1 제 8 장 위성통신기기 8.1 개 요 8.2 위성통신의 개요 8.3 위성통신의 종류 8.4 위성통신의 현황 8.5 위성통신 방식 8.6 지구국의 기본 구성과 기능 ◐ 연습문제

2 개요

3 위성통신의 역사 국제위성과 지역위성은 급속도로 발전되었으며, 통신위성 방식에 있어서 도 기존의 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 바뀌게 되었다. 이것은 지 상계 통신망이 해결할 수 없는 보완적 수단은 물론이요, 각종 첨단 정보전 달수단으로서의 활용가치가 국제적으로 크게 인정받아 정보통신시대의 주 요 매체로 위성통신이 등장하게 되었다. 우리나라도 세계적인 추세에 맞추어 선진과학기술을 도입하고 국내의 사 회문화적 요구에 부응하기 위하여 국가적 차원에서 국내용 통신위성을 보 유하기 위해 검토하여 오던 중 1992 년 과학위성인 우리별 1 호 (KISTSAT- 1) 를 발사한 후 이듬해인 1993 년 우리별 2 호 (KISTSAT-2) 를 지상 820[km] 상 공에 발사하였으며 본격적인 통신위성인 무궁화 1 호 (KOREASAT-1) 를 1995 년 8 월 발사하였고 1996 년 1 월 무궁화 2 호를 정지궤도에 진입시켜 고 속․저속 데이터통신, 비디오 중계, 국간중계, 도서벽지 / 비상재해 통신, TV/ CATV 프로그램 중계 등 본격적인 서비스를 제공함으로써 21 세기 정보통 신국가로서 면모를 갖추게 되었다.

4 위성통신의 특징 [1] 위성통신의 장단점 (1) 장점 ① 동보성 (broadcasting) ② 광역성 (wide area) ③ 정지위성의 경우 이론적으로 한 개로 지구의 1/3 을 커버할 수 있다. ④ 이동성 (mobility) ⑤ 안정한 대용량 (large capacity) 의 통신이 가능 ⑥ 재해에 안전함 ⑦ 유연한 회선설정이 가능 (2) 단점 ① 장거리 통신 방식이므로 송신측 지상국에서 수신측 지상국까지 약 240 ～ 320[ms] 정도의 전파지연이 발생 ② 위성에서 발사한 전파가 지구에 도착하면 신호가 약해지므로 안테나의 크기를 크게 해야 정보 전달이 원활해지므로 지구국의 크기가 커진다. ③ 정보의 보안성이 없다.

5 위성통신의 분류 (1) 용도별 서비스 ① 정지위성 서비스 (FSS ： Fixed Satellite Service) ② 이동위성 서비스 (MSS ： Mobile Satellite Service) ③ 방송위성 서비스 (BSS ： Broadcast Satellite Service) (2) 영역별 서비스 ① 국제위성 서비스 (INTELSAT, INMARSAT) ② 지역위성 서비스 (EUTELSAT, PANAMSAT) ③ 국내위성 서비스 (KORESAT, BS) (3) 응용 시스템별 서비스 ① 광대역전송：국제전화 중계망, SNG, 원격 진료 ② 방송： DBS, DAB, ISDB ③ 이동통신：개인휴대통신, 지상 이동통신, 항공 이동통신, 해사통신 ④ 원격감시 및 제어：홍수통제 및 예보, 하천 감시, 기상 관측 및 대기 환 경측정 ⑤ GPS ：측위, 자동항행

6 위성통신의 종류 세계 최초의 인공위성 스프트니크 (Sputnik) 가 발사된 이래 소련, 미국, 일본, 그 외 ESA(European Space Agency), 캐나다, 인도, 이태리, 영국, 독일, 프랑스 등 에서 위성을 소유 [1] 통신위성 (1) 고정통신위성 (2) 방송위성 (3) 이동통신위성 [2] 관측위성 [3] 해사위성 (INMARSAT) [4] 군사위성 [5] 과학위성

7 위성통신의 현황

8 [2] 위성통신 주파수 대역

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11 ▪ 정지궤도 위성 정지궤도 위성은 적도상의 원 궤도로 지구의 자전속도와 같이 돌기 때문에 지상에 있는 관측자에게는 하늘공간에 고정되어 있는 것처럼 보인다. ▪ 극궤도 위성 극궤도는 저궤도위성의 특별한 형태이다. 유일한 차이점은 극궤도상의 위성 이 일반적으로 동에서 서쪽방향으로 움직이는 것보다 더 많이 북에서 남쪽방 향으로 치우쳐 움직인다는 것이다.

12 ▪ 타원궤도 위성 - 길쭉한 계란모양의 진행경로를 움직임 - 궤도의 한쪽 끝은 지구중심에 가장 근접 ( 근지점 ) - 다른 한쪽 끝은 가장 멀리 ( 원지점 ) - 이 궤도상의 위성은 지구를 한 바퀴 도는데 약 12 시간 - 극궤도 위성과 같이 북 - 남 방향으로 움직인다. - 우리별 위성：인공위성센터 - 아리랑 위성：항공우주연구소

13 해사 위성통신 [1] 인말새트 -A 지구국 현황 ∙ 시설수：인말새트 -A 시스템 1 식 - 회선용량： 50 회선 ( 전화： 30, 텔렉스： 20) ∙ 주요 서비스기능 - 아날로그 선박전화 ( 팩스, 전자메일 ), 텔렉스, 조난통신

14 [2] 인말새트 -C 지구국 현황 ∙ 시설수：인말새트 -C 시스템 1 식 - 회선용량： 20 회선 ( 텔렉스： 10, 데이터： 5, PSTN ： 5) ∙ 주요 서비스기능 - 선박발신 FAX, 텔렉스, 선박위치정보, 기상정보, 조난통신 - 데이터통신 (X.25, X.75), EGC( 동보통신 )

15 [3] 인말새트 -B/M 지구국 현황 ∙ 시설수：인말새트 -B/M 시스템 1 식 - 회선용량： 50 회선 ( 전화： 28, 텔렉스： 20, HSD ： 2) ∙ 주요 서비스기능 - 디지털 선박전화 (FAX, 전자메일 ), 텔렉스, 조난통신, 고속 데이터

16 우리나라 위성통신

17 무궁화 위성의 주요기능 ∙ 방송 채널의 탑재 ∙ 기업 활동에 활용 ∙ 원격교육, 그룹 CATV, 화상회의, POS 시스템 구축 등 ∙ 홍수방지 ∙ 군사용도이동통신： GPS( 위치확인 시스템 ), 쌍방향 데이터통신, 위성을 이 용한 무선호출 시스템 등에 적용.

18 위성통신 방식 (Satellite Communication System) [1] 랜덤위성 방식 (Random Satellite System) 초기의 위성통신 방식으로 지구 상공 수백～수천 [km] 의 궤도상을 수 시간 의 주기로 선회하는 위성을 이용하는 방식 [2] 위상위성 방식 (Phased Satellite System) 지구상공에 등간격으로 여러 개의 통신위성을 배치하고, 지구국은 안테나 를 사용하여 차례로 위성을 추적하여 항상 통신망을 확보하는 방식 [3] 정지위성 방식 (Stationary Satellite System) 현재 주로 사용되고 있는 위성통신 방식으로, 지구 적도상의 상공 고도 약 36,000[km] 에 지구의 회전에 동기되어 동쪽으로 회전하는 통신위성을 이 용하는 방식

19 다원접속 방식 [1] 주파수분할 다원접속 방식 (FDMA) ◈ 장 점 ① 지구국의 장치 ( 안테나, 고전력증폭기, 변복조장치 ) 가 간단하고 저렴하다. ② 초기 투자비용이 적다.( 재래식 기술 적용 ) ◈ 단 점 ① 비선형 증폭기에 의한 영향으로 분할 채널수의 제약을 받는다. ② 회선이용 효율이 낮고 간섭에 대해 약하다. ③ 주파수 스펙트럼 효율이 저하된다.( 가드밴드가 필요함 )

20 [2] 시분할 다원접속 방식 (TDMA) TDMA(Time Division Multiple Access) 방식은 다수의 지구국에서 송․수신 하는 디지털화된 신호를 시간적으로 분할하여 각 지구국에 할당하는 방식 다수의 사용자에게 일정한 시간간격을 제공함으로써 공동의 주파수 대역을 사용하는 방식

21 ① 고정할당 방식 (pre-assigned multiple access system) 각 지구국 사이에 필요한 회선수를 미리 고정적으로 할당해 두는 방식 ② 요구할당 방식 (demand-assigned multiple access system) 각 지구국이 필요로 하는 시간만큼 회선할당을 받는 방식 ◈ 장 점 ① 요구할당 방식이 쉽게 실현된다. ② 상호변조에 의한 간섭이 없다.(TDMA 는 단일 반송파 ) ③ 회선의 유연성, 융통성이 우수하다. ④ 상향 회선의 전력조정 ( 사용자의 최대 수 ) 이 불필요하다. ◈ 단 점 ① 구성이 복잡하고 가격이 비싸다. ② 정확한 망동기 기술이 요구된다.

22 [3] 코드분할 다원접속 방식 (CDMA) 대역확산 방식을 이용하여 필요로 하는 정보량의 대역폭보다 넓은 대역으 로 신호를 확장시켜서 여러 신호를 동시에 송신하는 방식 ◈ 장 점 ① 통신보안을 유지할 수 있다. ② 페이딩의 영향을 감소시킬 수 있다. ③ 전송시간 변화에 의한 영향이 적어서 전송시간에 유연성이 있다. ◈ 단 점 ① 광대역이 필요하다. ② 장비를 구현하기 위한 경제성이 요구된다.

23 [4] 공간분할다중 방식 (SDMA) ◈ 장 점 ① 대용량 전송이 가능하다. ② 주파수 이용효율이 좋다. ③ 지구국의 안테나가 소형이어도 된다. ] ◈ 단 점 ① 위성의 안테나가 대형으로 된다. ② 중계기나 안테나의 구조가 복잡하다.

24 인텔세트 위성통신

25 위성통신 시스템의 기본 구성과 기능

26 지구국의 기본 구성과 기능 (1) 안테나계 (2) 추미계 (3) 저잡음 증폭기 (LNA) 계 (4) 지상 인터페이스계 (5) 통신관제 서브 시스템 (6) 측정장치 (7) 무정전 전원장치 (8) 변복조계 (9) 출력 증폭기 (HPA)

27 송신부 송신장치는 대전력증폭기 (HPA ： high power amplifier) 를 말하며, 지상의 다른 지역 통신장비로서 수신된 RF(Radio Frequency) 신호를 안테나를 통 하여 위성으로 전송할 수 있을 정도로 충분한 증폭하는 역할을 수행

28 수신부 수신장치는 저잡음 증폭기 (LNA ： low noise amplifer) 를 말하며, 안테나로 부터 수신된 미세한 전파를 받아서 잡음이 극히 적도록 증폭을 하고 또한 이를 신호 대잡음비 (S/N) 를 높일 수 있도록 잡음을 억제

29 안테나부 안테나의 기능 ㅇ 송수신을 겸하고 있으며, 송신시 도파관을 통해서 온 전자파를 방사 ㅇ 수신시에는 인간의 귀와 같이 공간을 통해 전파되어온 전자파를 모아 도파관으로 보냄

30 위성위치정보 시스템 (GPS) ㅇ 인공위성을 이용하여 지구상 어디에서나 위치, 속도, 시간 측정을 가능 하게 해주는 시스템 ㅇ 초기에는 미 국방성에서 자국의 군사목적을 위하여 개발 ㅇ 현재는 여러 분야에서 민간 사용이 확대 ㅇ 해외는 GPS 측위 정밀도 향상 기술과 이를 응용한 연구가 진행 중 ㅇ 국내는 고성능, 저가격의 하드웨어 설계를 위한 기초 연구, 수신기 하드 웨어 설계를 위한 성능 분석 ㅇ 최근에는 GPS 를 이용한 응용 연구 활동중

31 GPS 의 영역 [1] 공간 (space) Segment ① 전체 24 대 위성고도： 20,200km ② 궤도 경사각： 55 ③ 궤도간 간격： 60° [2] 제어 (Control) Segment ① 주 관제국：방송 궤도력 (Broadcast Ephemerides) 과 원자 시계오차 (Clock-bias) 보정값을 위성에 송신 (1 개 ) ② 부 관제국：위성 신호를 추적, 저장한 후 주관제국에 전송 (4 개 ) [3] 사용자 (User) Segment ① 기능：위성 신호를 수신하여 위치, 속도, 시간 계산 ② 조건： 4 개 이상 위성의 동시 관측 필요

32 GPS 신호의 구조 및 특성 [1] GPS 신호의 특성 ① 반송파는 각 위성의 독특한 PRN 부호와 항법 메시지와 함께 Spread Spectrum 에 의해 변조 ② 모든 위성은 동시에 2 개의 반송파를 전송 ③ CDMA 에 의해 변조, 분리 [2] GPS 반송파 ① L1 신호： [GHz] ② L2 신호： [GHz] [3] PRN(Pseudo-Random Noise) 부호 ① C/A 부호 (Course Acquisition) ： 1.023[MHz] ② P 부호 (Precise Code) ： 10.23[MHz] [4] Navigation Data Stream ： 50Hz

33 GPS 신호의 원리 [1] GPS 신호의 위치 결정 원리 인공위성과 수신기의 거리 측정 거리 (r p ) = 빛의 속도 (C) × 경과시간 ( ⊿ t) [2] Differential GPS 의 동작원리 (1) 구 성 일반 GPS 체계 + 기준국 (Base Station) (2) 기준국 역할 ① 자신의 정확한 위치를 알고 있음 ② GPS 위성신호를 받아 오차 계산 ( 오차 = 정확한 위치 - 계산 위치 ) ③ 오차를 수신기에 송출 (3) 효 과 ① 움직이는 물체：수 m 이내 ② 정지한 대상： 1m 이내

34 [3] GPS 의 측위오차 ① 구조적인 요인에 의한 오차 => 위성 시계의 오차 => 위성 궤도의 오차 => 대기권의 전파 지연 => 수신기에서 발생하는 오차 ② 선택적 이용성에 의한 오차 (Selective Availability ： SA) => 미국방성이 의도적으로 오차를 증가시킴

35 GPS 신호의 특징 (1) 장점 ① 3 차원의 위치, 고도, 시간의 정확한 측정 ② 전 세계적으로 24 시간 연속 서비스 ③ 무제한 사용 가능 ④ 기상 조건 및 간섭의 영향을 적게 받음 (2) 단점 ① 극초단파를 사용하므로 장애물에 가릴 때는 곤란 ② 소프트웨어 호환성이 적고 장비가 고가

36 (3) 응용분야 ① 지능형 교통 시스템 (Intelligent Transportation System ； ITS) 상용화준비 ② 우리나라의 GPS 응용기술은 매우 진취적이며 현재 응용분야가 해양선박 의 위치결정 시스템, 지리정보 시스템, 위치정보 등 매우 다양 ③ 항공 네비게이션 (Navigation) – 항공기 자신의 위치 파악, Air Traffic Control(ATC) ④ 해상 네비게이션 (Marine Navigation) – Vessel Traffic Services(VTSs) – Local Area DGPS – Wide Area DGPS