KR960014677B1 - 위성통신용 저속 데이타 전용 지구국(vsat)의 링크설계방법 - Google Patents

위성통신용 저속 데이타 전용 지구국(vsat)의 링크설계방법 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

위성통신용 저속 데이타 전용 지구국(VSAT)의 링크설계방법
제1도는 본 발명이 적용되는 VSAT 시스템의 구성도,
제2도는 링크설계를 구현하기 위한 시스템의 구성도,
제3도는 종래의 통신위성용 VSAT 지구국의 링크설계방법의 흐름도,
제4도는 본 발명에 따른 위성통신용 저속 데이타 전용 지구국의 링크설계방법의 흐름도,
제5도는 본 발명에 따른 상향링크의 출력을 제어하는 경우의 링크설계방법의 흐름도,
제6도는 본 발명에 따른 상향링크의 출력제어와 안테나 추적시스템을 부착한 경우의 링크설계방법의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 통신위성
12 : 데이타 정합부(DIE : Data Interface Equipment)
13 : 중간 주파수 처리부(IF : Intermediate Frequency)
14 : 무선 주파수 송신부(RF : Radio Frequency)
15 : 안테나
본 발명은 통신위성을 이용하는 저속 데이타 전용 지구국(VSAT : Very Small Aperature Terminal)시스템의 지구국의 전송제원을 설정하기 위한 링크설계방법에 관한 것으로서, 특히 시스템을 구현하기 이전 사용할 통신위성의 규격, 사용할 지역 및 공간상의 특성 그리고 시스템의 성격에 따라 지구국 안테나의 크기를 결정하고, 이를 이용해 고출력 증폭기(HPA : High Power Amplifier)의 출력 크기를 계산하고, 통신시의 성능을 분석하여 최적의 링크를 설계할 수 있는 링크설계방법에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 VSAT 시스템의 구성도로서, VSAT 시스템은 중심국과 단말국으로 구성된다. 중심국으로부터 단말국으로의 송신을 아웃바운드, 단말국으로부터 중심국으로의 송신을 인바운드라 하며, 지구국은 사용자 데이타를 처리하고, 지구국을 제어하는 데이타 정합부(DIE)(12), 변조 및 복조를 수행하는 중간주파수(IF) 처리부(13), 통신위성과 송, 수신하기 위한 주파수로 신호를 변환시키는 무선주파수(RF)송신부(14), 통신위성과 신호를 송, 수신하는 안테나(15)로 구성된다.
이때 지상 37000Km 상공 적도상에서 중심국과 단말국 사이의 신호를 증폭하고, 주파수를 변환시키는 역할을 통신위성(11)이 수행한다.
제2도는 링크설계를 구현하기 위한 시스템의 구성도로서, 링크설계를 위해서는 중앙처리장치(CPU)(21), 램(RAM)(22), 롬(ROM)(23), 입.출력 장치(24,25)가 있는 일반 개인용 컴퓨터가 필요하다.
제3도는 종래의 위성통신용 VSAT 지구국의 링크설계방법의 흐름도를 나타낸다.
통신위성을 이용하여 정보를 효율적으로 송, 수신하기 위해서는 공간상의 각종 손실 및 잡음들을 고려한 최적의 링크설계가 요구되며, 이러한 요구는 시스템이 설계 구현되기 전에 실제 시스템과 동등한 환경하에서 링크설계에 의해 이루어지며, 링크설계는 지구국 시스템의 안테나(15) 및 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기 그리고 시스템의 성능을 결정하는데 매우 중요하다.
제3도에서 보는 바와 같이 종래에는 위성링크를 설계하기 위해 사용할 위성의 특성, 시스템의 특성, 지구국의 특성 그리고 지구국 안테나의 크기 및 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기를 결정한다(31), 그리고 결정된 각 파라미터에 의해 상향링크 및 하향링크로 나누어 링크를 설계하고, 임계치의 캐리어 대 잡음비(C/N : Carrier to Noise Ratio)를 설정한다(39).
상향링크를 설계하기 위해 고출력 증폭기(HPA)의 출력을 설정하고(32), 고출력 증폭기(HPA)의 출력값에 따라 캐리어당 지구국의 실효등가방사전력(EIRP : Effective Ifsotropic Radiated Power)을 계산하고, 송신시 공간상의 각종 손실 설정과 입력 백오프(Backoff)를 계산한다(33).
그리고, 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu)를 계산한다(34).
하향링크 설계는 선택한 위성의 특성에 따라 위성 실효등가방사전력(EIRP)을 설정하고(35), 수신시 공간상의 각종 손실 설정과 출력 백오프(Backoff)를 계산한다(36).
그리고 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd)를 계산하고(37), 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu)와 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd)를 이용해 총 캐리어 대 잡음비(C/Nt)를 계산한다(38).
그리고, 설정한 임계(Threshold) 캐리어 대 잡음비(C/N)(39)와 링크상에서 계산된 총 캐리어 대 잡음비(C/Nt) 값을 이용해 링크마진을 계산한다(40). 이 계산된 링크마진은 시스템의 성능을 결정하는 요소로 최소한 "0"이상이어야 한다.
상기와 같은 종래의 링크설계방법은 지구국의 안테나 크기 및 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기를 각각 변화시키면서 요구되는 링크마진에 접합하도록 중심국과 단말국에 대한 안테나와 고출력 증폭기(HPA)의 출력크기, 인바운드/아웃바운드이 링크마진 등의 변수에 대해 시행착오방법(Trade-off)을 통해 결정하기 때문에 링크설계가 어려우며, 이 분야에 경험이 풍부한 숙련 전문가에 의해서만 설계가 가능하고, 링크설계시 많은 시간이 요구되는 문제점이 있었다.
또한 한 위성중계기에서 사용될 VSAT 수 및 설계된 망의 위성중계기에 대한 출력 및 대역폭 비율이 명시되지 않으며, 각종 파라미터와 링크상의 각종 잡음들은 우리나라의 환경에 맞게 변형되어야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 VSAT 망당 중계기의 사용된 대역폭 및 출력을 자동으로 계산하여 위성중계기의 사용되지 않는 부분을 다른 용도로 사용할 때 사용할 수 있는 대역폭 및 진행파관 증폭기(TWTA : Traveling Wave Tube Amplifier)의 출력 크기 정보를 제공하며, 지구국 안테나의 크기를 쉽게 결정할 수 있게 하고, 지구국 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기를 자동으로 계산되게 하여 누구나 쉽게 링크설계를 할 수 있는 링크설계방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 위성통신용 저속 데이타 전용 지구국(VSAT)에 적용되는 링크설계방법에 있어서, 위성체의 특성, 지구국의 특성 그리고 시스템의 전송 특성을 설정하고, 초기값으로 위성중계기의 백오프(Backoff), 출력 할당, 그리고 지구국 안테나의 크기를 임의의 크기로 결정하는 제1단계 ; 상기 제1단계 수행후, 요구 캐리어 대 잡음비(C/N)와 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)를 산출하는 제2단계; 상기 제1단계 수행후, 상향링크의 설정을 위해 송신시 전송로상에서 발생하는 손실과 송신시지구국의 제원을 설정하고, 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하는 제3단계; 상기 제3단계 수행 후, 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)과 휘더(feeder)손실과 안테나 이득의 차에 의해 중심국과 단말국의 고출력 증폭기(HPA)의 출력을 계산하고, 결정한 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)으로부터 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nu)를 계산하고, 상향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I : Carrier to Intterference Ratio)를 계산하여 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nu)와 상향링크의 캐리어 대간섭비(C/I)를 이용해 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu total)를 계산하는 제4단계 ; 상기 제1단계 수행 후, 하향링크의 설계를 위해 지구국으로부터 수신시 전송로상에서 발생하는 손실과 수신시 지구국의 제원을 설정하고, 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하는 제5단계; 상기 제5단계 수행 후, 결정된 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)과 위성중계기의 출력과 대역폭 특성에 의해 VSAT 망당 위성중계기의 사용된 대역폭과 사용된 출력을 계산하고, 수신지구국의 제원으로부터 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nd)를 계산하고, 하향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I)를 계산하여 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nd)와 하향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I)를 이용해 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd total)를 제6단계 ; 상기 제6단계 수행 후, 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu total)와 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd total), 그리고 위성중계기의 백오프로부터 산출한 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)로부터 총 캐리어 대 잡음비(C/Nt)를 계산한 후, 요구 캐리어 대 잡음비(C/N)와의 차에 의해서 링크마진을 계산하여 링크마진이 "0"이상이면 종료하고, 링크마진이 "0"이상이 아니면 링크마진이 '0'이상의 정해진 임계값이 될 때까지 상기 제1단계의 지구국 안테나 크기, 출력 할당, 그리고 중계기의 백오프를 변경하여 반복 수행하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 따른 위성통신용 저속 데이타 전용 지구국의 링크설계방법의 흐름도를 나타낸다.
위성링크의 설계는 먼저 위성체의 특성, 지구국의 특성 그리고 시스템의 전송 특성을 설정한다(41).
즉, 위성체의 제원으로서 사용할 위성중계기의 대역폭, 진행파관 증폭기(TWTA)의 포화출력, 최대 실효등가방사전력(EIRP), 그리고 입력 SFD(Saturatin Flux Density, dBW/㎡)를 결정하고, 시스템 특성으로서 사용할 시스템의 송,수신 주파수, 인바운드/아웃바운드(Inbound/Outbound)캐리어 수, 인바운드/아웃바운드(inbound/outbound) 캐리어의 전송속도, FEC(Foward Error Correction)부호율, 요구 에너지 데이타 비트 대 잡음비(Eb/No), 그리고 국내의 환경에 맞게 변형한 공간상의 각종 손실들을 결정한다(41).
그리고, 초기값으로 위성중계기의 백오프(Backoff), 출력 할당, 그리고 지구국 안테나의 크기를 임의의 크기로 결정하고(42), 요구 캐리어 대 잡음비(C/N)와 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM : Carrier to Intermodulation Ratio)를 산출한다(43).
상향링크의 설계는 송신시 전송로상에서 발생하는 손실과 송신시 지구국의 제원을 설정하고(44), 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하여(45) 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)과 휘더(feeder) 손실과 안테나 이득의 차에 의해 중심국과 단말국의 고출력 증폭기(HPA)의 출력을 계산한다(46).
또한, 결정한 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)으로부터 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nu)를 계산한 다음, 인접위성에 의한 간섭, 주위성과 예비위성의 동일 주파수에 의한 동일 채널 간섭, 안테나의 대역외 방사에 의한 간섭 그리고 강우복극(Rain Depolatization)에 의한 간섭 등에 의한 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/I : Carrier to Interference Ratio)들을 계산하여 계산한 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nu)와 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/I)를 이용해 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu toal)를 계산한다(47).
그리고, 하향링크 설계는 지구국으로부터 수신시 전송로상에서 발생하는 손실과 수신시 지구국의 제원을 설정하고(48), 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)을 결정한다(49).
그리고, 결정된 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)과 위성중계기의 출력과 대역폭 특성에의해 VSAT 망당 위성중계기의 사용된 대역폭과 사용된 출력을 계산하여(50) 위성중계기의 사용정보를 제공한다.
또한, 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)을 결정한 다음 수신지구국의 제원으로부터 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nd)를 계산하고, 인접위성에 의한 간섭, 주위성과 예비위성의 동일주파수에 의한 동일채널 간섭 그리고 강우복극(Rain Depolarization)에 의한 간섭 등에 의한 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/I)들을 계산하여 계산한 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nd)와 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/I)를 이용해 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd total)를 계산한다(51).
링크설계의 결과인 링크마진을 구하기 위해 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu total)와 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd total), 그리고 위성중계기의 백오프로부터 산출한 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)로부터 총 캐리어 대 잡음비(C/Nt)를 계산한(52) 다음 요구 캐리어 대 잡음비(C/N)와의 차에 의해서 링크마진을 계산하는데(53) 링크마진은 "0(zero)"이상이어야 한다.
만약 링크마진이 '0'이상이 아니면 링크마진이 '0'이상의 정해진 임계값이 될 때까지 궤환(Feedback) 및 상호보완(Trade-off)과정을 반복하면서 지구국 안테나 크기, 중계기의 백오프 그리고 출력 할당을 변경한다(42).
따라서, 본 발명은 출력할당을 적절히 변경함으로서 인바운드와 아웃바운드의 링크마진이 서로 균형을 맞추도록 하여 종래 링크설계방법에 비해 최적의 링크마진을 쉽게 결정하도록 하며 이때 중심국과 단말국의 안테나 크기가 결정된다.
본 발명이 이용되는 VSAT 시스템은 하나의 중심지구국에 수천개까지의 단말국이 망을 이루며 통신을 하게 된다. 그러므로 사용자의 경계적 부담을 줄이기 위해 중심지구국의 가격을 높이더라도 단말국의 가격을 낮추어야 한다.
따라서, 링크설계시 중심국의 안테나 크기와 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기를 크게하고, 단말국은 작게 설계한다. 이러한 목적으로 중심국과 단말국의 캐리어 전력을 다르게 할당하기 위해 출력할당(Power Allocation)이라는 개념을 도입한다.
설계자는 인바운드와 아웃바운드에 출력할당(Power Allocation)을 적절히 하므로서 중심국과 단말국의 안테나 크기와 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기가 결정되고, 인바운드와 아웃바운드의 링크마진이 균형을 이루어 최적의 링크설계를 하도록 한다.
위성중계기의 백오프 값을 동일한 위성중계기를 사용하는 여러 캐리어에 의한 혼변조 잡음(Intermodulation)값 C/IM과 상.하향링크의 캐리어 대 잡음비에 영향을 미치는데, 백오프 값이 커지면 혼변조에 의한 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)는 좋아지지만, 상.하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/N)는 낮아진다.
그러므로 상,하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/N)와 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)에 대한 총 캐리어 대 잡음비(C/Nt)값이 최대가 되는 지점(Point)에서 위성중계기 백오프 값을 결정한다.
제5도는 본 발명에 따른 상향링크의 출력을 제어하는 시스템을 지구국에 부착하는 경우의 링크설계방법의 흐름도를 나타낸다.
강우시 강우에 의한 반송파 전력의 손실로 전송품질이 열화되어 규정된 성능을 만족하지 못하고 통신이 두절되는 경우가 있다. 이때 상향링크의 출력을 제어하여 규정된 성능을 만족시키는데 이 경우의 링크설계는 제5도에서 제시하는 방법으로 가능하다.
제4도의 상향링크 설계에서 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)을 결정할 때 강우에 의한 상,하향 링크 손실을 보상하고(61), 하향링크 설계에서 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)을 결정할 때 강우에 의한 하향링크 손실을 보상하면(62) 강우시에도 규정된 성능을 만족하는 시스템을 구현할 수 있는 특성을 가진다.
제6도에는 본 발명에 따른 강우에 의한 손실보상 및 안테나에 추적 시스템(Antenna Tracking System)을 부착하여 위성체의 이동에 의한 지향(Pointing) 손실을 보상할 수 있는 링크설계방법의 흐름도를 나타낸다.
제4도의 링크설계방법을 이용하여 안테나 지향(Pointing) 손실을 보상하기 위해 상향링크시 안테나 크기에 따른 하향(Pointing) 손실을 보상하고(71) 하향링크시에도 하향링크의 지향(Pointing) 손싱을 보상한다(72). 본 시스템을 부착한 경우 좋은 전송품질을 보장할 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 다음과 같은 특유한 효과를 갖는다.
첫째, 중심지구국과 단말지구국의 안테나 크기를 쉽게 구할 수 있다.
둘째, 중심지구국과 단말지구국의 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기가 자동으로 계산된다.
셋째, 설계하는 VSAT망이 위성중계기에서 점유하는 대역폭 및 사용된 진행파관 증폭기(TWTA)의 출력 비율을 자동으로 계산하기 때문에 위성중계기의 사용되지 않는 부분을 다른 용도로 사용할 때 사용할 수 있는 대역폭 및 진행파관 증폭기(TWTA)의 출력 크기에 대한 정보를 제공한다.
넷째, 시스템과 링크상의 각종 파라미터와 손실 및 잡음들을 우리나라의 환경에 맞게 변형하였으며, 지구국 안테나 크기를 쉽게 결정할 수 있게 하고, 지구국 고출력 증폭기(HPA)의 출력 크기를 자동으로 계산되도록 하여 누구나 쉽게 링크설계를 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 위성통신용 저속 데이타 전용 지구국(VSAT)에 적용되는 링크설계방법에 있어서, 위성체의 특성, 지구국의 특성 그리고 시스템의 전송 특성을 설정하고, 초기값으로 위성중계기의 백오프(Backoff), 출력 할당, 그리고 지구국 안테나의 크기를 임의의 크기로 결정하는 제1단계(41,42) ; 상기 제1단계(41,42) 수행후, 요구 캐리어 대 잡음비(C/N)와 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)를 산출하는 제2단계(43); 상기 제1단계(41, 42) 수행 후, 상향링크의 설정을 위해 송신시 전송로상에 발생하는 손실과 송신시 지구국의 제원을 설정하고, 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP : Effective Ifsotropic Radiated Power)을 결정하는 제3단계(44,45); 상기 제3단계(44,45) 수행 후, 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)과 휘더(feeder) 손실과 안테나 이득의 차에 의해 중심국과 단말국의 고출력 증폭기(HPA)의 출력을 계산하고, 결정한 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)으로부터 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nu)를 계산하고, 상향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I : Carrier to Interference Ratio)를 계산하여 상향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nu)와 상향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I)를 이용해 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu total)를 계산하는 제4단계(46,47); 상기 제1단계(41,42) 수행 후, 하향링크의 설계를 위해 지구국으로부터 수신시 전송로상에서 발생하는 손실과 수신시 지구국의 제원을 설정하고, 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하는 제5단계(48,49) ; 상기 제5단계(48,49) 수행 후, 결정된 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)과 위성중계기의 출력과 대역폭 특성에 의해 VSAT 망당 위성중계기의 사용된 대역폭과 사용된 출력을 계산하고, 수신지구국의 제원으로부터 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nd)를 계산하고, 하향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I)를 계산하여 하향링크의 캐리어 대 잡음비(C/Nd)와 하향링크의 캐리어 대 간섭비(C/I)를 이용해 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd total)를 계산하는 제6단계(50,51) ;상기 제 6단계(50,51)수행 후, 상향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nu total)와 하향링크의 총 캐리어 대 잡음비(C/Nd total), 그리고 위성중계기의 백오프로부터 산출한 캐리어 대 혼변조 잡음비(C/IM)로 부터 총 캐리어 대 잡음비(C/Nt)를 계산한 후, 요구 캐리어 대 잡음비(C/N)와의 차에 의해서 링크마진을 계산하여 링크마진이 "0"이상이면 종료하고, 링크마진이 '0'이상이 아니면 링크마진이 '0'이상의 정해진 임계값이 될 때까지 상기 제1단계(41,42)의 지구국 안테나 크기, 출력 할당, 그리고 중계기의 백오프를 변경하여 반복 수행하는 제7단계(52,53)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 링크설계방법.
  2. 제1항에 있어서, 강우시에도 규정된 성능을 만족하는 시스템을 구현하기 위해 상기 제3단계(44,45)에서 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하기 전에 먼저, 강우에 의한 상,하향링크 손실을 보상한 후, 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하도록 하는 단계(61); 및 상기 제5단계(48,49)에서 캐리어당 위성중계기의 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하기 전에 강우에 의한 하향링크 손실을 보상한 후, 캐리어당 지구국 실효등가방사전력(EIRP)을 결정하도록 하는 단계(62)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 링크설계방법.
  3. 제2항에 있어서, 안테나 지향 손실을 보상하기 위해 상향링크시 강우에 의한 상,하향링크 손실을 보상한 후, 안테나 크기에 따른 지향 손실을 보상하는 단계(71); 및 하향링크시 강우에 의한 하향링크 손실을 보상한 후, 하향링크의 지향손실을 보상하는 단계(72)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 링크설계방법.
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