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위성통신 중계기에서의 FPGA를 이용한 Gigabit 시리얼 송수신기 설계
A Gigabit Serial Transceiver Design Using FPGA for Satellite Communication Transponder 원문보기

한국통신학회논문지. The journal of Korea Information and Communications Society. 무선통신, v.39A no.8, 2014년, pp.481 - 487  

홍근표 (SAMSUNG THALES Co., Ltd.) ,  이정섭 (SAMSUNG THALES Co., Ltd.) ,  진병일 (SAMSUNG THALES Co., Ltd.) ,  고현석 (Agency for Defense Development) ,  서학금 (Agency for Defense Development)

초록
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본 논문에서는 위성통신 디지털 중계기에서 backplane 구조 기반의 Gigabit 시리얼(Serial) 송수신기(Transceiver)에 대해 기술하였다. 송수신기는 프로그램밍 가능한 Xilinx space-grade Virtex-5 FPGA를 이용하여 다수의 광대역 채널에 대해 모든 경우의 스위칭 기능을 지원한다. 이러한 기능을 구현하기 위해 Virtex-5 FPGA 내부에 탑재된 GTX transceiver(고속 시리얼 송수신)을 사용한다. FPGA를 사용함으로써 부품이 추가되지 않아 구현이 간단해지는 장점이 있다. 고속의 시리얼 송수신기를 구현하기 위해서 PCB 디자인에 대해 신호 무결성(Signal Integrity) 시뮬레이션을 필수적으로 수행하였다. 신호 무결성 시뮬레이션을 통해 GTX 전송 선로에 대한 S-parameter, Eye diagram, 채널 지터(Channel Jitter) 성능을 분석하였고, GTX transceiver가 오류 없이 동작할 것으로 확인하였다. 마지막으로 제안한 PCB 디자인은 위성통신 디지털 중계기 시험인증모델(Engineering Qualification Model-2) 제작에 활용될 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we have proposed gigabit serial transceiver based on backplane architecture at the satellite communication digital transponder. The transponder supports the full combinational switching function with broadband multi-channel using programmable device - Xilinx space-grade Virtex-5 FPGA....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 위성통신 디지털 중계기의 일반적인 구조를 설명하고, backplane 구조 기반의 디지털 채널 처리부(DCAMP)에서 채널 간 스위칭 기능을 위한 Gigabit 시리얼 송수신기에 대한 성능 시뮬레이션 결과를 분석하였다. 광대역 채널간 스위칭 기능을 지원하기 위해 디지털 채널 데이터를 주고 받을 수 있도록 FPGA 내부에 탑재된 GTX transceiver를 사용하였다.
  • 본 논문에서는 위성통신 디지털 중계기의 효율성을 증대하기 위해 멀티 채널간 데이터를 주고 받을 수 있는 Gigabit 시리얼 송수신기의 성능 시뮬레이션 분석에 대해 기술하였다. Backplane 구조에서 FPGA 내부에 있는 GTX transceiver를 오류 없이 사용할 수 있도록 Gigabit 전송 선로에 대해 신호 무결성 시뮬레이션을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
아날로그 중계기의 단점? 과거에는 우주환경의 제약으로 아날로그 형태의 저용량 및 유연성이 낮은 위성통신 중계기가 운용되고 있으나, 디지털 IC 소자의 눈부신 발전에 따라 최근 미국, 프랑스 등 선진국에서는 수십에서 수백 MHz 대역폭을 가지는 멀티 채널에 대해 고속의 디지털 신호를 처리하는 디지털 중계기를 이미 개발, 운용하고 있다. 아날로그 중계기의 경우 부채널간 스위칭은 불가하며, 채널간 스위칭을 하기 위해서는 모든 경로의 스위치를 설치하여 신호를 선택해야 하기 때문에 무게 및 크기에 제약을 크게 받는다. 그러나 이러한 기능을 디지털 중계기로 구현할 경우, 하드웨어 리소스가 획기적으로 감소되고 채널내의 부채널 단위까지 스위칭 및 이득 조정 기능이 가능하기 때문에 대용량 위성 중계기의 효율성이 극대화 될 수 있다.
송수신기는 어떤 기능을 지원하는가? 본 논문에서는 위성통신 디지털 중계기에서 backplane 구조 기반의 Gigabit 시리얼(Serial) 송수신기(Transceiver)에 대해 기술하였다. 송수신기는 프로그램밍 가능한 Xilinx space-grade Virtex-5 FPGA를 이용하여 다수의 광대역 채널에 대해 모든 경우의 스위칭 기능을 지원한다. 이러한 기능을 구현하기 위해 Virtex-5 FPGA 내부에 탑재된 GTX transceiver(고속 시리얼 송수신)을 사용한다.
모든 채널 간 Point-to-Point 연결하는 Gigabit 시리얼 전송 방식의 장점은? 그러므로 하드웨어 리소스 및 소모전력 그리고 구현 가능성을 고려한 대용량의 채널 데이터를 송수신하기 가장 좋은 방법은 Gigabit 시리얼(Serial) 전송 방식이며 모든 채널간 Point-to-Point 연결하는 것이다. 모든 전송경로가 독립적으로 운용되어 간섭영향을 최소화 할 수 있으며, 하드웨어 구성이 간소화 되는 장점이 있다.
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참고문헌 (7)

  1. B. I. Jin and J. H. Kim, "A study on the algorithm for the channelizing of the active satellite transponder," in Proc. KICS Conf., pp. 1556-1557, Jeju Island, Korea, Jun. 2010. 

  2. D. H. Lee and K. S. Kim, "Performance comparison of channelization schemes for flexible satellite transponder with digital filter banks," J. Korea Inst. Military Sci. Technol. (KIMST), vol. 13, no. 3, pp. 405-412, Jun. 2010. 

  3. Xilinx, Radiation-Hardened Space-Grade Virtex-5QV Family Overview(2012), Retrieved Jan. 17, 2013, from http://www.xilinx.com 

  4. Xilinx, Virtex-5 FPGA RocketIO GTX Transceiver User Guide(2009), Retrieved Feb., 10, 2013, from http://www.xilinx.com 

  5. Y. J. Song, J. H. Kim, S. H. Lee, H. G. Seo, G. H. Shin, and B. C. Jin, "System level space environment testing of satellite digital transponder," J. KICS, vol. 38C, no. 12, pp. 1159-1169, Dec. 2013. 

  6. A. Technologies, A Design of Experiments for Gigabit Serial Backplane Channels(2009), Retrieved Feb. 10, 2013, from http://www.agilent.com 

  7. Xilinx, Virtex-5 FPGA RocketIO GTX Transceiver Characterization Report(2008), Retrieved Feb. 10, 2013, from http://www.xilinx.com 

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