KR20220002764A - 초저전력 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

초저전력 데이터 전송 방법 및 장치가 개시된다. 위성을 이용한 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 방법은 전송 패킷을 구성하는 페이로드(Payload)를 채널 부호화 하는 단계; 상기 채널 부호화된 페이로드를 인터리빙(Interleaving) 하는 단계; 상기 인터리빙된 페이로드를 골드 코드(Gold code) 및 직교 가변 확산 인자(Orthogonal Variable Spreading Factor, OVSF)를 이용하여 확산시키는 단계; 상기 확산된 페이로드에 상기 골드 코드 및 직교 가변 확산 인자를 이용하여 확산된 동기화 헤더(Synchronization header, SHR)를 결합하는 단계; 및 상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

초저전력 데이터 전송 방법 및 장치{ULTRA LOW POWER DATA TRANSMISSION METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 지상 네트워크에서 활용되는 각종 센서에서 수집된 작은 크기의 데이터를 지상 및 위성 링크를 통해 전세계 어디서나 게이트웨이로 전송할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 주목을 받고 있는 5G 통신에서는 대규모의 사물 인터넷을 수용할 수 있는 네트워크 구축이 요구사항으로 포함되어 있다. 지상의 대규모 사물 인터넷 객체(일종의 사용자 단말)들은 각종 수집된 데이터 또는 그들의 상태 데이터 정보를 게이트웨이로 전송할 때 기존의 네트워크 프로토콜이 아닌 임의의 접속방식의 형태를 가지는 것이 특징이다.
아울러, 이러한 사물 인터넷 객체들이 도심지가 아닌 지상 네트워크가 닿지 않는 해양이나 산간지역에 위치하는 경우 위성 네트워크를 통해 게이트웨이와 접속이 가능하다. 기존의 위성 네트워크의 경우, 대부분 사용자 단말이 게이트웨이에 접속할 때 시간 및 주파수 자원을 할당 받아 접속을 시도하였다. 또는 초기 접속 시 경쟁 기반의 임의 접속 방식을 채택하였지만 이러한 경우 사용자 단말의 수가 많지 않는 경우를 가정하였다.
사용자 단말의 수가 증가하는 경우 시간 및 주파수 영역에서 사용자 단말 간 채널을 분리하지 않는 경우 데이터의 수신 성공 확률이 낮아져 데이터 재전송 등의 추가적인 동작이 필요하다. 이러한 데이터 재전송 등은 절차에 따라 데이터 전송 지연 및 지상-위성 간의 지연시간 등을 포함한 많은 시간 지연이 발생하여 서비스 제한이 발생하였다. 그러나 위성 IoT (Internet of Thing) 서비스에서는 게이트웨이에서 데이터 수신을 하지 못하는 경우 데이터 재전송을 요구하지 않는 서비스가 존재할 수 있다. 즉, 서비스가 시간 지연과 관계없이 사용자 단말의 상태 정보와 위치 정보 등 사용자가 필요로 하는 데이터를 전송하는 것을 고려할 수 있다.
본 발명은 지상 네트워크와 접속이 가능하고, 지상 네트워크가 없는 지역에서는 위성을 이용하여 데이터를 전송하는 초저전력 데이터 전송 시스템에 관한 것으로, 매우 낮은 SNR 환경에서 전송효율을 개선할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 대규모의 소형 위성 IoT 단말이 구축된 망에서 IoT 단말이 저전력 기반의 임의 접속을 하는 경우, 수신 수율을 높일 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 방법은 위성 네트워크 및 지상 네트워크를 통해 각각의 하향 링크 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 하향 링크 신호들 각각의 수신 전력을 식별하는 단계; 및 상기 식별된 하향 링크 신호들의 수신 전력에 기초하여 상기 위성 네트워크 및 지상 네트워크 중 어느 하나의 네트워크를 통해 수집된 데이터를 게이트웨이로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 전송하는 단계는 전송하고자 하는 네트워크의 종류에 따라 서로 다른 채널 부호 및 프리엠블 시퀀스를 사용할 수 있다.
상기 전송하는 단계는 상기 식별된 하향 링크 신호들의 수신 전력에 기초하여 보다 큰 수신 전력을 가지는 하향 링크 신호에 대응하는 네트워크를 통해 수집된 데이터를 전송할 수 있다.
상기 전송하는 단계는 상기 위성 네트워크를 통해 수집된 데이터를 전송하는 경우, 위성으로부터 수신된 제어 정보 및 파일롯 신호를 포함하는 하향 링크 신호를 통해 도플러 주파수 오차 및 반송파 주파수 오차에 대응하는 채널 오차 정보를 추정하는 단계; 상기 추정된 채널 오차 정보에 기초하여 상기 도플러 주파수 오차 및 반송파 주파수 오차를 보상하기 위한 전송 방식을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 전송 방식을 이용하여 상기 추정된 채널 오차 정보를 선 보정함으로써 상기 위성 네트워크를 통해 상기 수집된 데이터를 게이트웨이로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전송 방식은 변조 방식, 채널 부호율 및 전송 파워 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 방법은 위성 네트워크를 통해 수집된 데이터를 전송하는 경우, 임의의 길이를 가지는 전송 패킷을 구성하는 페이로드(Payload)를 채널 부호화 하는 단계; 상기 채널 부호화된 페이로드를 인터리빙(Interleaving) 하는 단계; 상기 인터리빙된 페이로드를 골드 코드(Gold code) 및 직교 가변 확산 인자(Orthogonal Variable Spreading Factor, OVSF)를 이용하여 확산시키는 단계; 상기 전송 패킷을 구성하는 동기화 헤더(Synchronization HeadeR, SHR)의 프리앰블 시퀀스를 상기 골드 코드 및 직교 가변 확산인자를 이용하여 확산시키는 단계; 상기 확산된 페이로드에 상기 확산된 프리엠블 시퀀스를 포함하는 동기화 헤더를 결합하는 단계; 및 상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 채널 부호화하는 단계는 길쌈부호(Convolutional Code) 및 터보 코드(Turbo Code) , LDPC 코드(Low Density Parity Check Code), 폴라 코드(Polar Code) 중 적어도 하나의 채널 부호를 이용하여 상기 전송 패킷을 구성하는 페이로드를 채널 부호화 할 수 있다.
상기 변조하는 단계는 위성으로부터 수신된 하향 링크 신호의 세기 또는 주변 지상 네트워크의 가용성에 따라 상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 차등 변조할 수 있다.
상기 변조하는 단계는 코히어런트(Coherent) PI/2 BPSK 변조 방식을 통해 상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조할 수 있다.
상기 변조된 전송 패킷을 상기 위성을 통해 지상 네트워크의 게이트웨이(Gateway)로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전송하는 단계는 대역 확산 알로하(Spread spectrum aloha) 방식을 이용하여 상기 변조된 전송 패킷을 게이트웨이로 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 초저전력 데이터 전송 시스템의 게이트웨이가 수행하는 초저전력 데이터 수신 방법은 위성을 통해 수신된 전송 패킷의 프리앰블(Preamble)을 이용하여 상기 전송 패킷을 식별하는 단계; 상기 식별된 전송 패킷에 코스 동기화(Coarse synchronization)를 수행하는 단계; 상기 코스 동기화가 수행된 전송 패킷을 역확산시키는 단계; 상기 역확산된 전송 패킷에 파인 동기화(Fine synchronization)을 수행하는 단계; 상기 파인 동기화가 수행된 전송 패킷의 LLR(Log Likelihood Ratio)을 계산하는 단계; 상기 계산된 LLR에 기초하여 상기 전송 패킷을 역인터리빙(De-interleaving) 하는 단계; 및 상기 역인터리빙된 전송 패킷을 채널 복호화 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위성을 통해 수신된 전송 패킷은 길쌈부호, 터보 코드(turbo code), LDPC 코드, 폴라코드 등을 이용하여 상기 전송 패킷을 구성하는 페이로드가 채널 부호화 될 수 있다.
상기 위성을 통해 수신된 전송 패킷은 차등(Differential) 변조 방식 또는 코히어런트(Coherent) PI/2 BPSK 변조 방식을 통해 변조될 수 있다.
본 발명은 지상 네트워크와 접속이 가능하고, 지상 네트워크가 없는 지역에서는 위성을 이용하여 데이터를 전송하는 초저전력 데이터 전송 시스템에 관한 것으로, 매우 낮은 SNR 환경에서 전송효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 대규모의 소형 위성 IoT 단말이 구축된 망에서 IoT 단말이 저전력 기반의 임의 접속을 하는 경우, 수신 수율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위성 및 지상 네트워크를 이용한 사물인터넷(Internet of Thing, IoT) 접속 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위성과 IoT 단말 간의 전송 프로토콜을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위성을 이용한 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위성을 이용한 초저전력 데이터 전송 시스템의 게이트웨이가 수행하는 초저전력 데이터 수신 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 검출기 설계 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 위성 및 지상 네트워크를 이용한 사물인터넷(Internet of Thing, IoT) 접속 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 위성을 통한 글로벌 자산 추적 서비스를 설명할 수 있다. 글로벌 운송 회사는 국제 무역을 위해 운송 컨테이너를 추적할 수 있는 모니터링 시스템을 구축할 필요가 있다. 이를 위해 IoT 단말기는 화물 컨테이너의 일측에 부착되어 위성을 통해 지상 네트워크에 위치한 게이트웨이로 현재의 위치 정보와 상태 정보를 임의의 시각에 알릴 수 있다.
일반적으로 지상 네트워크가 좋은 환경인 경우, IoT 단말기는 지상 IoT 전송 기법을 통해 데이터를 게이트웨이로 직접 전송할 수 있다. 이와는 달리 화물 컨테이너가 해상 선박에 탑승한 경우와 같이 지상 네트워크의 범위를 벗어난 경우, IoT 단말기는 위성을 통해 릴레이 형태로 수집된 데이터를 게이트웨이로 전송할 수 있다.
한편, IoT 단말은 위성 네트워크와 지상 네트워크가 동일한 주파수 대역을 사용하는 경우 1개의 전송 모뎀을 사용하고, 서로 다른 주파수 대역을 사용하는 경우 2개의 모뎀을 사용하여 데이터 전송을 수행할 수 있다. 이때, IoT 단말은 외부에서 수신된 신호들의 전력을 식별한 후 전력의 크기가 큰 신호가 지상 네트워크의 신호인지 또는 위성 네트워크의 신호인지를 구분할 수 있다. 이러한 구분은 위성 네트워크와 지상 네트워크가 서로 다른 주파수 대역인 경우 IoT 단말의 아날로그 수신단에서 구분이 되고, 동일 주파수 대역인 경우 각 네트워크의 네트워크 ID 정보를 추출하여 결정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위성과 IoT 단말 간의 전송 프로토콜을 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 우선 위성은 지상의 IoT 단말을 깨우기 위해 순방향링크(위성에서 IoT 단말로 송신하는 링크)로 파일롯 신호와 소량의 제어 신호(ex 네트워크 ID 정보)를 포함하는 하향 링크 신호를 IoT 단말로 송신할 수 있다. 이때 위성에서 IoT 단말로 수신되는 하향 링크 신호는 주파수 오차 및 채널 오차에 강인한 신호여야 하므로 첩 신호(chirp signal)의 형태를 가질 수 있다.
IoT 단말은 위성으로부터 수신된 하향 링크 신호에 기초하여 자신의 정보를 전송할지 유무를 결정할 수 있다. 일례로, IoT 단말은 위성 네트워크와 지상 네트워크를 통해 각각 수신된 하향 링크 신호의 수신 전력을 식별하고, 지상 네트워크를 통해 수신된 하향 링크 신호의 수신 전력보다 위성 네트워크를 통해 수신된 하향 링크 신호의 수신 전력이 더 큰 경우, 위성 네트워크를 통해 자신의 정보, 즉 센서 등을 통해 수집된 정보를 전송하는 것으로 결정할 수 있다.
이후 IoT 단말은 순방향링크를 통해 수신된 파일롯 신호를 이용하여 도플러 주파수 오차 및 반송파 주파수 오차 등에 대응하는 채널 오차 정보를 추정할 수 있다. IoT 단말은 이와 같이 추정된 채널 오류 정보를 이용하여 변조 방식, 채널 부호율 및 전송 파워 등과 같은 전송 방식을 결정한 후, 채널 오차 추정 값을 선보정함으로써 위성으로 수집된 정보를 송신할 수 있다.
이때, IoT 단말은 위성의 움직임에 따라 발생하는 도플러 주파수 오차의 변화량과 수신 SNR(수신 신호 감도)에 기초하여 변조 방식 및 채널 부호를 선택할 수 있습니다. 일례로, IoT 단말은 도플러 주파수 오차의 변화량이 크고 수신 SNR이 높은 경우 차등(Differential) BPSK 변조 방식과 길쌈부호를 사용할 수 있다. 이와는 달리 IoT 단말은 도플러 주파수 오차의 변화량이 적고 수신 SNR이 낮은 경우 코히어런트 변조 방식과 터보 부호 등을 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 위성을 이용한 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 구조를 도시한 도면이다.
IoT 단말, 즉 사용자 단말은 지상과 위성 간의 긴 시간 지연 문제 및 사용자 단말의 수가 많이 분포되는 문제 등으로 인해 슬롯 없는(unslotted) 임의접속 방식으로 데이터를 전송할 수 있다. Unslotted 방식으로 인해 데이터 전송이 많은 경우 사용자간 충돌로 인한 수신 스루풋(throughput)이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 충돌 문제를 개선하기 위하여 본 발명은 대역 확산 알로하(Spread spectrum aloha) 방식을 사용할 수 있다. 대역 확산 알로하 방식은 송신 전력 밀도를 낮게 송신하여 사용자간 충돌이 발생하는 경우에도 그로 인한 영향을 감소시키는 방식이다. 일례로, IEEE 802.15.4k 방식을 고려할 수 있다.
도 3의 (a)와 같이 전송 패킷은 동기화 헤더(Synchronization HeadeR, SHR) 및 페이로드(Payload)로 구성될 수 있다. 동기화 헤더는 2 또는 4 바이트 길이의 프리앰블(Preamble)과 1 바이트 길이의 SFD(Start of Frame Delimiter)로 구성될 수 있다. 이때, 프리앰블 필드는 게이트웨이의 수신기에서 패킷 검출 프로세스를 용이하게 하는데 사용될 수 있으므로 자기 상관 특성이 좋은 프리앰블을 선택해야 하는데 일례로, 골드 코드 시퀀스가 사용될 수 있다.
도 3의 (b)는 본 발명의 초저전력 데이터 전송 구조를 나타낸다. 먼저, 본 발명의 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 채널 FEC(310)를 이용하여 전송 패킷을 구성하는 페이로드를 채널 부호화 할 수 있다. 이때, 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 채널 FEC(310)에 길쌈부호(Convolutional Code) 및 터보 코드(Turbo Code) , LDPC 코드(Low Density Parity Check Code), 폴라 코드(Polar Code) 중 적어도 하나의 채널 부호를 적용하여 전송 패킷을 구성하는 페이로드를 채널 부호화 할 수 있다.
초저전력 데이터 전송 장치(300)는 비트 인터리버(Bit Interleaver)(320)를 이용하여 채널 부호화된 페이로드에 발생 가능한 비트 오류 발생을 시간 또는 주파수 상에서 랜덤하게 분산하는 인터리빙(Interleaving)을 수행할 수 있다.
초저전력 데이터 전송 장치(300)는 인터리빙된 페이로드를 골드 코드(Gold code) 시퀀스 및 직교 가변 확산 인자(Orthogonal Variable Spreading Factor, OVSF)를 이용하여 확산(Spread)(330) 시킬 수 있다. 그리고 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 골드 코드 시퀀스 및 직교 가변 확산 인자를 이용하여 전송 패킷을 구성하는 동기화 헤더의 프리엠블을 확산(340) 시킬 수 있다. 이때, 도면부호 (340) 블록 앞에서 생성되는 프리엠블 시퀀스는 IEEE 802.15.4k 표준에서 제공되는 프리앰블 시퀀스 외에 Zadoff-cu 시퀀스, Bjorck 시퀀스 등도 적용 가능할 수 있다.
그리고, 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 단계(330)에서 확산된 페이로드에 단계(340)에서 확산된 프리엠블을 포함하는 동기화 헤더를 결합(350) 한 후 변조기(360)를 통해 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조할 수 있다. 이때, 본 발명의 초전력 데이터 전송 장치(300)의 변조기(360)는 순방향링크에서 도플러 주파수 오차 및 반송파 주파수 오차 등에 대응하는 채널 오차를 선보정하여 상대적으로 채널 오차가 적으므로 코히어런트(Coherent) BPSK 변조 방식을 이용하여 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조할 수 있다. 일례로, 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 코히어런트 BPSK 변조 방식 중 하나인 PI/2 BPSK 변조방식을 이용하여 전송 패킷을 변조함으로써 PAPR(Peak to Average Power Ratio)를 줄일 수 있다.
또는, 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 주변 지상 네트워크의 가용성, 즉, 지상 네트워크에 IEEE 802.15.4k 와 같이 차등 BPSK 변조 방식이 사용되는 경우, 차등 BPSK 변조 방식을 이용하여 전송 패킷을 변조할 수 있다. 이러한 차등 BPSK 변조 방식은 코히어런트 변조 방식에 비해 수신기가 도플러에 강인하고, 수신기의 구조가 간단해지는 장점이 있다.
마지막으로 초저전력 데이터 전송 장치(300)는 이와 같이 변조된 전송 패킷을 위성을 통해 지상 네트워크의 게이트웨이로 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위성을 이용한 초저전력 데이터 전송 시스템의 게이트웨이가 수행하는 초저전력 데이터 수신 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 게이트웨이의 초저전력 데이터 수신 장치(400)는 패킷 검출기(410)를 이용하여 위성을 통해 수신된 전송 패킷을 식별할 수 있다. 이때, 패킷 검출기(410)는 프리앰블(Preamble)을 이용함으로써 수신된 전송 패킷을 식별할 수 있다.
초저전력 데이터 수신 장치(400)는 패킷 검출기(410)를 통해 검출된 전송 패킷에 코스 동기화(Coarse synchronization)를 수행(420) 한 후 코스 동기화가 수행된 전송 패킷을 역확산(430) 시킬 수 있다.
이후 초저전력 데이터 수신 장치(400)는 역확산된 전송 패킷에 파인 동기화(Fine synchronization)을 수행(440) 한 후 파인 동기화가 수행된 전송 패킷의 LLR(Log Likelihood Ratio)을 계산(450) 할 수 있다.
이후 초저전력 데이터 수신 장치(400)는 역인터리버(De-Interleaver)(460)를 통해 계산된 LLR에 기초하여 전송 패킷을 역인터리빙 한 후 채널 디코더(Decoder)(470)를 통해 역인터리빙된 전송 패킷을 채널 복호화 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 패킷 검출기 설계 방법을 도시한 도면이다.
초저전력 데이터 수신 장치(400)에서 필수적인 것은 강력한 패킷 검출기(410)와 코스 동기화(420) 알고리즘이다. 미리 설계된 상관기를 이용하여 위성에서 수신된 신호와 미리 알려진 프리앰블 시퀀스 사이의 상관 출력 값을 도출하고, 도출된 상관 출력 값이 미리 결정된 임계 값보다 확실히 높은 경우, 정확한 도플러 추정이 코스 동기화 단계에서 달성될 수 있다.
예를 들어, 상관기는 도 5와 같이 설계될 수 있고 동작 SNR 범위는 하기의 식 1에서 도출될 수 있다. 최종 검출기 단계에서 SNR은 다음과 같이 계산될 수 있습니다.
<식 1>
Figure pat00001
여기서, Lp 는 프리앰블 길이, SF 는 확산 계수, Ec/No 는 밴드 내 잡음 전력 밀도에 의해 나뉘어진 칩당 수신 에너지, w 는 부분 상관 길이를 나타낸다.
각각의 전송 패킷은 지정된 프리앰블 패턴으로 시작할 수 있는데 프리앰블 패턴의 모든 심볼은 SF, 골드 시퀀스 및 직교 시퀀스에 의해 SF 시간으로 확산될 수 있다. 변조기의 골드 코드 생성기는 심볼마다 다시 초기화되는 것으로 가정한다. 따라서, 프리앰블의 모든 심볼은 패킷 검출기(410)의 복잡성을 감소시키기 위해 동일한 시퀀스를 가질 수 있다. 결과적으로, 프리앰블 심볼을 사용하는 패킷 검출기(410)는 도 5과 같이 단순화될 수 있다.
패킷 검출기(410)의 설계를 위해, 시간 영역에서의 부분 코히어런트 상관, 교차 곱 및 누적 연산이 SNR 값을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 주파수 영역에서의 고속 푸리에 변환 (FFT) 기반 에너지 계산은 덜 민감한 도플러 편이를 위해 상관 프로세스 및 도플러 추정을 구현하기 위해 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 즉 정보 캐리어, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체) 또는 전파 신호에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체 및 전송매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (13)

  1. 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 방법에 있어서,
    위성 네트워크 및 지상 네트워크를 통해 각각의 하향 링크 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신된 하향 링크 신호들 각각의 수신 전력을 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 하향 링크 신호들의 수신 전력에 기초하여 상기 위성 네트워크 및 지상 네트워크 중 어느 하나의 네트워크를 통해 수집된 데이터를 게이트웨이로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전송하는 단계는,
    전송하고자 하는 네트워크의 종류에 따라 서로 다른 채널 부호 및 프리엠블 시퀀스를 사용하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    상기 식별된 하향 링크 신호들의 수신 전력에 기초하여 보다 큰 수신 전력을 가지는 하향 링크 신호에 대응하는 네트워크를 통해 수집된 데이터를 전송하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    상기 위성 네트워크를 통해 수집된 데이터를 전송하는 경우, 위성으로부터 수신된 제어 정보 및 파일롯 신호를 포함하는 하향 링크 신호를 통해 도플러 주파수 오차 및 반송파 주파수 오차에 대응하는 채널 오차 정보를 추정하는 단계;
    상기 추정된 채널 오차 정보에 기초하여 상기 도플러 주파수 오차 및 반송파 주파수 오차를 보상하기 위한 전송 방식을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 전송 방식을 이용하여 상기 추정된 채널 오차 정보를 선 보정함으로써 상기 위성 네트워크를 통해 상기 수집된 데이터를 게이트웨이로 전송하는 단계
    를 포함하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전송 방식은,
    변조 방식, 채널 부호율 및 전송 파워 중 적어도 하나를 포함하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  5. 초저전력 데이터 전송 시스템의 사용자 단말이 수행하는 초저전력 데이터 전송 방법에 있어서,
    위성 네트워크를 통해 수집된 데이터를 전송하는 경우, 임의의 길이를 가지는 전송 패킷을 구성하는 페이로드(Payload)를 채널 부호화 하는 단계;
    상기 채널 부호화된 페이로드를 인터리빙(Interleaving) 하는 단계;
    상기 인터리빙된 페이로드를 골드 코드(Gold code) 및 직교 가변 확산 인자(Orthogonal Variable Spreading Factor, OVSF)를 이용하여 확산시키는 단계;
    상기 전송 패킷을 구성하는 동기화 헤더(Synchronization HeadeR, SHR)의 프리앰블 시퀀스를 상기 골드 코드 및 직교 가변 확산인자를 이용하여 확산시키는 단계;
    상기 확산된 페이로드에 상기 확산된 프리엠블 시퀀스를 포함하는 동기화 헤더를 결합하는 단계; 및
    상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조하는 단계
    를 포함하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 채널 부호화하는 단계는,
    길쌈부호(Convolutional Code) 및 터보 코드(Turbo Code) , LDPC 코드(Low Density Parity Check Code), 폴라 코드(Polar Code) 중 적어도 하나의 채널 부호를 이용하여 상기 전송 패킷을 구성하는 페이로드를 채널 부호화 하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 변조하는 단계는,
    위성으로부터 수신된 하향 링크 신호의 세기 또는 주변 지상 네트워크의 가용성에 따라 상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 차등 변조하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 변조하는 단계는,
    코히어런트(Coherent) PI/2 BPSK 변조 방식을 통해 상기 페이로드와 동기화 헤더가 결합된 전송 패킷을 변조하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 변조된 전송 패킷을 상기 위성을 통해 지상 네트워크의 게이트웨이(Gateway)로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전송하는 단계는,
    대역 확산 알로하(Spread spectrum aloha) 방식을 이용하여 상기 변조된 전송 패킷을 게이트웨이로 전송하는 초저전력 데이터 전송 방법.
  11. 초저전력 데이터 전송 시스템의 게이트웨이가 수행하는 초저전력 데이터 수신 방법에 있어서,
    위성을 통해 수신된 전송 패킷의 프리앰블(Preamble)을 이용하여 상기 전송 패킷을 식별하는 단계;
    상기 식별된 전송 패킷에 코스 동기화(Coarse synchronization)를 수행하는 단계;
    상기 코스 동기화가 수행된 전송 패킷을 역확산시키는 단계;
    상기 역확산된 전송 패킷에 파인 동기화(Fine synchronization)을 수행하는 단계;
    상기 파인 동기화가 수행된 전송 패킷의 LLR(Log Likelihood Ratio)을 계산하는 단계;
    상기 계산된 LLR에 기초하여 상기 전송 패킷을 역인터리빙(De-interleaving) 하는 단계; 및
    상기 역인터리빙된 전송 패킷을 채널 복호화 하는 단계
    를 포함하는 초저전력 데이터 수신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 위성을 통해 수신된 전송 패킷은,
    길쌈부호, 터보 코드(turbo code), LDPC 코드, 폴라코드 등을 이용하여 상기 전송 패킷을 구성하는 페이로드가 채널 부호화된 초저전력 데이터 수신 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 위성을 통해 수신된 전송 패킷은,
    차등(Differential) 변조 방식 또는 코히어런트(Coherent) PI/2 BPSK 변조 방식을 통해 변조된 초저전력 데이터 전송 방법.
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