본 논문에서는 조립/제작, 시험과정을 통하여 개발된 통신방송위성용 Ka 대역 통신위성 중계기의 구조 및 성능에 대하여 기술한다. 개발된 중계기는 전체 400MHz 대역 내에 100 MHz 대역폭을 갖는 3 개의 통신채널을 수용하여 광대역 멀티미디어 서비스를 지원할 수 있도록 설계되었으며 국내 기술로 제작되어 우주인증을 거친 IFA, RxDC, IMUX, CH-AMP 등의 부품으로 구성되어 있다. 중계기에 대한 성능시험은 EGSE를 이용해 자동으로 수행되었으며, 성능시험결과 대부분의 성능 항목이 요구사항과 부합됨을 확인하였다. 제작된 Ka 대역 중계기에 적용된 위성 중계기 및 부품의 제작 및 시험 기술은 향후 통신해양기상위성에 탑재될 중계기의 개발에 직접 응용이 가능하다.
한국통신은 현재 동경 116도 궤도에 무궁화1호 및 2호를 운영하며 통신 및 방송 서비스를 제공하고 있다. 무궁화 3호 위성은 대용량 위성으로 1/2호 위성의 중계기 용량을 모두 수용하며 동남아 지역을 대상으로 하는 가변빔 및 Ka-band 중계기를 탑재하고 있다. 3호 위성은 발사 후 동경 116도에 위치하여 올해로 수명이 다하는 1호 위성이 제공하는 서비스 및 2호 위성 서비스를 수용할 예정이며, 2호 위성은 113도로 이동하여 신규 서비스를 수용할 예정이다. 본 고에서는 무궁화3호 위성 탑재체의 설계사양 및 설계단계 성능분석에 대해 간략하게 소개하며, 분석결과와 실제 측정 데이터를 비교하였다. 또한 Ka-band 중계기의 주요 성능 파라미터들의 변화에 따라 디지털 통신캐리어를 가정하여 무궁화3호 위성 통신시스템의 비트오율 성능분석을 실시하였다. 시뮬레이션을 실시한 이유는 탑재체에 실제 서비스 캐리어가 실린 경우 탑재체의 통신품질을 예측하기 위함이다. 무궁화3호 위성의 공정현황 및 제공서비스에 대해서도 간략하게 소개하였다.
해외 제작으로 개발된 무궁화위성의 상용 중계기 기술을 시작으로 위성통신의 중계기술은 Ku 대역 및 Ka 대역의 우주인증용 탑재체 구성부품의 개발을 거쳐 천리안위성 1호에 국내 기술로 개발된 Ka 대역 탑재체를 성공적으로 탑재하여 운용함으로써 발전을 거듭하고 있다. 군용 위성통신은 능동중계기인 Dehop/Rehop 중계기를 탑재한 무궁화위성 5호의 아나시스(ANASIS) 체계로써 시작되어, 항재밍/저피탐 기능을 갖춘 대전자전 중계기(DAT)와 통신용량 증가에 유연하게 대처할 수 있는 디지털 중계기(DCAMP)의 탑재가 개발 중에 있다. 본 논문에서는 국내에서 개발되는 정지궤도 위성의 개발현황을 살펴보고, 탑재 개발되었던 상용 및 군용의 중계기술을 토대로 국내 군 위성통신의 개발 방향을 논하고자 한다. 제한된 주파수 자원을 고려할 때, 평시에는 다양한 중용량의 군 위성통신 신호를 중계하고 준 전시에는 모드를 변경하여 지능적인 고기동 전술 재밍 신호에 대응할 수 있는 전장적응형 간섭회피의 겸용 중계기술이 주요할 것이다. 이러한 주파수 도약 및 중용량 겸용의 중형급 군 통신위성이 국내의 자립 기술로써 개발될 수 있는 기반이 마련되고 있다고 사료가 된다.
천리안 위성은 해양 관측과 기상영상 전송, 그리고 Ka 대역 위성통신 신호 중계를 위한 다목적 복합위성으로 2010년 발사되어 운용되고 있다. Ka 대역 위성통신 중계기는 MSM 스위치 기능으로 다중 빔 지향이 가능하고 다중모드 고속 데이터를 전송할 수 있다. 천리안 위성통신 중계기는 MSM 기능으로 다수의 신호발생기와 Ka 대역의 주파수 사용으로 시스템 위상잡음이 증가할 수 있다. 위상잡음은 다중모드 및 고속 데이터 전송에 영향을 미치고 있으며, 높은 위상잡음을 갖는 위성 전송시스템은 전송 신호를 복원하기가 어렵다. 본 논문에서는 천리안 위성통신중계기의 위상잡음을 측정하고, 측정된 위상잡음을 수신 잡음대역폭 관점에서 위상잡음 영향을 분석하고 평가한다. 아울러, 천리안 위성통신 중계기 위상잡음에 대한 다중모드 및 고속 전송 데이터의 전송 성능을 평가한다.
지상 모바일 위성 통신에서 MRC 기법을 사용하는 하이브리드 위성-지상 중계기 네트워크는 위성으로부터 전송된 신호의 품질을 향상하는데 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 하이브리드 위성-지상 중계기 네트워크에서 TCP 처리율과 spectral efficiency 성능을 수식으로 도출해보고 다양한 환경의 TCP 성능 평가 결과에 대해서 분석해보았다. 분석 결과, MRC 덕분에 지상 중계기의 수를 증가하는 것으로 TCP 처리율과 spectral efficiency 성능을 향상할 수 있지만 채널 상태에 상관없이 고정된 지상 중계기 수를 적용하는 것은 오버헤드가 발생할 수 있다. 또한 TCP 성능은 패킷손실률에 민감하기 때문에 하이브리드 위성-지상중계기 네트워크에서 MRC 기법 적용만으로는 성능 향상에 한계가 있다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 논문에서는 추가적으로 오버헤드를 줄이고 네트워크 성능을 향상할 수 있는 솔루션들에 대해서도 토론해 본다.
위성통신에서는 위성에 실린 고가의 중계기를 가능하면 많은 지구국이 공용하는 편이 효율적이 된다. 그 때문에 중계기에 할당된 주파수 대역을 나누어 각 지구국에 할당해야 한다. 또 자동차와 휴대전화 등의 이동통신에서도 기지국과 이동기를 연결하는 무선회선에서는 다수의 가입자가 제한된 무선을 이용할 수 있는 것과 같은 방법을 사용할 필요가 있다.
본 논문에서는 전술데이터링크인 Link 16의 버스트 전송 환경을 위성채널 특성에 맞게 GMSK 변조방식과 LDPC/RS 에러정정 코드를 적용한 위성 데이터링크용 웨이브폼을 연구한다. 그리고 기존의 재머 제거능력이 있는 위성 중계기에서 신호가 있는 채널만 선택적으로 스위칭을 하여 상향링크와 하향링크에서 도약을 다르게 할 수 있으면서, 신호 대역외에 있는 모든 재머는 제거할 수 있어 중계기 전력 탈취영향을 줄일 수 있는 DSM형 중계기를 제안한다. 제안한 웨이브폼 및 중계기 구조를 BER 및 부분대역 재밍 환경에서 성능을 분석하였다. 분석결과 제안한 웨이브폼은 기존 데이터링크보다 우수하여, 2.5dB 신호대 잡음비를 갖으며 worst case 부분대역 재밍환경에서 52dB 처리이득을 요구함을 알 수 있었다. 또한 DSM형 중계기는 기존보다 최대 2dB 항재밍 이득을 갖게 됨을 알 수 있었다.
· 21세기 도고 정보화 사회에서의 위성통신은 현존 위성 시스템에서 주로 제공하는 국가간 장 거리 전화, 방송 중계 서비스 등을 포함한 광범위한 대용량 디지털 멀티미디어 서비스 형태 의 트래픽을 처리하여 재분배하는 고성능, 다기능 정보통신으로 발전하고 있다. 이에 따라 전세계적으로 위성 수의 증가에 따른 위성궤도 부족과 주파수 자원의 고갈 등의 문제점을 야기시키게 되었다. 이를 해결하기 위해서는 기존의 단순 중계기의 역할뿐만 아니라, 위성탑 재 IF/RF 스위칭 기술, 기저대역 신호처리 기술, 다중 빔 안테나 기술 등을 포함한 OBP 탑 재 위성 시스템이 필요하게 된다. 따라서 본 논문에서는 기본적으로 멀티미디어 서비스를 제공하고 주파수 재사용 기법을 적용한 다중 스폿 빔을 송수신하는 차세대 OBP 탑재 위성 B-ISDN 중계망 접속 방식을 설계하고, 설계된 위성 B-ISDN 중계망 다중 접속 방식의 성 능을 평가하였다.
위성통신 시스템은 기존의 지상망이나 광 케이블 기술에 비해 통신 대역폭의 유연성과 다중 접속능력, 이동통신, 광역성, 멀티포인트 및 브로드캐스팅 등의 본래의 특징으로 인해 초고속정보통신망 구축에 중요한 역할을 하게 된다. 특히 OBP (On-Board Processing) 기술을 적용하면 기존 위성통신 탑재장치의 수동적인 중계 기능 이외에 복조/재변조, 부호/복호화 및 오류정정, 중계기 및 빔간의 상호 연결/절체 등의 새로운 기능이 추가되어 능동적인 중계를 가능하게 함으로써 통신 품질의 향상, 통신 링크의 전송 효율 개선, 전송 용량 증대 등의 장점을 갖고있다. OBP 탑재 위성 B-IDSN 중계망은 하나의 거대한 가상 ATM 교환기로 간주되고, 여러중계 지구국들중 목적 중계 지구국으로 패킷들을 직접 라우팅 할 수 있는 장점이 있다. 본 논문은 OBP 탑재 위성 B-ISDN 연동 프로토콜 연구를 수행하는 것으로서, 위성 B-ISDN 구조와 각 지구국별 신호 기능 및 B-IDSN 신호 시스템인 DSS2 계층 3 신호 프로토콜, B-ISUP 프로토콜, S-BISUP 프로토콜의 구조를 분석하였다. 또한 점-대-다지점을 위한 B-ISDN의 연결과 소유권 및 각각의 프로토콜에 대한 메시지와 프리미티브를 정의하여, 이를 토대로 OBP 탑재 위성 B-IDSN 연동 프로토콜의 기본 호 처리 절차를 설계 및 구현하고, 이를 테스트하였다.
위성 디지털 멀티미디어 방송 (DMB : Digital Multimedia Broadcasting) 시스템은 효율적인 서비스 제공을 위해 위성과 지상중계기(Gap-filler)를 이용하여 서비스를 제공한다. 이때 지상중계기의 고출력 송출 신호는 위성으로부터 상대적으로 낮은 전력으로 수신되는 인접대역 서비스에 큰 간섭을 준다. 또한, 낮은 출력의 지상중계기를 사용할 경우 서비스 커버리지가 작아져 효율적인 지상중계기 운영을 할 수 없다. 본 논문에서는 링크버짓 분석을 통해, 인접대역에서 서비스 되는 지상중계기와 위성과 의 간섭을 최소화하며, 지상 중계기의 서비스 반경을 최대화 할 수 있는 지상중계기의 송신전력(EIRP) 13dBW를 산출하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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