KR101595525B1

KR101595525B1 - 위성 통신 시스템에서의 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101595525B1
Application number: KR1020100131572A
Authority: KR
Inventors: 김희욱; 강군석; 구본준; 안도섭
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2016-02-26
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: KR20120070138A; US20120155378A1; US9136936B2

Abstract

본 발명은 하나 이상의 안테나 피드 그룹을 통해 사용자 단말로 신호를 전송하는 다중빔 위성 시스템에서의 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치로, 상기 하나 이상의 안테나 피드 그룹들 중 하나 이상을 선택하여, 선택 결과를 출력하는 안테나 피드 그룹 선택부와, 상기 안테나 피드 그룹 선택부로부터 출력된 선택 결과에 따라 순환 지연 오프셋을 결정하여 출력하는 순환 지연 오프셋 결정부와, 상기 빔 형성 안테나 피드 그룹 선택부에 의해 선택된 안테나 피드 그룹을 통해 전송될 신호를 상기 순환 지연 오프셋 결정부로부터 전달된 순환 지연 오프셋을 적용하여 전송하는 송신부를 포함한다.

Description

위성 통신 시스템에서의 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치 및 방법{Apparatus and method for frequency selectiveness in satellite communication}

본 발명은 위성 통신 시스템에 관한 것으로, 다중 반송파 기반의 다중 빔 기반의 송신 장치 및 방법에 관한 것이다.

리피터(Repeater), CGC(Complementary Ground Component), ATC (Ancillary Terrestrial Component)와 같은 지상 보조 장치(CTC)를 사용하는 위성 통신 시스템으로 국내에서는 현재 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 서비스를 제공 중에 있다. 유럽의 경우 DVB-SH 시스템에 대한 연구가 2010년경 방송 서비스 제공을 위해 활발히 진행 중에 있다. 또한 미국의 MSV 및 Terrstar의 경우 ATC를 이용하여 도심지 및 도외지에서 음성 및 데이터 통신을 제공하기 위한 지상 위성 통합 시스템을 개발하고 있다.

먼저 한국의 위성 DMB 시스템은 위성과 함께 동일 채널 중계기(gapfiller)를 이용한 지상망을 보조적으로 이용하여 고음질의 오디오 신호와 멀티미디어 신호를 차량 및 고정, 휴대 수신이 가능하도록 하기 위해서 설계되었다. 위성 및 지상 부분 공히 2630~2655MHz 대역에 최적화되어 있다. 이 시스템은 급전회선 지구국(feeder link earth station)과 방송용 위성, 2가지 형태의 지상 중계기 그리고 수신기(차량, 고정, 휴대)로 구성된다.

우선, 신호는 급전회선 지구국을 통해서 위성으로 전송되며, 이때 상향 회선으로는 고정 위성 서비스(Fixed Satellite Service : FSS)용 대역(ex, 14GHz)이 이용된다. 수신된 신호는 위성 장치에서 2.6GHz 대역으로 변환되고, 위성 중계기 내의 증폭기를 통해 원하는 크기로 증폭되어 서비스 영역에 방송되게 된다.

위성 시스템의 사용자 단말은 낮은 방향성을 가지는 소형 안테나를 통해서 신호를 수신할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 충분한 크기의 유효 등방성 복사 전력(Effective Isotropically Radiated Power : EIRP)을 가져야 한다. 따라서, 위성 장치는 대형의 송신용 안테나와 고출력 중계기를 구비해야 한다. 그리고, 2.6GHz 대역의 신호 전파에서 주요 문제로 위성으로부터의 직접 경로성의 장애물과 음영 문제를 들 수 있는데 이를 극복하기 위해 위성 시스템 설계에서 위성 신호를 재전송하는 중계기를 추가한다. 상기 중계기는 건물과 같은 대역 장애물에 의해서 차단되는 부분을 담당하게 되며, 직접 증폭 중계기와 주파수 변화 중계기로 구분된다. 직접 증폭 중계기는 위성 장치로부터 수신되는 2.6GHz대역의 방송 신호를 단순 증폭만 하는 형태이며, 수신 및 송신 안테나 사이에서 발생하는 신호 간섭으로 인한 불필요한 발산으로 피하기 위하여 본질적으로 저 이득 증폭기를 이용한다. 이 형태는 LOS(Line of Sight)를 기준으로 500m까지의 좁은 영역을 담당한다. 이에 비해 주파수 변환 중계기는 3Km까지의 넓은 영역을 담당하기 위한 것으로, 수신되는 2.6GHz대역 신호를 다른 주파수 대역 (ex. 11GHz)으로 변환하여 전송한다. 이러한 환경에서는 2개 이상의 신호가 수신되는 다중 경로 페이딩이 발생하게 되는데, 이 시스템에서는 다중 경로 페이딩 신호의 안정적인 수신을 위해 CDM 기술을 적용한 레이크 수신기(Rake Receiver)를 사용한다.

유럽의 DVB-SH 시스템은 Nationwide 커버리지에서는 위성을 통해서, 그리고 옥내 환경 및 지상 커버리지에서는 CGC를 사용하는 개념의 시스템으로써 DVB-H 기반의 S 대역의 15 MHz 대역폭에서 Mobile TV 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다. S 대역의 지상 IMT 용 대역과 근접한 대역을 사용하기 때문에 IMT 지상 부문과 통합(integration)이 용이하고, 지상망과의 네트워크 재사용이 용이하여 설치 비용을 줄일 수 있다. 지상망과의 하이브리드(Hybrid) 방송 구조를 고려하고 있으며, 위성과 CGC 간의 신호 간섭 문제를 해결하고 주파수를 효율적으로 사용하기 위해 한 개의 위성 스팟 빔 안의 CGC 셀에 대해서는 재사용 계수(reuse factor)를 1로 하고 위성 스팟 빔에 대해서는 재사용 계수(reuse factor)를 3으로 하는 구조를 고려하고 있다.

이와 같은 경우 프랑스에서는 위성 스팟 빔을 통해 전국적인(nationwide) 커버리지에 대해 9개의 TV 채널을 그리고 도심지나 옥내 환경에서는 지상 중계기로 27개의 채널을 방송할 수 있다.

마지막으로 미국의 MSV 및 Terrestar의 경우 L 대역 및 S 대역에서 인터넷 접속, 음성 통화 등 유비쿼터스 무선 광역 통신 서비스를 PCS/셀룰라 타입의 단말기에 제공하기 위한 GEO 기반의 이동 위성 통신 시스템을 개발하고 있다. 이 시스템은 위성/ATC를 결합한 하이브리드 무선 네트워크 구조를 이용하여 미국과 캐나다에서 도심지나 인구 밀집된 지역에서는 ATC 즉 지상망을 통해 음성이나 고속 패킷 서비스를 제공하며 ATC가 커버하지 못하는 시골이나 도외 지역에서는 위성을 통해 서비스하는 구조를 가지고 있다. 주로 ATC는 위성과 대체로 같은 무선인터페이스를 사용하여 지상 단말기의 복잡도를 거의 증가시키지 않으면서 위성 서비스까지 가능하도록 개발하고 있다.

위와 같이 향후 개발되는 개인 휴대형 이동 위성 시스템은 모두 지상 보조 장치를 이용하여 LoS(Line of Sight)가 확보되는 시골이나 도외 지역에서는 위성을 통해서, 그리고 위성 신호가 확보되지 않는 도심지나 옥내 환경에서는 지상 보조 기구를 통해서 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있다.

현재 4세대 지상 이동 통신 시스템으로 유/무선 채널에서 고속 데이터 전송에 유용한 방식으로 OFDM 및 OFDMA 방식을 활발하게 연구하고 있다. 상기 OFDM 방식은 다중 반송파를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로서, 직렬로 입력되는 심볼열을 병렬 변환하여 이들 각각을 상호 직교성을 갖는 다수의 부반송파들, 즉 다수의 부반송파 채널들로 변조하여 전송하는 다중반송파 변조 방식의 일종이다. 상기 OFDM 방식은 종래의 주파수 분할 다중 방식과 비슷하나 무엇보다도 다수개의 부반송파들 간의 직교성을 유지하여 전송함으로써 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있는 특징을 가진다. 또한 주파수 사용 효율이 좋고 다중 경로 페이딩에 강한 특성이 있어 고속 데이터 전송시 최적의 전송 효율을 얻을 수 있다는 특징을 가진다. 또한, 주파수 스펙트럼을 중첩하여 사용하므로 주파수 사용이 효율적이고 주파수 선택적 페이딩에 강하고 다중경로 페이딩에 강하고, 보호 구간을 이용하여 심볼간 간섭 영향을 줄일 수 있으며, 하드웨어적으로 등화기 구조를 간단하게 설계하는 것이 가능하며, 임펄스성 잡음에 강하다는 장점을 가지고 있어 지상 통신 시스템 구조에 적극 활용되고 있는 추세에 있다. 한편, 상기 OFDM 방식에 기반한 다중 접속 방식이 상기 OFDMA 방식이다. 상기 OFDMA 방식은 한 개의 OFDM 심볼 내의 부반송파들을 다수의 사용자들, 즉 다수의 단말기들이 분할하여 사용하는 방식으로서, 사용자에게 주파수 및 시간을 분할하여 할당하는 다중 사용자 접속 방식이다.

OFDMA의 장점은 주파수 및 시간을 사용자의 요구에 맞추어 다양하게 제공할 수 있다는 것이다. 이런 이유로 OFDMA 방식은 다양한 QoS를 제공할 수 있다. 또한 OFDMA는 OFDM의 부채널들을 사용자의 채널 환경에 따라 적응적으로 배분함으로써 용량을 극대화할 뿐만 아니라 TDMA등과 동시에 사용이 가능하다.

단말의 칩 셋 비용을 줄이기 위해서는 위성 부문과 지상 부문의 무선 인터페이스가 공통성을 가지는 것이 중요하다. 그러나 위성의 고유한 특징인 긴 전파 왕복지연 시간 및 매우 큰 스팟 빔 커버리지 등은 지상 부문의 무선 인터페이스를 위성 부문에서 재사용하기 위해 약간의 수정을 요구한다. OFDM 또는 OFDMA을 위성 환경에 적용하기 위해 긴 왕복지연 시간을 극복하는 기술을 제안되었으며, 주파수 효율 극대화를 위한 주파수 재사용 기법이 제안되었다. 또한 OFDMA기반 다중빔 위성통신 시스템에서 간섭 경감 기법이 제안되었다.

그러나, 위성 환경에 적용하기 위해 제안된 종래의 기술들은 지상 시스템과는 달리 다중 경로 페이딩을 겪지 않는 LOS의 위성 채널 환경과 사용자마다 유사한 채널 특성을 갖는 특징으로 인해 지상 시스템에서의 OFDM 또는 OFDMA 방식의 장점을 이용하지 못한다.

본 발명은 다중 반송파(Multi-Carrier) 기반의 위성 통신 시스템에서 한 빔 내에서 전송되는 다중 사용자들을 위한 다중 반송파 신호들이 겪는 채널 페이딩 특성을 상이하게 하는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 다중 반송파(Multi-Carrier) 기반의 위성 통신 시스템에서 다중 여러 빔을 통해 전송되는 한 사용자 신호들이 겪는 채널 페이딩 특성을 빔마다 상이하게 함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득 얻도록 하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다중빔 위성 통신 시스템에서의 위성 장치에 의한 주파수 선택성 구현을 위한 송신 방법으로, 안테나 피드 그룹을 선택하는 단계와, 선택된 안테나 피드 그룹의 개수 및 사용자 단말의 개수에 따라 순환 지연 오프셋을 결정하는 단계와, 상기 결정된 순환 지연 오프셋을 적용하여 상기 선택된 안테나 피드 그룹을 통해 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

본 발명은 다중 반송파(Multi-Carrier) 기반의 위성 통신 시스템에서 한 빔 내에서 전송되는 다중 사용자들을 위한 다중 반송파 신호들이 겪는 채널 페이딩 특성을 상이하게 하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

본 발명은 다중 반송파(Multi-Carrier) 기반의 위성 통신 시스템에서 다중 여러 빔을 통해 전송되는 한 사용자 신호들이 겪는 채널 페이딩 특성을 빔마다 상이하게 함으로써 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중빔 통신 시스템 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 송신부 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 시간 도메인에서 순환 지연 오프셋을 적용하는 송신기의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 주파수 도메인에서 순환 지연 오프셋을 적용하는 송신부의 구조를 도시한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성 통신 시스템에서의 주파수 선택성 구현을 위한 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.

본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명은, OFDM 또는 OFDMA 기반의 다중 빔 위성 시스템에서 한 빔 내의 여러 사용자 신호 또는 여러 빔을 통해 전송되는 한 사용자의 신호들 간의 다른 순환 지연 오프셋 값을 적용하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명은 기존의 OFDM 기반의 지상 무선 인터페이스와 공통성을 유지하면서, 지상 시스템과 같이 사용자마다 상이한 채널 특성을 갖게 함으로써 OFDM 부채널들을 사용자들의 채널 환경에 따라 적응적으로 배분함으로써 시스템 용량을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 OFDM 또는 OFDMA을 포함하는 다중 반송파 기반의 다중 빔 위성통신 시스템에서 적용 가능하다. 또한, L이나 S 대역과 같은 저 주파수 대역 또는 Ka, Ku 대역과 같은 고주파수 대역에서의 위성 통신 시스템에 적용 가능하다. 또한, 이동 또는 고정, 방송 위성 통신 시스템에서 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중빔 위성 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 다중빔 위성 통신 시스템은 다수의 안테나 피드 그룹들(110, 120, 130)을 포함하는 위성 장치(110)와, 위성 장치(110)로부터 신호를 수신하는 다수의 사용자 단말(User Equipment : UE)를 포함한다. 안테나 피드 그룹들로는 1부터 N까지의 다수의 안테나 피드들을 포함하는 제 1 안테나 피드 그룹(110)과, 1'부터 N'까지의 안테나 피드들을 포함하는 제 2 안테나 피드 그룹(120)과, 1''부터 N''까지 안테나 피드들을 포함하는 안테나 피드 그룹(130)이 포함될 수 있다. 도 1에서는 3 개까지의 안테나 피드 그룹들이 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 3 개 이상의 안테나 피드 그룹을 포함하는 위성 장치에 적용 가능하다.

안테나 피드 그룹들(110, 120, 130) 각각은 특정 빔을 형성하기 위해 사용된다. 예컨대, 도 1을 참조하면, Beam A는 제 1 안테나 피드 그룹(110)에 의해 형성된다. 그리고, 하나의 빔은 둘 이상의 안테나 그룹에 의해 형성될 수도 있다. 예컨대, Beam B는 제 1 안테나 피드 그룹(110) 및 제 2 안테나 피드 그룹(120)에 의해 형성될 수 있고, Beam C는 제 1 내지 제 3 안테나 피드 그룹을 포함하는 세 개의 안테나 피드 그룹(110, 120, 130)들에 의해 형성될 수도 있다.

한편, 사용자 단말(User Equipment: UE)은 각 빔을 통해 위성 장치(100)와 접속을 시도함에 있어, 두 가지의 실시예가 존재한다.

첫 번째로, 하나의 안테나 그룹에 의해 생성되는 빔을 통해 둘 이상의 사용자 단말이 위성 장치와 접속하는 경우이다. 예컨대, 도 1에 도시된 UE1, UE2 및 UE3의 경우, 제 1 안테나 피드 그룹에 의해 생성되는 빔 A에서 OFDMA의 부반송파 채널을 할당받아 동시에 위성 장치와 접속한다.

두 번째로, 다수의 안테나 그룹에 의해 생성되는 다수의 빔을 통해 하나의 사용자 단말이 위성 장치와 접속하는 경우이다. 예컨대, 도 1에 도시된 UE4는 제 1 안테나 피드 그룹(110) 및 제 2 안테나 피드 그룹(120)에 의해 생성되는 빔 B로부터 신호를 수신한다. 또한, UE5는 세 개의 안테나 피드 그룹들(110, 120, 130)에 의해 생성되는 빔 C로부터 신호를 수신한다. 이러한 UE4 및 UE5는 다수의 안테나 그룹에 의해 생성되는 빔들로부터 SNR이 높은 신호를 수신할 수 있다.

그러나, OFDM 또는 OFDMA 기반의 위성 통신 시스템의 경우, 위성 장치와 UE들간의 신호가 거의 LOS를 형성한다. 따라서, 다수의 안테나 피드 그룹들로부터 생성되는 신호들로부터 수신 SNR은 높일 수 있지만 수신 다이버시티 이득을 얻을 수 없다. 또한, 빔 내에 존재하는 UE들 간에도 채널 특성이 유사하기 때문에 UE의 주파수 선택적 채널 특성에 따른 적응적으로 부반송파 채널을 할당할 수 없기 때문에 시스템 용량을 증대시키는데 한계가 있다.

이에 본 발명에서는 위성 통신 시스템에서 순환 지연 오프셋을 적용하여 채널 특성을 인위적으로 주파수 선택적으로 변화시켜 시스템 용량을 증가시키는 송신 장치 및 방법을 제안한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 위성 장치(210)는 순방향 링크 채널을 통해 둘 이상의 사용자 단말(User Equipment : UE)(220)로 정보를 전송할 수 있다. 또한, 위성 장치(210)는 둘 이상의 사용자 단말(220)로부터 역방향 링크 채널을 통해 정보를 수신할 수 있다. 또한 위성 시스템은 OFDMA 무선 네트워크에서 동작할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 위성 장치(210)는 상세하게는 빔 형성 안테나 피드 그룹 선택부(211), 순환 지연 오프셋 결정부(212) 및 송신부(213)를 포함한다.

빔 형성 안테나 피드 그룹 선택부(211)는 위성 장치(100)에 구비된 다수의 안테나 피드 그룹들(110, 120, 130) 중 하나 이상을 선택하여, 선택 결과 신호를 순환 지연 오프셋 결정부(120) 및 송신부(130)에 출력한다.

순환 지연 오프셋 결정부(120)는 안테나 피드 그룹 선택 결과 신호에 따라, 순환 지연 오프셋을 결정하여 송신부(130)에 출력한다.

그런데, 본 발명에서 순환 지연 오프셋을 결정함에 있어, 두 가지 실시예가 존재한다.

첫 번째 실시예로, 한 빔 내의 다수의 UE들이 존재하는 경우, 다수의 UE들 간에 채널 특성을 다르게 하기 위해 순환 지연 오프셋을 적용한다. 예컨대, 도 1에 도시된 UE1, 2, 3들간의 채널 특성을 다르게 하여 적응적으로 부반송파를 할당하여 시스템 용량을 증가시킨다.

두 번째 실시예로, 다수의 안테나 그룹으로부터 생성된 다수의 빔을 수신하는 UE들의 경우, 다수의 안테나 그룹으로부터 생성된 다수의 빔들 사이에 순환 지연 오프셋을 적용한다. 예컨대, UE4 및 UE5와 같이 다수의 안테나 그룹으로부터 생성된 다수의 빔들 사이에 순환 지연 오프셋을 적용하여 다수의 안테나 그룹으로부터 생성된 빔 신호들 간의 다이버시티 이득을 얻는다.

그리고, 순환 지연 오프셋 결정부(212)는 선택된 안테나 피드 그룹들에 따라 적용 가능한 순환 지연 오프셋을 결정하여 송신부(130)에 출력해준다.

송신부(130)는 빔 형성 안테나 피드 그룹 선택부(110)로부터 전달된 안테나 피드 그룹을 통해 신호를 빔을 형성하여 전송함에 있어, 순환 지연 오프셋 결정부(120)로부터 전달된 순환 지연 오프셋을 적용한다.

또한, 송신부(130)는 전술한 바와 같이 두 가지 실시예에 따라 상이한 실시예가 가능하다.

< 제 1 실시예>

도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 송신부 구성도이다.

도 3을 참조하면, 송신부(213)는 하나의 안테나 피드 그룹으로부터 생성된 하나의 빔 내에 여러 UE들 간의 주파수 선택적 페이딩을 생성하기 위한 순환 지연 오프셋을 적용하는 구조를 갖는다. 그런데, 한 빔 내에서 UE들과 위성간에는 대부분 LOS(Line of Sight)를 통한 통신이 이루어지기 때문에 위성 장치와 각각의 사용자 단말들간의 채널 특성은 주파수 평면(Frequency flat) 특성을 갖게 된다. 따라서, 다수의 UE 들의 수신 신호가 주파수 선택적 특징을 갖지 않기 때문에, OFDMA 기반의 지상 시스템에서 얻을 수 있는 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수 없게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 송신부(413)는 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻기 위해, 각 사용자 단말에 전송될 신호들 각각에 상이한 순환 지연 오프셋을 적용한다. 도 3에서는 순환 지연 오프셋이 채널 할당 후에 적용되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 채널 할당 전에 순환 지연 오프셋이 할당될 수도 있다.

도 3을 참조하면, 채널 할당부(310-1, 310-2, 310-M)는 각각 사용자 단말에게 전송할 신호를 전송하기 위한 채널을 할당한다. 여기서, 채널 할당은 각 사용자에게 적용되는 순환 오프셋 지연기(Cyclic Offset Delay : D)로부터 생성될 수 있는 주파수 선택적 특징을 고려하여 채널 특성이 가장 좋은 부분에 해당하는 부반송파 채널을 할당한다. 이로써, 다중 사용자 다이버시티 이득을 얻을 수도 있다. 또한, 전체 부 반송파 채널에서 임의로 분산하여 할당함으로써 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수도 있다.

순환 오프셋 지연기(Cyclic Offset Delay : D)(321-1, 322-2, ...,32N, 321-2, 322-2, ...,32N-2, ...,321-M, 322-M,..., 32N-M)는 각 다중빔 신호와 UE 간의 채널 특성을 인위적으로 주파수 선택적으로 만들기 위해 각 UE를 위한 안테나 피드 신호들에 상이한 순환 지연 오프셋 값을 적용할 수 있다. 즉, 안테나 피드 1에서 적용되는 값은 다른 안테나 피드에 적용되는 값과 다를 수 있다. 또한 각 UE마다 다른 주파수 선택적 특징을 가지게 하기 위해 각 UE에게 적용되는 순환 지연 오프셋 값 또한 달리 적용된다.

역고속 푸리에 변환기(inverse fast fourier tramsform : IFFT)(331, 332, 33N)은 순환 오프셋 지연기로부터 출력되는 신호에 대해 각각 IFFT를 수행한 후, 출력한다. 보호 구간 삽입기(Guard Interval Inserter : G)(341, 342, 34N)는 역고속 푸리에 변환기(331, 332, 33N) 각각에서 출력된 신호에 보호 구간을 삽입한 후, 디지털 아날로그 변환기(Digital Analog Converter : DAC)(351, 352, 353)에 출력한다. 여기서, 보호 구간은 OFDMA 통신 시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌로 현재 OFDM 심벌간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)를 제거하기 위해 삽입되는데, 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix) 또는 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 형태가 될 수 있다. 디지털 아날로그 변환기(Digital Analog Converter: DAC)(351, 352, 35N)는 보호 구간 삽입기(341, 342, 34N)에서 출력된 신호를 아날로그 변환하여 출력한다. 그러면, 빔 형성기(Beamforming : B/F)(361, 362, 36N)는 아날로그 변환기(DAC)( 351, 352, 35N)로부터 출력된 신호들 각각을 빔으로 형성하여 해당 안테나 피드 1부터 N들로 출력한다. 이때, 빔 형성기 (361)은 안테나 피드 1을 통해, 빔 형성기(362)는 안테나 피드 2를 통해, 빔 형성기(36N)은 안테나 피드 N을 통해 신호를 전송한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 송신부 구성도의 다른 예이다.

도 4를 참조하면, 채널 할당부(411, 412, ...,41M) 및 순환 오프셋 지연기(421, 422, 42M) 및 빔 형성부(621, 622, 623)를 제외한 송신부(130)의 다른 구성 요소의 동작은 도 4와 동일하므로 생략하기로 한다.

한 빔 내에서 M명의 UE가 동시에 접속하는 경우를 생각해보자. 각 UE들이 전송하고자 하는 데이터들로 이루어진 데이터 벡터를 Di(i=1, 2, N)라고 할 때, 각 데이터 벡터의 크기는 Di을 갖는다. 채널 할당부(411, 412,...,41M)는 각 사용자 단말에게 전송될 Di 데이터 벡터를 입력받아, 채널 할당 행렬 Rci을 곱하여 출력한다. 채널 할당 행렬 Rci는 i번째 사용자가 할당되는 부반송파 위치를 알려주는 행렬로써 대각 행렬이다. 대각 행렬의 각 요소(element) 값은 0 또는 1로써 각 요소에 해당하는 부반송파에 i번째 사용자 데이터가 할당될 경우 1의 값을 가지며, 데이터가 할당되지 않을 경우 0의 값을 갖는다. 따라서, 행렬 Rci에 존재하는 1의 개수는 각 UE 데이터 벡터 Di의 크기와 같으며, UE마다 자원을 직교적으로 할당하기 위해 임의의 RiRi'^T=0의 값을 가져야 한다. 채널 할당 행렬로부터 UE 데이터 매핑은 UE 벡터 Di의 요소값을 1이 존재하는 행렬의 요소에 순서대로 할당하는 방식으로 벡터 Ci를 형성한다. 즉 채널 할당 행렬의 (k.k)의 값이 0이면 벡터 Ci의 (k x 1)의 값은 0을 갖이며 (k',I')의 값이 1을 가질 경우 C(k'x1)의 값은 Di 벡터의 요소 값을 순서대로 매핑한다. 순환 오프셋 지연부(421, 422,...,42M)은 채널 할당부(411, 412, 41M)에 의해 산출된 벡터 Ci에 순환 지연 오프셋 벡터 Ri에 의한 순환 지연 오프셋을 적용한다. 각 순환 지연 오프셋 벡터 값은 하기의 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.

<제 2 실시예>

다음으로 다수의 안테나 피드 그룹으로부터 생성된 두 개 이상의 빔을 통해 하나의 단말로 신호를 전송하는 제 2 실시예에 대해 살펴보기로 한다. 즉, 도 1에 도시된 UE4, UE5와 같이 다수의 안테나 피드 그룹으로부터 생성된 두 개 이상의 빔을 통해 신호를 수신할 경우, 수신 신호의 SNR을 높임과 동시에 다이버시티 이득을 얻을 수 있도록 순환 지연 오프셋을 적용하는 방법을 설명한다.

도 1을 참조하면, 다수의 빔을 통해 사용자 단말을 위한 다중 빔 신호들 간에는 대부분 LOS(Line of Sight)를 통한 통신이 이루어지기 때문에 각 빔과 사용자 단말 간의 채널 특성은 주파수 평면(Frequency flat) 특성을 갖게 된다. 따라서, 다중 빔으로부터의 수신 신호가 주파수 선택적 특징을 갖지 않기 때문에, OFDMA 기반의 지상 시스템에서 얻을 수 있는 주파수 다이버시티 이득을 얻을 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 송신부(413)는 빔 신호들 간의 주파수 선택적 페이딩을 생성하기 위해 다중 빔 신호들 각각에 상이한 순환 지연 오프셋을 적용한다. 그런데, 순환 오프셋 지연이 주파수 도메인과 시간 도메인 중 어디에서 수행되는지에 따라 송신부(413)는 두 가지 실시예가 가능하다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따라 시간 도메인에서 순환 지연 오프셋을 적용하는 송신기의 구조를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 역고속 푸리에 변환기(inverse fast fourier tramsform : IFFT)(511, 512, 513)는 입력되는 다중 빔의 물리 계층 데이터에 대해 각각 IFFT를 수행한 후, 병렬/직렬 변환기(Paralellto Serial Converter : P/S)(521, 522, 523)로 출력한다. 병렬/직렬 변환기(Paralell to Serial Converter : P/S)(521, 522, 523)는 IFFT(511, 512, 513)으로부터 출력된 다중 빔 신호를 각각 직렬 변환한 후 출력한다. 순환 오프셋 지연기(Cyclic Offset Delay : D)(531, 532, 533)는 각 다중빔 신호와 UE 간의 채널 특성을 인위적으로 주파수 선택적으로 만들기 위해 각 다중빔을 위한 안테나 피드 신호들에 상이한 순환 지연 오프셋을 적용한다. 빔 1을 생성하는 순환 오프셋 지연기(531)들에는

인 순환 지연 오프셋이 적용되고, 빔 2를 생성하는 순환 오프셋 지연기(532)들에는

인 순환 지연 오프셋이 적용되고, 빔 3를 생성하는 순환 오프셋 지연기(533)에는

인 순환 지연 오프셋이 적용된다.

보호 구간 삽입기(Guard Interval Inserter : G)(540)는 순환 오프셋 지연기(D)(531, 532, 533) 각각에서 출력된 신호에 보호 구간을 삽입한 후, 디지털 아날로그 변환기(Digital Analog Converter : DAC)(550)에 출력한다. 여기서, 보호 구간은 OFDMA 통신 시스템에서 OFDM 심벌을 송신할 때 이전 OFDM 심벌 시간에 송신한 OFDM 심벌로 현재 OFDM 심벌간에 송신할 현재 OFDM 심벌간에 간섭(interference)를 제거하기 위해 삽입되는데, 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix) 또는 사이클릭 포스트픽스(Cyclic Postfix) 형태가 될 수 있다. 디지털 아날로그 변환기(Digital Analog Converter : DAC)(550)는 보호 구간 삽입기(540)에서 출력된 신호를 아날로그 변환하여 출력한다. 그러면, 빔 형성기(Beamforming : B/F)(560)는 아날로그 변환기(DAC)(550)로부터 출력된 신호들을 빔으로 형성하여 다수의 안테나 피드 그룹으로 출력한다. 이때, 빔 형성기 1(561)을 통해 빔 1이 제 1 안테나 피드 그룹을 통해 전송된다. 빔 형성기 2(562)를 통해 빔 2가 제 2 안테나 피드 그룹을 통해 전송된다. 빔 형성기 3(563)을 통해 빔 3가 형성되어 제 3 안테나 피드 그룹을 통해 전송된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 주파수 도메인에서 순환 지연 오프셋을 적용하는 송신부의 구조를 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 순환 오프셋 지연부(611, 612, 613) 및 빔 형성부(621, 622, 623)가 IFFT(630) 이전에 위치한다. 하기에서는 순환 오프셋 지연부(611, 612, 613) 및 빔 형성부(621, 622, 623)를 제외한 송신부의 다른 구성 요소의 동작은 도 5와 동일하므로 생략하기로 한다.

하나의 사용자 단말을 위해 다중빔을 형성할 k번째 부반송파 데이터 벡터가 송신부(413)에서 입력된다. 순환 오프셋 지연부(611, 612, 613)는 각 빔에서 k번째 부반송파에서 전송되는 데이터 신호에 대각 행렬을 가지는 순환 지연 오프셋 행렬 Ri(i=1, 2, 3)를 적용한다. 예컨대, 순환 지연 오프셋 행렬 R1은 하기의 <수학식 2>와 같은 대각 행렬일 수 있다.

빔 형성부(621, 622, 623)는 타겟 빔을 형성하기 위해, 순환 오프셋 지연부(611, 612, 613)으로부터 출력된 데이터에 빔 형성 행렬 B1을 곱한다. 상기 빔 형성부(621, 622, 623)로부터 출력된 빔 1, 2, 3의 k번째 부반송파 신호는 IFFT(630)에서 k번째 부반송파 위치에 매핑된 후 각 안테나에서 독립적으로 송신된다. 따라서, 순환 지연 오프셋을 적용하고 디지털 빔 형성 알고리즘을 적용한 각 안테나 피드 그룹을 위한 신호 x(k)는 빔 형성을 위한 안테나 그룹을 구성하는 안테나 피드 요소들의 IFFT를 위한 k번째 부반송파 신호로 매핑되어 IFFT 후 RF 처리 후에 송신되게 된다.

그러면, 전술한 바와 같은 위성 통신 시스템에서의 다이버시티 송신 방법을 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 위성 통신 시스템에서의 주파수 선택성 구현을 위한 송신 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 7을 참조하면, 위성 장치는 710 단계에서 사용될 안테나 피드 그룹을 선택한다. 그리고, 위성 장치는 720 단계에서 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상인지를 판단한다.

720 단계의 판단 결과 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상이 아닐 경우, 위성 장치는 730 단계에서 사용자 단말(UE)가 다수인지를 판단한다. 상기 730 단계의 판단 결과 사용자 단말(UE)가 다수가 아닐 경우, 위성 장치는 740 단계에서 송신부를 통해 빔을 생성하여 전송하되, 순환 오프셋 지연을 적용하지 않는다. 즉, 하나의 안테나 피드 그룹으로부터 형성된 빔을 통해 하나의 사용자 단말로 신호가 전송되는 경우에 순환 오프셋 지연을 적용하지 않는다.

그러나, 730 단계의 판단 결과 사용자 단말(UE)가 다수일 경우, 위성 장치는 750 단계에서 안테나 피드별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용하여, 다수의 사용자 단말로 신호를 전송한다. 즉, 전술한 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 사용자 단말을 위한 데이터 신호 각각이 하나의 안테나 피드 그룹에 포함된 다수의 안테나 피드들을 통해 전송될 경우, 안테나 피드들 각각에 의해 전송되는 신호들에 서로 상이한 순환 지연 오프셋이 적용된다.

다시 도 7을 참조하면, 위성 장치는 720 단계의 판단 결과 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상으로 판단될 경우, 위성 장치는 760 단계에서 UE가 다수인지를 판단한다.

상기 760 단계의 판단 결과 UE가 다수가 아닐 경우, 위성 장치는 770 단계에서 안테나 피드 그룹별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용한다. 즉, 전술한 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 사용자 단말을 위한 데이터 신호가 다수의 안테나 피드 그룹을 통해 전송될 경우, 안테나 피드 그룹 각각에 의해 전송되는 신호들에 서로 상이한 순환 지연 오프셋이 적용된다.

그러나, 상기 760 단계의 판단 결과 UE가 다수일 경우, 위성 장치는 780 단계에서 안테나 피드 그룹의 모든 안테나 피드별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용한다. 즉, 다수의 사용자 단말을 위한 데이터 신호가 다수의 안테나 피드 그룹을 통해 전송될 경우, 안테나 피드 그룹의 안테나 피드들 각각에 의해 전송되는 신호들에 서로 상이한 순환 지연 오프셋이 적용된다.

Claims

하나 이상의 안테나 피드 그룹을 통해 사용자 단말로 신호를 전송하는 다중빔 위성 시스템에서의 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치에 있어서,
상기 하나 이상의 안테나 피드 그룹들 중 하나 이상을 선택하는 안테나 피드 그룹 선택부와,
상기 안테나 피드 그룹 선택부의 선택 결과에 따라 순환 지연 오프셋을 결정하는 순환 지연 오프셋 결정부와,
상기 안테나 피드 그룹 선택부에 의해 선택된 안테나 피드 그룹을 통해 전송될 신호를 상기 순환 지연 오프셋 결정부로부터 전달된 순환 지연 오프셋을 적용하여 전송하는 송신부를 포함하되,
상기 하나 이상의 안테나 피드 그룹은 다수의 안테나 피드들을 포함하고,
상기 순환 지연 오프셋 결정부는
상기 선택된 안테나 피드 그룹이 하나이고, 사용자 단말이 다수일 경우, 상기 안테나 피드들 별로 상이한 순환 지연 오프셋을 결정하고,
상기 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상이고, 사용자 단말이 하나일 경우, 안테나 피드 그룹별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용하고,
상기 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상이고, 사용자 단말이 다수일 경우, 안테나 피드 그룹의 모든 안테나 피드들 별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 송신부는
직교 주파수 분할 다중 접속 기반의 무선 인터페이스 기반으로 상기 신호를 전송함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 1항에 있어서, 순환 지연 오프셋 결정부는
상기 선택된 피드 그룹을 통해 상기 신호를 전송할 사용자 단말이 둘 이상인지를 판단하여 상이한 순환 지연 오프셋을 결정함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 1항에 있어서, 순환 지연 오프셋 결정부는
하나의 안테나 피드 그룹을 통해 다수의 사용자 단말로 신호를 전송할 경우, 사용자 단말들 간의 채널 특성을 상이하게 하기 위해 순환 지연 오프셋을 결정하여 출력함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 송신부는
다수의 사용자 단말 각각에게 신호를 전송하기 위한 채널을 할당하는 채널 할당부와,
모든 안테나 피드를 통해 전송되는 신호들 각각을 상이한 순환 지연 오프셋으로 지연시켜 출력하는 다수의 순환 오프셋 지연기와,
다수의 빔으로 생성될 다수의 물리 계층 데이터 비트들을 입력받아 역 고속 푸리에 변환하여 출력하는 다수의 역 고속 푸리에 변환기와,
상기 다수의 역 고속 푸리에 변환기로부터 출력된 다수의 신호에 각각 보호 구간을 삽입하는 다수의 보호 구간 삽입기와,
상기 다수의 보호 구간 삽입기로부터 출력된 신호들 각각을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 디지털 아날로그 변환기와,
상기 다수의 디지털 아날로그 변환기로부터 출력되는 신호들을 각각 빔으로 형성하여 안테나를 통해 전송하는 다수의 빔형성기를 포함함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 5항에 있어서,
상기 채널 할당부는 다수의 사용자 단말에게 전송될 데이터 벡터가 입력됨에 따라 사용자 단말이 할당되는 부반송파 위치를 알려주는 대각 행렬인 채널 할당 행렬을 곱하여 출력하고,
상기 순환 오프셋 지연기는 채널 할당부로부터 출력된 데이터 벡터에 순환 지연 오프셋 벡터를 적용함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 1항에 있어서, 순환 지연 오프셋 결정부는
다수의 안테나 그룹으로부터 생성된 다수의 빔들 사이에 순환 지연 오프셋을 적용하여 다수의 안테나 그룹으로부터 출력함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 7항에 있어서, 상기 송신부는
시간 도메인에서 순환 지연 오프셋 동작을 수행함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 7항에 있어서, 상기 송신부는
주파수 도메인에서 순환 지연 오프셋 동작을 수행함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 7항에 있어서, 상기 송신부는
다수의 빔으로 생성될 다수의 물리 계층 데이터 비트들을 입력받아 역 고속 푸리에 변환하여 출력하는 다수의 역 고속 푸리에 변환기와,
상기 다수의 역 고속 푸리에 변환기로부터 출력되는 병렬 신호를 직렬 신호로 변환하여 출력하는 다수의 병렬/직렬 변환기와,
상기 다수의 병렬/직렬 변환기로부터 출력되는 다수의 신호를 상이한 순환 지연 오프셋으로 지연시켜 출력하는 다수의 순환 오프셋 지연기와,
상기 다수의 순환 오프셋 지연기로부터 출력된 다수의 신호에 각각 보호 구간을 삽입하는 다수의 보호 구간 삽입기와,
상기 다수의 보호 구간 삽입기로부터 출력된 신호들 각각을 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 디지털 아날로그 변환기와,
상기 다수의 디지털 아날로그 변환기로부터 출력되는 신호들을 각각 빔으로 형성할 다수의 안테나 피드 그룹들을 통해 전송하는 다수의 빔형성기를 포함함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 10항에 있어서, 상기 다수의 순환 오프셋 지연기들 각각은
빔을 송신하는 다수의 안테나 피드 그룹들에 포함된 다수의 안테나 피드들 각각에 대응되는 순환 오프셋 지연 구성 요소를 포함함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 7항에 있어서, 상기 송신부는
다수의 빔으로 생성될 부반송파 데이터 벡터가 입력됨에 따라, 상이한 데이터 벡터에 빔별로 각각 상이한 순환 지연 오프셋 행렬을 곱하여 출력하는 다수의 순환 오프셋 지연기와,
상기 순환 오프셋 지연기로부터 출력되는 신호에 빔 형성 행렬을 곱하여 출력하는 다수의 빔 형성기와,
상기 빔 형성기에 의해 산출된 빔 신호를 부반송파 위치에 매핑한 후 출력하는 역고속 푸리에 변환기와,
상기 역고속 푸리에 변환기로부터 출력되는 신호에 보호 구간을 삽입하는 보호 구간 삽입기와,
상기 보호 구간 삽입기로부터 출력된 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털 아날로그 변환기와,
상기 디지털 아날로그 변환기로부터 출력되는 신호를 무선 처리하여 다수의 안테나 피드 그룹들을 통해 출력하는 무선 처리부를 포함함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
제 12항에 있어서, 상기 순환 지연 오프셋 행렬을
생성될 빔의 갯수를 행과 열의 갯수로 하는 대각 행렬임을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 장치.
다중빔 위성 통신 시스템에서의 위성 장치에 의한 주파수 선택성 구현을 위한 송신 방법에 있어서,
하나 이상의 안테나 피드 그룹을 선택하는 단계와,
선택된 안테나 피드 그룹의 개수 및 사용자 단말의 개수에 따라 순환 지연 오프셋을 결정하는 단계와,
상기 결정된 순환 지연 오프셋을 적용하여 상기 선택된 안테나 피드 그룹을 통해 신호를 전송하는 단계를 포함하되,
상기 하나 이상의 안테나 피드 그룹은 다수의 안테나 피드들을 포함하고,
상기 순환 지연 오프셋 결정하는 단계는
상기 선택된 안테나 피드 그룹이 하나이고, 사용자 단말이 다수일 경우, 상기 안테나 피드들 별로 상이한 순환 지연 오프셋을 결정하고,
상기 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상이고, 사용자 단말이 하나일 경우, 안테나 피드 그룹별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용하고,
상기 선택된 안테나 피드 그룹이 둘 이상이고, 사용자 단말이 다수일 경우, 안테나 피드 그룹의 모든 안테나 피드들 별로 상이한 순환 지연 오프셋을 적용함을 특징으로 하는 주파수 선택성 구현을 위한 송신 방법.
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