KR20180117487A - Robust signal processing method against the variation of received beacon signal level in a communications system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비콘 신호 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a beacon signal processing method.
위성통신체계는 단말 대 단말 간의 통신링크가 위성중계기를 거쳐 구축되는 체계이다. 지상으로부터 약 36,000 km 고도에서 지구 궤도를 공전하는 위성은 비콘 신호를 송출하고, 지상 단말은 위성 비콘 신호를 이용하여 안테나의 빔 축과 위성의 방향이 일치하도록 정렬한다. 이에 따라, 위성으로부터 수신하는 비콘 신호의 크기가 최대가 되도록 안테나를 제어함으로써 위성추적을 수행한다. 즉, 종래의 위성추적방법은 지상 단말에서 수신하는 위성 비콘 신호의 크기가 최대가 되도록 안테나의 빔 축을 위성의 방향으로 정렬시키는 방법이다. The satellite communication system is a system in which a communication link between a terminal and a terminal is established via a satellite repeater. The satellites orbiting the earth orbit at an altitude of about 36,000 km from the ground send out beacon signals and the terrestrial terminals use satellite beacon signals to align the beam axis of the antenna and the direction of the satellite. Accordingly, satellite tracking is performed by controlling the antenna to maximize the size of the beacon signal received from the satellite. That is, the conventional satellite tracking method is a method of aligning the beam axis of the antenna in the direction of the satellite so that the size of the satellite beacon signal received at the terrestrial terminal is maximized.
높은 전송속도 및 고품질 통신링크는 비콘 신호의 수신 전력이 가장 높은 지점에서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 비콘 신호 전력의 0.1 dB 오차는, 안테나 제어에서 0.1 도의 오차를 초래할 수 있다(도 5 참조). 즉, 안테나 빔의 특성에 따라 작은 전력 변화만으로도 안테나 제어상의 오차는 크게 발생할 수 있다. 그러므로, 비콘 신호의 전력이 정확하고 안정적으로 수신되어야 하고, 이는 위성추적의 오차를 최소화하기 위해 필수적이다.A high transmission rate and a high quality communication link can be made at the point where the reception power of the beacon signal is highest. For example, a 0.1 dB error in beacon signal power can cause an error of 0.1 degrees in antenna control (see FIG. 5). That is, according to the characteristics of the antenna beam, an error in the antenna control may be largely caused by a small power change. Therefore, the power of the beacon signal must be received accurately and stably, which is necessary to minimize the error of the satellite tracking.
한편, 이 구조에서 위성추적 정확도 문제는 배제하더라도, 수신하는 위성 비콘 신호는 공간손실에 의해 감쇄되거나 장애물에 의해 단절되는 등으로 인하여 예측 불가능한 전력의 변화를 야기할 수 있다. On the other hand, even if the satellite tracking accuracy problem is excluded in this structure, the received satellite beacon signal may cause unpredictable power change due to attenuation due to space loss or disconnection due to an obstacle.
특히, 이동형 위성단말의 경우, 기동 간에 나무, 산, 바위, 건물, 터널 등 주변의 무수한 장애물로 인해 가시선(Line of Sight) 단절문제인 Blockage 가 발생할 수 있다. Especially, in the case of mobile satellite terminal, blockage which is a problem of disconnecting the line of sight may occur due to numerous obstacles such as trees, mountains, rocks, buildings, tunnels and the like.
또한, 지상 단말의 수신부는 낮은 신호는 증폭하고, 잡음은 최소한으로 증폭되도록 설계하고, RF(Radio frequency, 무선주파수) 신호를 기저대역신호로 낮추는 하향변환 구조를 이룬다. 이 구조는 장치에서 장치로 신호가 전달되는데, 이 과정에서 신호의 손실이 발생하고, 일정한 신호전력을 유지하기 위해 신호를 증폭시키는 증폭기가 사용된다. 수신부의 증폭기는 최적의 링크상태를 갖추기 위해 일정한 크기의 증폭이 이루어져야 한다. In addition, the receiving unit of the terrestrial terminal is designed to amplify a low signal, amplify noise to a minimum, and form a down conversion structure that lowers an RF (Radio Frequency) signal to a baseband signal. In this structure, a signal is transmitted from the device to the device. In this process, a loss of signal occurs and an amplifier that amplifies the signal is used to maintain a constant signal power. The amplifier of the receiving part should be amplified to a certain size in order to obtain the optimum link state.
하지만, 주변의 환경변화에 따라 증폭의 양이 변하게 된다. 특히, 온도에 의한 영향으로 인해 증폭기의 성능이 달라져 주변 환경의 변화만으로도 출력전력이 달라지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제는 증폭기 뒷단에 온도 보상 감쇄기를 배치함으로써, 온도센서로 검출된 온도에 따라 감쇄 크기를 조정하는 방법으로 일정한 전력이 출력되도록 일정부분 개선될 수도 있다. However, the amount of amplification varies depending on the surrounding environment. Particularly, since the performance of the amplifier is changed due to the influence of the temperature, there is a problem that the output power varies with the change of the surrounding environment. This problem may be improved by disposing a temperature compensating attenuator at the back of the amplifier so that a constant power is output by adjusting the attenuation size according to the temperature detected by the temperature sensor.
그러나, 모든 환경 변수(온도, 진동 등)를 예측하여 RF 장치의 출력전력이 일정하도록 설계하는 것은 제한적이고, 다양한 파라미터들을 고려한 보상설계를 위해 많은 수고와 비용이 발생한다.However, designing the output power of the RF device to be constant by predicting all environmental variables (temperature, vibration, etc.) is limited, and a lot of labor and cost are incurred for compensation design considering various parameters.
따라서, 지상 단말은 Blockage 문제로 인한 수신전력 변화문제와 RF 장치의 오작동으로 인한 수신전력 변화문제를 구분하여 대응해야 한다. 또한, 위성 비콘 신호의 수신전력 크기를 근간으로 위성추적방법이 적용되는 종래의 방법에서 RF 장치의 오작동으로 인한 수신전력 변화문제는 안정적인 위성추적을 위해 해결해야 할 사항이다.Therefore, the terrestrial terminal must distinguish between the reception power change problem due to the blockage problem and the reception power change problem due to the RF device malfunction. In addition, in the conventional method in which the satellite tracking method is applied based on the received power level of the satellite beacon signal, the problem of changing the received power due to the malfunction of the RF device is a matter to be solved for stable satellite tracking.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은, 신호 대 잡음 전력의 상대 비(SNR, Signal to Noise ratio)를 이용하여 RF 장치의 오작동으로 인한 수신이득 변화 문제에 강인하게 대응할 수 있도록 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is directed to solving the above-mentioned problems and other problems. Another object of the present invention is to provide a beacon signal that is robust to changes in the reception gain of a communication system, which can robustly cope with a problem of change in receiving gain due to malfunction of an RF device by using a signal to noise ratio (SNR) And a method for processing the same.
또한, 잡음전력의 크기를 이용하여 RF 장치의 출력전력의 변화문제를 확인함으로써 잡음전력이 일정한 상태에서 수신신호의 전력크기가 감쇄 혹은 단절되는 경우에 주변 장애물에 의한 Blockage 문제로 판단할 수 있다.Also, if the power of the received signal is attenuated or disconnected in a state where the noise power is constant, the problem of blockage due to the surrounding obstacles can be determined by confirming the problem of changing the output power of the RF device by using the magnitude of the noise power.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 위성으로부터 입력 받은 비콘 신호를 디지털 변환하는 단계; (b) 상기 디지털 변환된 비콘 신호를 주파수 영역으로 변환하여, 상기 비콘 신호의 신호 전력과 잡음 전력을 검출하는 단계; 및 (c) 상기 신호 전력과 잡음 전력에 대한, 신호 대 잡음 전력의 상대 비(SNR, Signal to Noise ratio)를 산출하여, 상기 위성을 추적하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of transmitting a beacon signal, the method comprising: (a) digitally converting a beacon signal received from a satellite; (b) converting the digitally converted beacon signal into a frequency domain, and detecting a signal power and a noise power of the beacon signal; And (c) calculating a signal to noise ratio (SNR) between the signal power and the noise power, and tracking the satellite. A beacon signal processing method robust to a gain change is provided.
실시 예에 있어서, 상기 (a) 단계는, 상기 비콘 신호를 중심으로 디지털 대역통과필터를 적용하여 잡음 성분을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step (a) may include removing a noise component by applying a digital bandpass filter around the beacon signal.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 적용하여 상기 디지털 변환된 비콘 신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계;를 포함할 수 있다. In another embodiment, the step (b) may include a step of converting the digitally converted beacon signal into a frequency domain by applying an FFT (Fast Fourier Transform) operation.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 주파수 영역의 관심대역 내에서 최대 전력을 가지는 신호를, 상기 신호 전력으로 검출하는 단계;를 포함할 수 있다. In another embodiment, the step (b) may include detecting a signal having a maximum power within the band of interest in the frequency domain as the signal power.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 FFT 연산 결과로 인해 상기 신호 전력이 주변 스펙트럼으로 퍼지는 현상(spectral leakage)과 지상 단말 플랫폼의 기동 및 상기 위성의 운동에 의한 도플러 효과를 고려하여, 신호가 발생할 수 있는 주파수 대역을 벗어난 대역에서의 전력을, 상기 잡음 전력으로 검출하는 단계;를 포함할 수 있다. In yet another embodiment, the step (b) includes considering a spectral leakage phenomenon due to the result of the FFT operation, a start of the terrestrial terminal platform, and a Doppler effect due to the motion of the satellite And detecting power in a band out of a frequency band at which a signal can be generated as the noise power.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 (b) 단계는, 상기 잡음 전력과 기 설정된 전력 레벨을 비교하여, RF 장치의 이득을 조정하는 단계;를 포함할 수 있다. In yet another embodiment, the step (b) may include adjusting the gain of the RF device by comparing the noise power with a predetermined power level.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 신호 전력 및 상기 신호 대 잡음 전력이 증가하도록 안테나를 제어하여, 상기 위성을 추적하는 단계;를 포함할 수 있다. In another embodiment, the step (c) may include: controlling the antenna to increase the signal power and the signal-to-noise power to track the satellite.
또 다른 실시 예에 있어서, 상기 비콘 신호의 세기가 약해지는 경우 상기 잡음 전력의 변화 여부를 판단하여, RF 장치의 출력변화에 의한 문제여부 또는 Blockage 및 위성추적 오차에 의한 문제여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다. Determining whether there is a problem due to a change in output of the RF device or a problem due to a blockage and a satellite tracking error if the beacon signal intensity is weakened; As shown in FIG.
본 발명에 따른 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the beacon signal processing method robust to the change of the reception gain of the communication system according to the present invention will be described as follows.
시스템수신이득 변화로 인해 RF 장치의 출력전력이 변하더라도 신호전력과 동시에 잡음전력도 같이 변하므로, 신호 대 잡음전력의 상대비는 항상 일정하게 된다. 이에 따라, RF 장치의 출력전력 변화에 무관하게 위성 추적을 수행할 수 있다.Even if the output power of the RF device changes due to the change in the system receive gain, the noise power changes simultaneously with the signal power, so that the contrast of the signal to noise power is always constant. As a result, satellite tracking can be performed irrespective of changes in the output power of the RF device.
또한, 비콘 신호의 수신세기가 약해진 상황에서 잡음 전력의 변화 여부를 통해 RF 장치의 출력변화에 의한 문제인지, Blockage 및 위성추적 오차에 의한 문제인지를 판단함으로써 위성추적 및 시스템 차원에서의 대응 방향을 제시할 수 있다.Also, it is possible to determine whether the problem is caused by the output change of the RF device through the change of the noise power, the blockage, and the satellite tracking error in the situation where the reception intensity of the beacon signal is weak. Can be presented.
잡음전력을 검출 및 모니터링 함으로써, 온도 등 주변 환경 변화 및 장기간 운용에 따른 장비 노후화로 인한 RF 장치의 이득 및 감쇄 변화를 감지할 수 있다. 이를 통해, 비콘 신호 전력의 변화 요인이 RF 장치에 있음을 판단하는 BIT(Built-in Test, 자기진단기능) 기능도 수행할 수 있다.By detecting and monitoring the noise power, it is possible to detect changes in the gain and attenuation of the RF device due to the deterioration of equipment due to changes in the surrounding environment such as temperature and long-term operation. In this way, the BIT (Built-in Test, self-diagnosis function) function can be performed to determine whether the change factor of the beacon signal power is present in the RF device.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the following detailed description. It should be understood, however, that the detailed description and specific examples, such as the preferred embodiments of the invention, are given by way of illustration only, since various changes and modifications within the spirit and scope of the invention will become apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 수신부의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법의 실시 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 위성추적을 위한 비콘 신호 수신 방법을 종래의 방법과 비교 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 FFT 연산과정에서 발생하는 spectral leakage 현상을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 비콘 신호 수신세기를 이용한 위성추적 오차 산출방법의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a beacon signal receiving unit robust to reception gain variation according to the present invention.
2 is a flowchart for explaining an embodiment of a beacon signal processing method robust to reception gain variation according to the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method of receiving a beacon signal for satellite tracking according to the present invention, in comparison with a conventional method.
4 is a conceptual diagram for explaining a spectral leakage phenomenon occurring in an FFT calculation process.
5 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a satellite tracking error calculation method using beacon signal reception intensity.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or similar components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 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.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
도 1은 본 발명에 따른 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 수신부의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a beacon signal receiving unit robust to reception gain variation according to the present invention.
다음의 수학식 1과 같이 위성체에서 송신되는 비콘 신호는 자유공간 손실과 안테나 및 RF 장치의 시스템 수신이득 과정을 거쳐 비콘 수신기로 수신된다. 비콘 수신기는 사전 획득된 비콘 신호 최대수신전력을 이용하여 위성추적장치에 추적오차를 제공한다. As shown in Equation (1), the beacon signal transmitted from the satellite is received by the beacon receiver through the free space loss and the system receive gain process of the antenna and the RF device. The beacon receiver uses the previously acquired beacon signal maximum received power to provide a tracking error to the satellite tracking device.
이때, PS는 위성중계기의 비콘 신호 송신 전력, L은 자유공간 손실, GANT는 지상 단말 안테나 이득, GRX는 지상 단말 RF 장치 수신이득, PRXmax는 위성추적을 위한 비콘 신호 최대 수신 전력을 의미한다. In this case, P S is the beacon signal transmission power of the satellite repeater, L is the free space loss, G ANT is the terrestrial terminal antenna gain, G RX is the terrestrial terminal RF device receiving gain, and P RXmax is the maximum receiving power it means.
하지만, 다음의 수학식 2와 같이 주변 온도변화에 의해 RF 장치 내 수신이득이 낮아지는 경우가 발생할 수 있다. However, the reception gain in the RF device may be lowered due to the ambient temperature change as shown in Equation (2).
이때, G' RX는 온도 변화에 의해 변화된 지상 단말 RF 장치 수신이득을 의미한다. In this case, G ' RX denotes a ground terminal RF device reception gain changed by a temperature change.
이로 인해 다음의 수학식 3과 같이 비콘 신호가 최대로 수신되는 방향으로 안테나를 지향하여 위성체를 정확히 지향하였음에도 불구하고, 위성추적장치가 위성을 재추적하는 상황이 발생할 수 있다. 결국, 시스템수신이득 변화에 의해 위성추적 실패 및 위성통신링크 제공이 어려울 수 있다.As a result, the satellite tracking device may retrace the satellite despite the fact that the beacon signal is directed to the antenna in the direction in which the beacon signal is maximally received, as shown in Equation 3 below. As a result, satellite tracking failures and satellite communication link failures can be difficult due to system receive gain variation.
본 발명은 비콘 신호의 수신세기와 동시에 잡음세기를 측정하여 신호 대 잡음전력의 상대비를 이용한 위성추적을 수행함으로써 RF 장치의 오작동으로 인한 수신이득 변화문제에 강인하게 대응할 수 있다. The present invention can cope with the problem of changing the receiving gain due to the malfunction of the RF device by performing the satellite tracking using the contrast of the signal-to-noise power by measuring the noise intensity simultaneously with the reception intensity of the beacon signal.
또한, 잡음전력의 크기를 이용하여 RF 장치의 출력전력의 변화문제를 확인함으로써 잡음전력이 일정한 상태에서 수신신호의 전력크기가 감쇄 혹은 단절되는 경우에 주변 장애물에 의한 Blockage 문제로 판단할 수 있다.Also, if the power of the received signal is attenuated or disconnected in a state where the noise power is constant, the problem of blockage due to the surrounding obstacles can be determined by confirming the problem of changing the output power of the RF device by using the magnitude of the noise power.
기동간 위성을 추적하는 위성단말은 운용 간에 크게 3가지 원인으로 비콘 세기가 감소하는 상황이 발생할 수 있다. There are three main reasons for the decrease in the beacon strength among the satellite terminals tracking the launching satellites.
먼저, 지상 단말 안테나와 위성 사이의 채널에 장애물로 인한 Blockage 가 발생하여 신호가 감쇄 및 단절되는 상황이 있다. 다른 하나는 지상 단말 플랫폼에 가해진 외란으로 인해 안테나의 추적오차가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 마지막 하나는 주변 환경 변화, 특히, 온도변화로 인한 지상 단말 RF 장치의 오작동으로 발생하는 이득 변화 문제이다.First, blockage due to obstacles occurs in the channel between the terrestrial terminal antenna and the satellite, and the signal is attenuated and disconnected. The other is that the disturbance applied to the terrestrial terminal platform can be regarded as a tracking error of the antenna. The last one is the problem of gain variation caused by ambient environment change, especially malfunction of terrestrial RF equipment due to temperature change.
Blockage 및 외란으로 인한 추적오차로 발생하는 신호세기 변화문제는 채널코딩, 센서, 위성추적알고리즘 등 복합적인 요인들로 인해 시스템 차원에서 발생하는 문제이므로, 본 발명에서는 논하지 않는다. 하지만, RF 장치의 오작동으로 인한 비콘 신호 세기의 변화문제는 위성 비콘 신호의 전력을 근간으로 위성을 추적하는 시스템 특성상 제거 되어야할 문제이다. 심지어 이러한 문제는 이동형 단말이 아닌 경우에도 발생할 수 있다. The problem of signal intensity change due to blockage and tracking error due to disturbance is a problem occurring at the system level due to a combination of factors such as channel coding, a sensor, and a satellite tracking algorithm. However, the problem of change of beacon signal intensity due to RF device malfunction is a problem that should be removed due to the nature of the satellite tracking system based on the power of the satellite beacon signal. Even this problem can occur even if it is not a mobile terminal.
이를 해결하기 위해 본 발명에서 제안한 비콘 수신기는 도 2와 같이 비콘 신호를 처리할 수 있다. To solve this problem, the beacon receiver proposed in the present invention can process a beacon signal as shown in FIG.
도 2는 본 발명에 따른 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법의 실시 예를 설명하기 위한 순서도이다. 2 is a flowchart for explaining an embodiment of a beacon signal processing method robust to reception gain variation according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제안한 비콘 수신기는 위성으로부터 아날로그 비콘 신호를 입력 받고, 입력된 신호를 디지털 신호로 변환한다. Referring to FIG. 2, the beacon receiver proposed in the present invention receives an analog beacon signal from a satellite and converts the input signal into a digital signal.
비콘 신호를 중심으로 디지털 대역통과필터를 적용하여 고조파(harmonics), 불요파(spur) 등 잡음성분을 제거한다. FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 위해 정해진 수만큼 디지털신호의 샘플을 수집하고, window 함수를 적용하여 수집된 샘플 집단의 양끝 샘플에 의한 spectral leakage 성분을 감소시킨다. window가 적용된 샘플 집단 단위로 FFT 연산을 하여 주파수 영역으로 변환하고, 관심대역 내에서 가장 큰 전력을 가지는 신호를 비콘 신호로 검출한다.A digital bandpass filter is applied around the beacon signal to remove harmonics, spur, and other noise components. A predetermined number of samples of the digital signal are collected for Fast Fourier Transform (FFT) operations, and a window function is applied to reduce spectral leakage components due to samples of the collected samples. window is transformed into a frequency domain by performing an FFT operation on a sample group basis, and a signal having the largest power in the band of interest is detected as a beacon signal.
본 발명은 도 1 및 도 2와 같이, 신호 대 잡음전력의 상대 비(SNR, Signal to Noise ratio)를 이용한 위성추적방법을 제안한다. 이는 증폭기가 신호 이외에 잡음도 동시에 동일한 크기로 증폭시키는 특징을 이용한 것이다. RF 장치 내에 증폭기는 위성단말 안테나를 통해 미약하게 입력된 신호를 일정한 크기로 증폭하여 장치 내 경로에서의 감쇄를 보상하는 역할을 한다. As shown in FIGS. 1 and 2, the present invention proposes a satellite tracking method using a signal to noise ratio (SNR). This is because the amplifier amplifies the noise as well as the signal at the same time. In the RF device, the amplifier amplifies a weakly input signal through a satellite terminal antenna to a certain size, and compensates for attenuation in the path in the device.
하지만, 지상 단말의 주변 환경 변화로 인해 RF 장치의 출력결과가 달라질 수 있다. 특히, 온도에 따른 특성변화로 인해 RF 장치는 온도 보상 감쇄기와 같은 소자를 사용하는데, 정밀하고 정확한 보상에는 제한이 따른다. However, the output result of the RF device may be changed due to the change of the surrounding environment of the terrestrial terminal. In particular, due to temperature-dependent changes in characteristics, RF devices use devices such as temperature-compensated attenuators, which have limitations in precise and accurate compensation.
따라서, 신호 대 잡음전력의 상대비를 이용하여 RF 장치의 이득변화로 인한 위성 비콘 신호의 수신세기 변화문제를 해결한다. Therefore, the problem of changing the reception intensity of the satellite beacon signal due to the gain change of the RF device is solved by using the phase contrast of the signal-to-noise power.
도 3은 본 발명에 따른 위성추적을 위한 비콘 신호 수신 방법을 종래의 방법과 비교 설명하기 위한 개념도이다. FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method of receiving a beacon signal for satellite tracking according to the present invention, in comparison with a conventional method.
도 3과 같이 지상 단말 플랫폼의 기동 및 위성의 8자 운동에 의한 도플러효과로 인해 주파수 오프셋 문제도 발생한다. 따라서, 스펙트럼 상에서 파형을 분석하여, 신호 전력의 퍼짐 현상으로 인한 영향을 받지 않으면서 주파수 오프셋 범위를 벗어난 특정 주파수 영역을 결정하고, 해당 주파수에서의 전력을 잡음전력으로 검출한다. As shown in FIG. 3, the frequency offset problem also occurs due to the Doppler effect caused by the 8-character motion of the satellite and the start of the terrestrial terminal platform. Therefore, by analyzing the waveform on the spectrum, a specific frequency region outside the frequency offset range is determined without being influenced by the spreading of the signal power, and the power at the frequency is detected as the noise power.
이를 통해, RF 장치 내 증폭기의 출력세기가 달라지더라도 신호와 잡음전력은 동시에 변화하게 되므로, 신호 대 잡음전력의 비는 일정하게 나타난다. 따라서, 신호 대 잡음전력의 상대비를 이용함으로써 RF 장치의 이득 및 감쇄 변화에 무관하게 위성 추적을 수행할 수 있다.As a result, even if the output power of the amplifier in the RF device changes, the signal to noise power changes simultaneously, so that the ratio of the signal to noise power is constant. Thus, by using the phase contrast of the signal-to-noise power, satellite tracking can be performed regardless of the gain and attenuation changes of the RF device.
도 4는 FFT 연산과정에서 발생하는 spectral leakage 현상을 설명하기 위한 개념도이다. 4 is a conceptual diagram for explaining a spectral leakage phenomenon occurring in an FFT calculation process.
도 4를 참조하면, FFT 연산 결과는 비콘 신호의 전력이 주변 스펙트럼으로 퍼지는 spectral leakage 문제가 발생한다. 이로 인해, 신호의 주파수 부근에서는 온전한 잡음전력을 검출할 수 없다. Referring to FIG. 4, the FFT operation results in a spectral leakage problem in which the power of the beacon signal spreads to the surrounding spectrum. As a result, it is impossible to detect a perfect noise power near the frequency of the signal.
따라서, 누수된 전력이 잡음전력 이하로 떨어지는 주파수까지 오프셋 하여 해당 주파수의 전력을 측정함으로써, 비콘 신호의 전력에 영향을 받지 않고 잡음전력을 측정할 수 있다.Therefore, the noise power can be measured without being affected by the power of the beacon signal by measuring the power of the corresponding frequency by offsetting to the frequency at which the leaked power falls below the noise power.
다시 도 2를 참조하면, 검출된 잡음 전력이 온도변화 시험을 통해 사전 획득된 전력레벨과 동일한지 판단한다. 그 결과로 잡음 전력의 변화가 있으면, RF 장치의 이득 및 감쇄 크기가 변해서 나타난 출력변화로 판단한다. 그리고 이 경우가 이득 조정범위 이내에 있으면 이득을 조정하고, 그렇지 않으면 장치에 고장이 발생했다고 판단할 수 있다.Referring again to FIG. 2, it is determined whether the detected noise power is equal to the power level pre-acquired through the temperature change test. As a result, if there is a change in the noise power, it is judged that the output change is due to changes in the gain and attenuation magnitude of the RF device. If this case is within the gain adjustment range, the gain is adjusted, and otherwise, it can be determined that a failure has occurred in the device.
마지막으로 검출된 비콘 신호의 전력과 잡음 전력에 대한 상대비인 SNR을 산출하여 이를 이용한 위성 추적을 수행한다. 이때, 비콘 신호의 SNR은 비콘 신호의 크기와 비례하므로 위성 추적을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 온도 등의 변화에 의한 수신장치의 이득의 변화에 대한 영향을 없앨 수 있다. 위성추적은 위성으로부터 수신하는 비콘 신호 전력과 수신기에서 측정되는 잡음전력을 근간으로 이루어진다. Finally, SNR, which is the relative ratio of the power of the detected beacon signal to the noise power, is calculated and satellite tracking using the calculated SNR is performed. At this time, since the SNR of the beacon signal is proportional to the size of the beacon signal, not only the satellite tracking can be performed, but also the influence of the change of the gain of the receiving apparatus due to the change of the temperature can be eliminated. Satellite tracking is based on the beacon signal power received from the satellite and the noise power measured by the receiver.
도 5는 비콘 신호 수신세기를 이용한 위성추적 오차 산출방법의 실시 예를 설명하기 위한 개념도이다. 5 is a conceptual diagram for explaining an embodiment of a satellite tracking error calculation method using beacon signal reception intensity.
도 5를 참조하면, 지상 단말 안테나 빔 축이 위성의 방향과 일치하도록 정렬하면 위성으로부터 수신하는 비콘 신호의 전력과 SNR은 최대가 되고, 이 때 추적각도오차는 0 deg 라고 가정할 수 있다. 따라서, 비콘 신호 전력 및 SNR이 증가하는 방향으로 안테나를 제어하여 위성을 추적할 수 있다.Referring to FIG. 5, if the terrestrial terminal antenna beam axis is aligned with the direction of the satellite, the power and SNR of the beacon signal received from the satellite are maximized, and the tracking angle error is assumed to be 0 deg. Therefore, the satellite can be tracked by controlling the antenna in the direction of increasing beacon signal power and SNR.
본 발명에 따른 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effect of the beacon signal processing method robust to the change of the reception gain of the communication system according to the present invention will be described as follows.
시스템수신이득 변화로 인해 RF 장치의 출력전력이 변하더라도 신호전력과 동시에 잡음전력도 같이 변하므로, 신호 대 잡음전력의 상대비는 항상 일정하게 된다. 이에 따라, RF 장치의 출력전력 변화에 무관하게 위성 추적을 수행할 수 있다.Even if the output power of the RF device changes due to the change in the system receive gain, the noise power changes simultaneously with the signal power, so that the contrast of the signal to noise power is always constant. As a result, satellite tracking can be performed irrespective of changes in the output power of the RF device.
또한, 비콘 신호의 수신세기가 약해진 상황에서 잡음 전력의 변화 여부를 통해 RF 장치의 출력변화에 의한 문제인지, Blockage 및 위성추적 오차에 의한 문제인지를 판단함으로써 위성추적 및 시스템 차원에서의 대응 방향을 제시할 수 있다.Also, it is possible to determine whether the problem is caused by the output change of the RF device through the change of the noise power, the blockage, and the satellite tracking error in the situation where the reception intensity of the beacon signal is weak. Can be presented.
잡음전력을 검출 및 모니터링 함으로써, 온도 등 주변 환경 변화 및 장기간 운용에 따른 장비 노후화로 인한 RF 장치의 이득 및 감쇄 변화를 감지할 수 있다. 이를 통해, 비콘 신호 전력의 변화 요인이 RF 장치에 있음을 판단하는 BIT(Built-in Test, 자기진단기능) 기능도 수행할 수 있다.By detecting and monitoring the noise power, it is possible to detect changes in the gain and attenuation of the RF device due to the deterioration of equipment due to changes in the surrounding environment such as temperature and long-term operation. In this way, the BIT (Built-in Test, self-diagnosis function) function can be performed to determine whether the change factor of the beacon signal power is present in the RF device.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, , And may also be implemented in the form of a carrier wave (e.g., transmission over the Internet). Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (8)
(b) 상기 디지털 변환된 비콘 신호를 주파수 영역으로 변환하여, 상기 비콘 신호의 신호 전력과 잡음 전력을 검출하는 단계; 및
(c) 상기 신호 전력과 잡음 전력에 대한, 신호 대 잡음 전력의 상대 비(SNR, Signal to Noise ratio)를 산출하여, 상기 위성을 추적하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법. (a) digitally converting a beacon signal received from a satellite;
(b) converting the digitally converted beacon signal into a frequency domain, and detecting a signal power and a noise power of the beacon signal; And
(c) calculating a signal-to-noise ratio (SNR) between the signal power and the noise power to track the satellite, A method for processing a beacon signal that is robust to change.
상기 (a) 단계는,
상기 비콘 신호를 중심으로 디지털 대역통과필터를 적용하여 잡음 성분을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법. The method according to claim 1,
The step (a)
And removing a noise component by applying a digital band-pass filter around the beacon signal.
상기 (b) 단계는,
FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 적용하여 상기 디지털 변환된 비콘 신호를 주파수 영역으로 변환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
The step (b)
And transforming the digitally converted beacon signal into a frequency domain by applying an FFT (fast Fourier transform) operation to the beacon signal.
상기 (b) 단계는,
상기 주파수 영역의 관심대역 내에서 최대 전력을 가지는 신호를, 상기 신호 전력으로 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법.The method of claim 3,
The step (b)
And detecting a signal having the maximum power within the band of interest in the frequency domain with the signal power.
상기 (b) 단계는,
상기 FFT 연산 결과로 인해 상기 신호 전력이 주변 스펙트럼으로 퍼지는 현상(spectral leakage)과 지상 단말 플랫폼의 기동 및 상기 위성의 운동에 의한 도플러 효과를 고려하여, 신호가 발생할 수 있는 주파수 대역을 벗어난 대역에서의 전력을, 상기 잡음 전력으로 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법.5. The method of claim 4,
The step (b)
Considering spectral leakage of the signal power due to the FFT operation result and the Doppler effect due to the start of the ground terminal platform and the motion of the satellite, And detecting power with the noise power. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 (b) 단계는,
상기 잡음 전력과 기 설정된 전력 레벨을 비교하여, RF 장치의 이득을 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법.6. The method of claim 5,
The step (b)
And comparing the noise power with a preset power level to adjust a gain of the RF device.
상기 (c) 단계는,
상기 신호 전력 및 상기 신호 대 잡음 전력이 증가하도록 안테나를 제어하여, 상기 위성을 추적하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법. The method according to claim 1,
The step (c)
And controlling the antenna to increase the signal power and the signal-to-noise power so as to track the satellite. 2. The beacon signal processing method according to claim 1,
상기 비콘 신호의 세기가 약해지는 경우 상기 잡음 전력의 변화 여부를 판단하여, RF 장치의 출력변화에 의한 문제여부 또는 Blockage 및 위성추적 오차에 의한 문제여부를 판단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템의 수신이득 변화에 강인한 비콘 신호 처리 방법.The method according to claim 1,
Determining whether the noise power is changed when the intensity of the beacon signal is weak and determining whether there is a problem due to a change in output of the RF device or a problem due to blockage and satellite tracking error, The beacon signal processing method robust to the change of the reception gain of the communication system.
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