A Study on Technique for Synchronization Error Calibration of Standard frequency & Time Signal Dissemination System via KoreaSAT

무궁화 위성을 이용한 표준 시각/주파수 전송 시스템의 동기오차 보정 기술

In this paper we analyze the main resources of error in GEO-satellite STFS(Standard Time & frequency Signal) dissemination system. For the case of small countries like Korea, we compare GEO-satellite STFS dissemination technique with the terrestrial network or with the GPS using LEO-satellites, and analyze its advantages over the forementioned systems. We also introduce the GEO-satellite STFS dissemination systems which are being developed or in service. Particularly, we put much efforts to develop the synchronization error calibration technique required to provide a highly accurate STFS service via KoreaSAT. We then propose the differential mode technique as the most effective and efficient calibration technique for mitigating errors in GEO-satellite STFS dissemination systems, and analyze its performance via computer simulation. We also analyze the relation between time accuracy and frequency accuracy. Our experimental results show that the time accuracy is better than 100 ns and the frequency accuracy is better than 10-13 over 7 days all around Korea peninsula. Finally, we propose methods to improve the performance of STFS dissemination system, and demonstrate that the proposed methods result in more accurate synchronization of GEO-satellite STFS.

본 논문은 정지궤도위성을 이용한 표준 시각/주파수 전송 시스템의 동기오차 요인을 분석하고, 한국과 같이 영토가 작은 국가의 경우, 정지궤도 위성을 이용하는 방식의 이점을 지상망 또는 저궤도 위성을 이용하는 GPS 방식과 비교 분석한다. 또한, 본 논문은 현재 서비스를 제공중이거나 연구가 진행중인 단방향 위성 시각 전송 시스템을 고찰하고, 특히, 무궁화 위성을 이용한 고정밀도의 표준 시각/주파수 전송 서비스를 제공하기 위해 요구되는 동기오차 보정 기술에 관하여 연구한다. 전국 통신망 동기를 위한 표준 시각/주파수의 정확도를 만족시킬 수 있는 효과적인 동기오차 보정 방식으로 차동보정 방식(differential mode)을 제안하고 그 성능을 분석하였으며 시각 정확도와 주파수 정확도의 관계를 분석하였다. 모의실험 결과, 정상적인 시스템 운영하에서 시각 정확도와 주파수 정확도는 각각 100 ns(95%)와 $10_{-13}$(7일이상) 보다 우수한 것으로 분석되었다. 또한, 본 논문에서 제시한 성능 개선 방안을 적용함으로써 보다 높은 정확도의 시각/주파수 동기가 가능함을 확인하였다.