Journal of Advanced Navigation Technology (한국항행학회논문지)

The Korean Navigation Institute (한국항행학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analysis of Ka Band Satellite Link Budgets and Earth Station G/T in Korea Rainfall Environment

국내 강우 환경에서 Ka 밴드 위성 링크 버짓 및 지구국 G/T 분석

  • Choi, Hyeong-Jae (Department of Electronics Engineering, Incheon National University) ;
  • You, Kyoung-A (Department of Electronics Engineering, Incheon National University) ;
  • Park, Dae-Kil (Department of Electronics Engineering, Incheon National University) ;
  • Koo, Kyung Heon (Department of Electronics Engineering, Incheon National University)
  • Received : 2019.03.06
  • Accepted : 2019.04.23
  • Published : 2019.04.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In geostationary satellite communications, which are widely used for broadcasting and communication, there is a path loss where the signal power on the path is largely reduced. It is important to consider rain attenuation when calculating link budget because the Ka band frequency is vulnerable to rain attenuation. In this study, rainfall trends were analyzed by using rainfall data from the year 2000 in four regions of Korea (Seoul, Incheon, Busan, Jeju) and the rainfall attenuation was calculated. This was used to analyse the satellite link budget and receiving performance for the down-link of the korea satellite COMS. In this study, the calculated G/T for the rainfall intensity of 0.5% per year using the rainfall data for 18 years increased by approximately $8.5dBK^{-1}$ compared to the ITU's zone-K rain model, and decreased by approximately $1dBK^{-1}$ compared to the precipitation data for 13 years from the TTA(Korea Telecommunications Technology Association). The results of this study can be used for the design of G/T in domestic-installed satellite ground station.

방송 및 통신에 널리 이용하는 정지궤도 위성 통신에서는 경로 상에서 신호 전력이 크게 감소하는 경로 손실 (path loss)이 발생한다. Ka 밴드 주파수는 강우 감쇠에 취약하여 링크 버짓을 계산할 때 강우 감쇠를 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 한국의 4개 지역(서울, 인천, 부산, 제주)의 2000년도 이후 강우 데이터를 이용하여 강우 추이를 분석하고 강우 강도 및 강우 감쇠를 계산하였다. 이를 이용하여 천리안 위성의 다운 링크에 대한 위성 링크 버짓 및 수신 성능을 해석하였다. 본 연구에서 18년간의 강우 데이터를 이용하여 연시간율 0.5%인 강우강도일 때 계산한 G/T 결과는 국제전기통신연합(ITU)의 Zone-K 강우 모델의 경우와 비교하여 약 $8.5dBK^{-1}$ 증가하였고, 한국정보통신기술협회(TTA)에서 13년간의 강우 데이터로 계산한 G/T 보다 약 $1.2dBK^{-1}$ 감소하였다. 본 연구의 결과는 국내 설치 위성 지구국의 G/T 설계에 활용될 수 있다.

Keywords

HHHHBI_2019_v23n2_151_f0001.png 이미지

그림 1. ’00~’17년 국내 4개 지역 연간 평균 강수량 Fig. 1. Precipitation by annual rate in ’00~’17 (average over 4 regions in Korea).

HHHHBI_2019_v23n2_151_f0002.png 이미지

그림 2. 본 연구(INU)와 TTA, ITU의 연시간율별 강우강도 Fig 2. Comparison of rainfall strength by annual rate of this study(INU), TTA and ITU.

표 1. ’00-’17년 국내 4개 지역 연시간율별 강우강도 (mm/h) Table 1. Rainfall strength by annual rate (mm/h) of 4 areas in Korea for '00-'17.

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0001.png 이미지

표 2. 서울지역 연시간율별 강우강도 (mm/h) Table 2. Rainfall strength by annual rate of Seoul (mm/h).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0002.png 이미지

표 3. 인천지역 연시간율별 강우강도 (mm/h) Table 3. Rainfall strength by annual rate of Incheon (mm/h).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0003.png 이미지

표 4. 부산지역 연시간율별 강우강도 (mm/h) Table 4. Rainfall strength by annual rate of Busan (mm/h).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0004.png 이미지

표 5. 제주지역 연시간율별 강우강도 (mm/h) Table 5. Rainfall strength by annual rate of Jeju (mm/h).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0005.png 이미지

표 6. TTA 제공 강우강도를 이용한 강우감쇠(dB) (‘00~’12년) Table 6. Rainfall attenuation using the rainfall intensity provided by TTA (dB) ('00~’12).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0006.png 이미지

표 7. 본 연구의 강우감쇠(dB) (‘00~’17년) Table 7. Rainfall attenuation in this study(dB) ('00~’17).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0007.png 이미지

표 8. ITU 제시 zone-K 강우강도 요구 수신 성능 결과(dBK-1 ) Table 8. Receiving performance results required for Zone-K rainfall strength by ITU (dBK-1).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0008.png 이미지

표 9. ’00-’12년의 강우강도 요구 수신 성능 결과(dBK-1) Table 9. Receiving performance results required for rainfall strength of ’00-’12 by TTA (dBK-1).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0009.png 이미지

표 10. 본 연구의 ‘00-’17년 강우강도 요구 수신 성능(dBK-1) Table 10. Receiving performance results required by rainfall strength of ’00-’17 by this study (dBK-1).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0010.png 이미지

표 11. ’00-’17년의 Ku 대역 위성 요구 수신 성능(dBK-1) Table 11. Receiving performance results required by Ku band satellite of ’00~’17 (dBK-1).

HHHHBI_2019_v23n2_151_t0011.png 이미지

References

  1. TTAK.KO-06.0122/R1, Reginal rainfall-rate distribution for designing radio communication links in Korea, TTA, Dec. 2013.
  2. Korea meteorological administration. Rainy season analysis report [Internet]. Available : http://www.kma.go.kr/search/kmaSearch4.jsp?keyword=%C0%E5%B8%B6%20%C6%AF%BC%BA
  3. Korea meteorological administration. Data for cumulative precipitation per minute in 4 regions (Seoul, Incheon, Busan, Jeju), 2000-2017, [Internet] Availalble : https://data.kma.go.kr/stcs/grnd/grndRnList.do?pgmNo=69
  4. H. J. Choi, D. K. Park, and K. H. Koo. "Trend analysis of the 10 minute cumulative time rainfall over the last 5 years," in The Korea Navigation Institute General Academic Conference, Vol. 22, No. 1, Seoul: Korea, pp. 178-179, 2018.
  5. ITU, Recommendation ITU-R P.618-8 propagation data and prediction methods required for the design of earth-space telecommunication systems, pp.6-8, 2003.
  6. ITU, Recommendation ITU-R P.838-3 specific attenuation model for rain for use in prediction methods, pp.3-6, 2005.
  7. TTAK.KO-06.0123/R1, Conversion method of rain-rate statistics for various integration time data, TTA, Dec. 2010.
  8. ITU, Recommendation ITU-R PN.837-1 characteristics of precipitation for propagation modelling, pp.1-4, 1994.
  9. K. A. Yoo, D. K. Park, and K. H. Koo, "Analysis of Ku band G/T performance in 4 regional of Korea satellite earth stations considering rainfall characteristics," in The Korea Navigation Institute General Academic Conference, Vol. 22, No. 1, Seoul: Korea, pp. 180-181, 2018.
  10. K. S. Lee and K. H. Koo. "Design of the satellite beacon receiver using array based digital filter," The Jounal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 27, No. 10, pp. 909-916, Oct. 2016. https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2016.27.10.909
  11. K. S. Lee and K. H. Koo. "Ku band antenna G/T analysis and experiment according to elevation angle change," The Jounal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 28, No. 7, pp. 550-559, July. 2017 https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2017.28.7.550
  12. Ktsat. Koreasat6 [Internet]. Available : https://www.ktsat.net /content/view.do?cttNm=coverage&cttNo=031