KR970011683B1 - 위성통신시스템의 중심국에서의 주파수 오차 보정 장치 - Google Patents

Abstract

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Description

위성통신시스템의 중심국에서의 주파수 오차 보정 장치

제1도는 본 발명에 따른 주파수 오차 보정 장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상향 주파수 변환 체인 2 : 하향 주파수 변환 체인

3 : 기준 발진기 4 : 안테나

5 : 상향 주파수 변환기 6 : 아웃바운드 변조기

7 : 하향 주파수 변환기 8 : 인바운드 복조기

9 : 데이타 삽입기 10 : 중심국 아웃바운드 복조기

11 : 주파수 오차 정보 제공기

본 발명은 하나의 중심시과 다수의 단말국으로 이루어진 위성통신시스템에 있어 하나의 중심국이 적어도 하나이상의 아웃바운드 신호를 모든 단말국을 향해 송신이 이루어지는 경우 망의 형태에 관계없이 위성중계기의 주파수 편이와 지구국 상·하향 주파수 변환 체인에서 발생하는 주파수 오차, 그리고 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이를 동시에 보정하여 인접채널 간섭을 막고 복조기의 수신주파수 오차를 매우 작은 값으로 유지시키기 위하여 사용되는 위성통신시스템의 중심국에서의 주파수 오차 보정 장치에 관한 것이다.

위성통신시스템의 경우 위성중계기 국부발진기의 주파수 편이와 지구국 상·하향 주파수 변환 체인의 주파수 편이, 그리고 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이등에 의해 주파수 오차가 발생하며, 이러한 주파수 오차는 인접채널간의 간섭을 증가시키고 또한 복조기의 허용 수신 주파수 오차범위를 넘어 복조불가능하게 할 수 있으며 위성통신시스템에 있어 이러한 주파수 오차를 보정해주는 방식의 채용은 필수적이다.

하나의 중심국과 다수의 단말국으로 구성되는 위성통신시스템은 망의 구성방식에 따라 크게 성형망(Star Network)과 그물형망(Mesh Network)의 두가지로 구분될 수 있다. 먼저 성형망의 경우 각 단말국은 중심국과만 통신을 수행할 수 있으며 다른 단말국과의 통신은 중심국을 통해 이루어진다. 이에따라 단말국과 단말국간의 통신 지연시간이 길어지는 것이 가장 큰 단점이 되어 지연시간이 크게 문제가 되지 않는 데이타 통신용으로 주로 이용된다. 이와 달리 그물형망의 경우 각 단말국은 중시묵을 거치지 않고 다른 단말국과 직접 통신할 수 있으며 이에따라 지연시간이 통신물질에 큰 영향을 미치는 음성등의 통신용에 적합하다.

이러한 위성통신스템에 있어 망의 형태에 관계없이 중심망은 망의 운용과 관리에 필요한 정보를 적어도 하나의 위성채널(아웃바운드 채널)을 이용해 모든 단말국에 방송모드로 송신하며, 또 단말국들은 하나의 위성채널(인바운드 채널)을 공유하여 필요한 정보를 중심국에 송신하는 것이 일반적이다. 웃바운드 신호는 시간분할 다중화(TDM; Time Division Multiplexing)된 연속적인 반송파를 사용하는 것이 보통이며, 인바운드 신호는 회선의 이용효율을 증가시키기 위해 랜덤 접속 방식을 주로 사용된다. 또 단말국간의 통신을 위한 다중접속 방식으로는 주파수 부할 다중접소의 일종인 반송파당 1채널(SCPC; Single Channel Per Car rier) 방식을 많이 이용하며 또 위성중계기의 전력을 효율적으로 이용하기 위해 음성의 유무에 따라 반송파의 송신을 제어하는 음성 활성화(Voice Activation) 기법을 이용하는 것이 보통이다. 이와 같이 음성활성화기법을 사용하게 되면 반송파는 시작시간과 길이가 모두 랜덤의 버스트(Burst) 형태로 전송된다.

이와 같은 위성통신시스템에 있어 각 단말국은 신호의 송·수신을 위해 안정도가 높은 주파수 발진기를 이용하지만, 전체 단말국의 주파수가 모두 동일하지 않아 각 단말국간에 주파수 편차가 존재하며, 단말국이 넓은 지역에 퍼져 있는 관계로 위성의 단말국에 대한 상대적 운동에 따라 도플러 주파수 편이도 단말국마다 각기 다르고, 이에 다른 수신 주파수의 오차와 편차는 인접채널 간섭을 증가시킬 뿐만 아니라 극단적인 경우 복조기의 주파수 획득범위를 벗어나게 해 복조를 불가능하게 만들수도 있고, 또한 버스트 모드의 경우 신호의 복조를 위해 데이타 앞에 주파수와 클럭동기의 획득을 위한 프리앰블(Preamble)을 붙여 전송하는데 주파수 오차와 편차가 커지면 일반적으로 이 프리앰블이 길어져 본래 전송될 데이타이외의 부분 즉, 오버헤드(Overhead)가 증가하여 위성채널의 이용효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 주파수 제어방식들이 고안되어 사용되고 있다. 이중 대부분은 하나 또는 두개의 별도의 파일롯(Polit) 신호를 이용하여 주파수 오차를 보정하고 있다. 그러나, 이 방식은 중심국에서 송신된 파일롯 신호를 수신하여 주파수 오차를 검출하고 수신주파수를 보정해주는 별도의 자동 주파수 제어(AFC; Automatic Frequency Control) 장치를 각 단말국에 설치해야 하며, 또 특히 그물형망의 경우 상대 단말국의 상향 주파수 변환 체인의 주파수 편이와 상향 링크 도플러 주파수 편이를 보정할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

이 외에도 많은 주파수 제어방식이 제안되었으나 이들은 보통 위성중계기의 주파수 편이만을 보정하는 방식으로 각 단말국간의 주파수 편차를 허용범위 이내로 주파수 편차를 유지시키기 위해 단말국에 값이 비싼 고안정도의 주파수 발진기를 채용해야 하거나 주기적인 재동조(Re-tuning)을 수행해야 하는 등의 단점이 있으며, 또 국간 주파수 편차와 도플러 주파수 편이를 보정할 수 있는 방식의 경우에도 방식자체가 성형망에만 적용할 수있도록 되어 있어 그물형망에는 적용이 곤란한 문제점이 있었다.

상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 별도의 파일롯 신호와 그에 따른 자동 주파수 제어장치를 필요로 하지 않고 성형망과 그물형망에 모두 적용할 수 있고 위성중계기의 주파수편이와 지구국 상·하향 주파수 변환 체인에서 발생하는 주파수 오차와 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이를 동시에 보정할 수있는 주파수 오차 보정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상향 주파수를 변환하는 상향 주파수 변환 수단; 하향 주파수를 변환하는 하향 주파수 변환 수단; 연속적인 시분할 다중화 반송파를 발생하여 상기 상향 주파수 변환 수단으로 출력하는 아웃바운드 변조 수단; 상기 하향 주파수 변환 수단의 출력단에 연결되어 중심국에서 수신된 아웃바운드 신호의 주파수 오차를 검출하는 아웃바운드 복조 수단; 중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 아웃바운드 시분할 다중화 프레임에 삽입하는 데이타 삽입 수단; 상기 하향 주파수 변환 수단의 출력단에 연결되어 있으며, 상기 중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 인바운드 신호를 복조하는 인바운드 복조 수단; 상기 아웃바운드 복조 수단에서 검출된 중심국 수신 주파수 오차 정보를 수집하여 상기 데이타 삽입 수단(9)과 인바운드 보조수단에 제공하는 주파수 오차 정보 제공 수단; 및 기준주파수를 발진하여 상기 상향 주파수 변환 수단, 하향 주파수 변환 수단, 아웃바운드 변조 수단, 및 기준주파수를 발진하여 상기 상향 주파수 변환 수단, 하향 주파수 변환 수단, 아웃바운드 변조 수단, 인바운드 변조 수단 및 아웃바운드 복조 수단을 동기시키는 기준주파수 발진 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 주파수 오차 보정 장치의 구성도이다.

상·하향 주파수 변환에 이용되는 주파수 합성기를 포함한 모든 신호원들은 하나의 기준발진기(3)에 동기되어 있다. 주파수 오차가 없는 경우 안테나(4)에서의 (m)번째 송신신호와 (1)번째 수신신호의 주파수 f_Tx ^(m),f_Rx ^(m)는 각각 다음과 같다.

f_Tx ^(m)=N_Tx ^(m)·f_R(1)

f_Rx ^(l)=N_Rx ^(l)·f_R(2)

여기서, N_Tx ^(m), N_Rx ^(l)는 양의 실수이고, f_R은 기준발진기(3)의 주파수이다. 즉, 만약 기준발진기(3)의 주파수가 △f_R만큼 편이되었다면 그에 따른 상향 주파수 변환 체인(상향 주파수 변환기(5)와 아웃바운드 변조기(6))(1)과 하향 주파수 변환 체인(하향 주파수 변환기(7), 인바운드 복조기(8) 및 중심국 아웃바운드 복조기(10)(2)에서의 (m)번째 송신신호와 (l)번째 수신신호에 대한 송·수신 주파수 오차의 크기, △f_Tx ^(m)와 △f_Rx ^(l)는 각각 다음과 같다.

△f_Tx ^(m)=N_Tx ^(m)·△f_R(3)

△f_Rx ^(l)=N_Rx ^(l)·△f_R(4)

아웃바운드 변조기(6)에 의해 변조되어 송신되는 아웃바운드 신호링크의 각 지점에서의 주파수 오차는 다음과 같다.

△f_Tx ^(out,c); 중심국안테나에서 송출되는 아웃바운드 신호의 주파수 오차(중심국의 상향 주파수 변환 체인을 통해 주파수 변환되면서 기준발진기의 주파수 편이에 의해 생긴 오차)

△f_Tx ^(out,c)+△f_D,u ^(out,c)+ε_D,d; 위성에서 수신될 때의 주파수 오차

여기서 △f_D,u ^(out,c):중심국에 대한 위성의 상대적 운동에 따른 중심국의 송신신호 주파수 △f_Rx ^(out)에 대한 상향링크 도플러 주파수 편이,

ε_D,d:△f_Tx ^(out,c)에 의한 상향링크 도플러 주파수 편이

△f_Tx ^(out,c)+△f_D,u ^(out,c)+△f_SAT+ε_D,u; 위성중계기를 거쳐 위성에서 송출되는 신호의 주파수 오차

여기서, △f_SAT:위성중계기 국부 발진기의 주파수 편이에 대한 오차

△f_Tx ^(out,c)+△f_D,u ^(out,c)+△f_SAT+△f_D,d ^(out,c)+ε_D,u+ε_D,d; 중심의 안테나에 다시 수신될 때의 수신주파수 오차

여기서, △f_D,d ^(out,c):위성의 송신신호 주파수 f_Rx ^(out)에 대한 하향링크 도플러 주파수 편이,

△ε_D,d:△f_Tx ^(out,c)+△f_D,u ^(out,c)+△f_SAT+ε_D,u에 의한 상향링크 도플러 주파수 편이

위에서 해당 지점에서의 주파수 오차에 의해 발생하는 주파수 편이 ε_D,u+ε_D,d는 원래의 송·수신 신호주파수에 대한 도플러 주파수 편이 △f_D,u ^(out,c), △_D,d ^(out,c)에 비해 무시할 수 있을 정도로 작으므로 ε_D,u=ε_D,d=0으로 놓을 수 있다. 이러한 이유로 이후의 수식 전개에 있어서 ε_D,u, ε_D,d와 같은 성분은 모두 생략될 것이다.

결과적으로 중심국의 아웃바운드 복조기(10)에 의해 검출되는 아웃바운드 신호의 수신 주파수 오차 △f^(c)는 다음과 같다.

△f^(c)=△f_Tx ^(out,c)+△f_D,u ^(out,c)+△f_SAT+△f_D,d ^(out,c)+△f_Rx ^(out,c)(5)

여기서, △f_Rx ^(out,c)는 중심국의 기준주파수 발진기의 주파수 변동에 따른 아웃바운드 신호에 대한 하향 주파수 변환 체인의 주파수 오차이며, △f_D,u ^(out,c)+△f_Dd ^(out,c)는 다음의 관계를 갖는다.

N_Tx ^(out)

△f_D,u ^(out,c)= ───────────── △f_Dd ^(out,c)(6)

N_Rx ^(out)

중심국은 주파수 안정도가 매우 높은 기준발진기를 채용하여 주파수 편이가 없다고 가정할 수 있으므로 △f_Tx ^(out,c)=△f_Rx ^(out,c)=0으로 놓을 수 있어 식 (5)는 다음과 같이 쓸 수 있다.

△f^(c)=△f_D,u ^(out,c)+△f_SAT+△f_D,d ^(out,c)(7)

식 (7)의 아웃바운드 신호의 수신주파수 오차 △f^(c)는 주파수 오차 정보 제공기(11)에 의해 데이타 삽입기(9)로 제공되고 이에 의해 시분할 다중화된 아웃바운드 프레임의 1슬롯(Slot)에 주기적으로 삽입되어 모든 단말국들을 향해 방송모드로 송신된다.

상기와 같은 본 발명은 중심국에서 검출된 아웃바운드 신호에 대한 수신 주파수 오차 정보를 이용해 망의 형태에 관계없이 모든 주파수 오차를 보정할 수 있고, 별도의 자동 주파수 제어장치가 불필요하여 시스템의 경계성이 제고되고, 주파수 오차 보정을 위해 별도의 파일롯 신호가 필요없고 아웃바운드 회선의 극히 일부만을 사용하므로 위성중계기의 대역을 유효하게 이용할 수 있으며, 위성중계기 국부발진기의 주파수 편이와 지구국 상·하향 주파수 변환 체인의 주파수 편이와 위성의 운동에 의한 도플러 주파수 편이 등에 의한 주파수 오차를 모두 보정할 수 있으므로 인바운드 신호와 같은 버스트 형태로 전송되는 경우 프리앰블의 길이를 짧게 할 수 있어 회선의 이용효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상향 주파수를 변환하는 상향 주파수 변환 수단(5); 하향 주파수를 변환하는 하향 주파수 변환 수단(7); 연속적인 시분할 다중화 반송파를 발생하여 상기 상향 주파수 변환수단(5)으로 출력하는 아웃바운드 변조 수단(6); 상기 하향 주파수 변환 수단(7)의 출력단에 연결되어 중심국에 수신된 아웃바운드 신호의 주파수 오차를 검출하는 아웃바운드 복조 수단(10); 중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 아웃바운드 시분할 다중화 프레임에 삽입하는 데이타 삽입 수단(9); 상기 하향 주파수 변환 수단(7)의 출력단에 연결되어 있으며, 상기중심국 수신 주파수 오차 정보를 입력받아 인바운드 신호를 복조하는 인바운드 복조 수단(8); 상기 아웃바운드 복조 수단(10)에서 검출된 중심국 수신 주파수 오차 정보를 수집하여 상기 데이타 삽입 수단(9)과 인바운드 복조수단(8)에 제공하는 주파수 오차 정보 제공 수단(11); 및 기준주파수를 발진하여 상기 상향 주파수 변환 수단(5), 하향 주파수 변환 수단(7), 아웃바운드 변조 수단(6), 인바운드 변조수단(8) 및 아웃바운드 복조 수단(10)을 동기시키는 기준주파수 발진 수단(3)을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템의 중심국의 주파수 오차 보정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인바운드 복조 수단(8)은, 상기 중심국 수신 주파수 오차 정보를 이용하여 주파수를 보정하는 송신 주파수 합성 수단과 인바운드 신호 복조 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위성통신시스템의 중심국에서의 주파수 오차 보정 장치.