GPS 신호가 잘 잡히지 않는 경우에도 통신 시스템은 정상적으로 동작하여야 한다. 즉, 통신 시스템은 GPS 신호를 이용하는 것이 효율적이기 때문에 GPS신호를 사용할 수 있으나, GPS 신호를 수신하지 못하는 경우에도 동작하여야 한다.

특히, 해양 통신 시스템은 GPS 신호가 잡히지 않는 경우에도 작동하여야 한다. 예컨대, 단말은 GPS 신호를 이용하여 동기를 획득하지 못한 상태에서도 기지국의 송신 신호만으로도 시간 및 주파수 동기를 획득할 수 있다. 물론, GPS 신호를 이용하는 경우보다 정확도가 떨어질 수도 있지만, 통신을 함에 있어 큰 무리가 없는 정확도를 가질 수 있다. 따라서, 단말은 해양의 환경에 따른 여러 이유로 GPS 신호에 의한 동기를 획득하지 못할 수 있고, 이러한 상황에 효율적으로 대처해야 할 필요가 있다.

단말의 모뎀 입장에서 GPS 신호를 이용하다가 갑자기 사용하지 못하게 되면, 주파수 제어 및 단말의 기준 시간 제어가 기지국 하향링크 신호를 사용하여 이루어져야 한다.

먼저, 도 1을 참조하여 주파수 제어를 살펴보면, 단말이 GPS 신호를 사용 가능한 경우에는 GPS 신호가 제공하는 클럭에서 생성된 주파수를 사용하여 주파수 제어를 수행할 수 있다. 그러나, 단말이 GPS 신호를 사용할 수 없는 경우에는 기지국의 하향링크 신호를 이용하여 자동 주파수 제어(AFC: Automatic Frequency Control)를 실시하여야 한다.

여기서, 자동 주파수 제어는 보통 작은 업데이트 상수를 활용하기 때문에 많은 추적 시간을 요구할 수 있다.

수학식1에서 보는 바와 같이, 추정된 주파수 옵셋(EFOV: Estimated Frequency Offset Value)은 그대로 보정되는 것이 아니라 업데이트 상수(C_up: Constant for update)를 곱해서 보정된다. 예를 들어, 업데이트 상수가 1/16 이라면, 적어도 16회 이상의 업데이트 후에나 정확한 주파수 보상이 이루어진다.

여기서, 문제는 업데이트 상수가 보통 매우 작다는 데에 있다. 업데이트 상수가 작아야만 정확한 주파수 보상이 이루질 수 있다. 하지만, 업데이트 상수가 작을 경우, 안정된 추적이 이루어지기 전까지 과도 시간(transient time)이 길어지는 문제점이 있다.

따라서, 과도 시간을 줄이기 위한 방법이 필요하며, 이러한 방법으로 기어 쉬프트(Gear Shift) 방식을 사용할 수 있다. 기어 쉬프트 방식은 처음에는 업데이트 상수를 매우 크게 하여 추적 속도를 빠르게 하고, 점차 업데이트 상수를 작게 하여 정확한 보정이 이루어지도록 할 수 있다.

예를 들어, 처음 업데이트에서는 업데이트 상수를 1로 하고, 그 다음 업데이트에서는 1/2, 그 다음은 1/4, 그 다음은 1/8, 그 다음은 1/16 으로 업데이트 상수를 변화시킬 수 있다. 기어 쉬프트 방식을 통하여, 과도 시간을 짧게 하면서도 추적의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 기어 쉬프트 방식은 수학식 1에서 초기값이 없거나 초기값이 유효하지 않은 경우에 사용할 수 있다. 따라서, 초기값이 유효한 값이라면 기어 쉬프트 방식을 사용하지 않을 수 있다.

더욱 상세하게는, GPS 신호가 사용 불가능한 경우, 단말의 모뎀은 이전에 사용하던 유효한 주파수 제어값인 FO(n-1) 값을 이용하여 빠르고 안정적인 자동 주파수 제어를 할 수 있다. 만약 유효한 주파수 제어값이 없거나 GPS 신호를 사용한 후에 너무 오랜 시간이 지나서 GPS 신호가 유용하지 않다고 판단되면 기어 쉬프트 방식을 사용하여 자동 주파수 제어를 수행할 수 있다.

다음으로, 도 1을 참조하여 상향링크 전송 시간의 결정을 살펴보면, GPS 신호가 사용 가능시에는 GPS 신호가 제공하는 시간 정보를 기준으로 상향링크 전송 시간을 결정할 수 있다. 그러나, 단말이 GPS 신호를 사용 불가능한 경우에는, 하향링크 신호를 이용하여 얻은 동기 시간을 기준으로 상향링크 전송 시간을 결정할 수 있다.

육상에서의 통신은 RTD(round trip delay)가 짧고, 단말의 송신 타이밍을 기지국이 관리할 수 있기 때문에, 보통 GPS신호에 상관없이 동작할 수 있다. 그러나, 해양에서의 통신은 전파 지연 시간이 매우 길고 통신이 육상에서처럼 빈번하게 일어나지 않기 때문에 육상에서의 통신과 차이점이 있다.

이에 본 발명의 실시예에 따라 단말이 상향링크 송신 시간을 제어하여 통신하는 방법은, GPS 신호의 사용 가능성을 판단하여, GPS 신호가 사용 가능한 경우 GPS 신호에 기반한 상향링크 송신 시간을 사용할 수 있다. 또한, GPS 신호가 사용 가능하지 않은 경우 하향링크 신호에 기반한 상향링크 송신 시간을 사용할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 상향링크 송신 시간 제어 방법은, GPS 신호의 사용이 불가능하면 단말이 하향링크에서 획득한 동기 시간값을 기준으로 상향링크 송신 시간값을 결정하여 사용할 수 있다.

따라서, 단말이 GPS 신호 수신 불가능 상태에서 수신 가능 상태로 전환되는 경우, 단말은 자동 주파수 제어에 의한 주파수 제어값을 저장하여 이를 활용할 수 있고, GPS 신호에 기반하여 상향링크 송신 시간을 변경할 수 있다. 또한, 단말이 GPS 신호 수신 가능 상태에서 수신 불가능 상태로 전환되는 경우, 하향링크 신호에 기반한 자동 주파수 제어를 재개하고 하향링크 신호에 따른 시간을 기준으로 상향링크 송신 시간을 변경할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크 송신을 나타내는 개념도이다.

도 2를 참조하면, 해양 무선 통신에서 상향링크 송신을 위하여 1프레임 전송 시간은 보호 시간(Guard Time)을 둘 수 있다. 예컨대, 1ms 의 보호 시간을 상향링크 데이터 신호(Uplink Data Signal)의 앞과 뒤에 두고 있는 경우 전파의 속도를 고려하면, 약 300km 의 거리까지 기지국과 단말이 통신을 할 수 있다. 즉, 해양통신에서는 기지국이 단말의 송신 시간을 주기적으로 제어하지 않기 때문에 보호 시간을 둘 수 있다.

즉, 시간적 여유는 상향링크 데이터 신호의 앞과 뒤의 1ms를 더하면 2ms 가 될 수 있고, RTD를 고려하면 300km에서 1ms의 하향링크 신호 지연 시간과 1ms의 상향링크 신호 지연 시간을 합하여 2ms 가 소요되므로 상향링크에서는 결국 1ms 의 전파 지연 시간만이 유효하게 될 수 있다.

그러나, 단말이 GPS 신호에 따른 기준 시간을 사용하는 경우 이와 다를 수 있다. 즉, 단말과 기지국이 모두 GPS 신호에 따른 기준 시간에 기반하여 동기를 맞추고 있다면, 2ms 모두를 상향링크 전송 지연 시간에 할당할 수 있다. 이렇게 하면, 기지국과 단말은 약 600km 까지도 통신을 할 수 있다. 다시 말해, 하향링크 신호의 전파 지연 시간은 무시할 수 있으므로, 더 긴 상향링크 신호의 전파 지연 시간을 확보할 수 있다.

결과적으로, 단말은 상향링크의 송신 시간의 결정에 있어서, GPS 신호에 따른 기준 시간을 이용할 수 있는 경우에는 이를 이용하고, GPS 신호에 따른 기준 시간을 이용할 수 없는 경우에는 하향링크 동기 시간을 이용함으로써 통신 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 동기화를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 단말은 GPS 신호의 사용 가능성에 기반한 주파수 제어를 통하여 통신할 수 있다.

단말은 GPS 신호의 사용 가능성을 판단할 수 있고(S300), GPS 신호가 사용 가능하다고 판단되면 GPS 신호가 제공하는 클럭(Clock)에 따른 주파수를 사용할 수 있다(S310).

단말은 GPS 신호가 사용 가능하지 않다고 판단한 경우 기지국의 하향링크 신호에 기반한 자동 주파수 제어를 통하여 제어된 주파수를 사용할 수 있다. 예컨대, 단말은 하향링크 신호에 기반한 주파수 제어값이 유효한지 확인할 수 있고(S320), 하향링크 신호에 기반한 주파수 제어값이 유효한 경우 이를 초기값으로 하여 주파수를 제어할 수 있다(S330). 또한, 하향링크 신호에 기반한 주파수 제어값이 유효하지 않을 경우, 주파수 제어값을 기어 쉬프트 방식을 사용하여 보정하고(S340), 보정된 주파수 제어값을 사용하여 주파수를 제어할 수 있다(S350). 여기서, 주파수의 제어는 추정된 주파수 오프셋을 이용하여 이전의 유효한 주파수 제어값을 보정하여 유효한 주파수 제어값을 산출하는 것을 의미할 수 있다.

상술한 바와 같은 지피에스 신호의 수신여부에 따른 통신 방법은 GPS 장치를 구비한 해양 무선 통신 시스템에서 단말이 GPS 신호에 따른 시간 및 주파수에 대한 정보를 사용 가능한 시기와 사용 불가능한 시기에 모두 효율적으로 수행될 수 있다. 특히, 단말은 GPS 신호를 수신하지 못하는 경우에 하향링크 신호에 기반한 자동 주파수 제어 및 상향링크 송신 시간의 변경을 통하여 효과적으로 기지국과 통신할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 단말이 통신하는 방법에 있어서,
   위성 항법 신호의 사용 가능성을 판단하는 단계;
   상기 위성 항법 신호가 사용 가능한 경우 상기 위성 항법 신호에 상응하는 주파수를 사용하여 통신하는 단계; 및
   상기 위성 항법 신호가 사용 가능하지 않은 경우 하향링크 신호에 기반한 자동 주파수 제어(Automatic Frequency Control)를 통하여 제어된 주파수를 사용하여 통신하는 단계를 포함하는 통신 방법.

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