강우감쇠 보상용 적응형 전송 방식을 개발하기 위하여 요구되는 가장 중요한 요소 기술 중의 하나가 강우감쇠의 동적 특성에 대한 모델링 기술인데, 본 논문에서는 이러한 강우감쇠의 동적 특성을 나타내는 데이터를 임의의 시간 간격으로 샘플링하기 위하여 시용되는 인터폴레이션 기법에 대하여 기술한다. 강우감쇠가 프랙탈 (Fractal) 프로세스라는 점을 이용하여 감쇠와 신틸레이션의 관계를 분석하고 국내 강우감쇠 데이터에 가장 적절한 파라미터를 도출하여 실제 상황에 가장 근접한 동적 강우감쇠 데이터를 생성할 수 있는 모델링 기술을 제시한다. 1분 간격으 로 측정된 강우감쇠 데이터를 이용하여 이에 대한 인터폴레이션 결과를 제시히여 강우 감쇠를 보상하기 위한 적응형 강우감쇠 기법등에 대한 보다 정확한 성능 분석이 가능함을 보였다.
정지궤도 위성을 이용한 Ka대역 위성통신은 강우에 가장 취약하다. 이렇게 강우감쇠에 취약한 위성통신 링크 설계 시 좀 더 확실한 지역 강우분포와 정확한 강우감쇠 예측모델을 이용하여 계산된 강우 감쇠값을 반영하여 위성통신망의 링크버짓을 분석하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 최근 TTA에서 분석한 국내 지역별 강우강도 분포를 활용하여 Crane 강우감쇠 예측의 지역별 강우강도와 국내 지역별 강우강도 분포를 활용하여 해당 지역의 강우감쇠를 Ka대역 주파수 특성에 맞는 Crane 강우감쇠 예측 모델을 통해 정지궤도 위성과 지상 송수신국간의 위치, 거리 및 연 시간율(%) 요인을 반영하여 분석하였다.
이 연구는 Ka대역 위성 HDTV 방송 서비스를 제공하기 위해 강우강도에 따른 전송방안을 제안하였다. Ka대역은 Ku대역에 비하여 강우에 취약하기 때문에 이를 안정적으로 활용하기 위해서는 강우감쇠를 효과적으로 경감시키는 기술개발이 필수적이다. 유럽위성방송 표준인 DVB-S2에서는 강우감쇠에 대한 대처방안으로 채널상황에 따라 여러 변조방식과 채널 부호 율을 이용하는 적응형 변복조 방식을 지원하고 있으며, 이 논문에서는 DVB-S2기반의 전송방식과 Ka대역 중계기의 규격을 적용하여 강우강도에 따른 전송방안을 제안하였다. 이를 위하여 ITU-R P.618-9 강우감쇠 추정 모델과 기상청에서 측정한 1998년부터 2007년까지의 최근 10년간 국내 주요지역의 30분 누적강우량을 이용하여 지역별 강우 감쇠값을 도출하였고 강우강도와 시간 율 관계분석을 통하여 강우강도에 따른 강우감쇠 값을 획득하였다. 획득한 강우감쇠 값을 무궁화 위성 3호의 링크 설계에 적용하여 강우강도에 따른 적용 가능한 전송방안을 도출하였다. 이 연구를 바탕으로 강우의 지역적 편이가 높은 우리나라의 강우 특성을 유연하게 반영하여 각 지역에 맞는 적응적인 전송 방식을 고려할 수 있다.
이 연구는 HDTV 방송 서비스를 제공하기 위해 새로이 주목받고 있는 Ka대역에서의 강우로 인한 위성신호의 감쇠량을 추정하였다. 강우 자료는 서비스 가입자 수를 고려하여 최대 인구 밀집 지역인 서울지역을 기준으로 서울대학교 AWS에서 측정한 2003년부터 2007년까지의 최근 5년간의 10분 강우강도를 ITU-R 기준인 분 강우강도로 변환하였고, 이를 ITU-RP. 618-9의 강우 추정 모델에 적용하여 감쇠 량을 도출하였다. 또한 도출된 감쇠 값을 최근 우리나라 기후변화의 추이를 반영하여 기상청에서 획득한 자료로부터 도출된 1990년부터 1999년의 서울지역의 감쇠 량과 비교 분석하였다. 본 연구를 바탕으로 우리나라 전 지역을 하나의 강우 단위로 일괄 적용하는 ITU-R P.837-5의 단점을 극복할 수 있으며, 강우의 지역적 편이가 매우 높은 우리나라의 강수 특성을 유연하게 반영할 수 있다.
20GHz 이상의 주파수대에서 대기중 감쇠에 있어서 고려해야 할 인자로는 대기분자, 강우, 강설, 안개 등이 있으며 이 중 가장 큰 영향은 강우에 의한 감쇠이다. 강우로 인한 감쇠는 강우강도에 의해서 그 감쇠정도가 결정되고, 강우강도는 공간적 시간적으로 변동이 매우 다양하다. 따라서 강우강도에 의한 시간적 공간적 데이터의 확보와 정확한 강우강도의 추정은 정확하고 신뢰성 있는 회선설계를 위하여 필수적이다. 본 연구에서는 제주도를 제외한 남한전역의 32개 측후소로부터 얻을 수 있는 최근 10여년 간의 디지털 강우강도 데이터를 확보하여 지역별 강우강도와 시간율의 관계를 경험적으로 분석하였으며, 강우강도의 분포를 추정하기 위한 여러 가지 방법론을 비교 분석하였고 한국실정에 맞는 방법론을 제시하였다.
Ka 및 mm파 대역에서의 강우감쇠는 무선회선설계에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 전반적인 기초가 되는 Mie 산란이론을 이용하여 국내환경에 적합한 강우감쇠를 추정하기 위해 중요한 요소인 빗방울 크기분포를 여러 자료를 비교하여 분석하였고. 일반화된 식을 통해 수치해석적 접근을 시도함으로써 각 파라미터별 강우감 쇠에 미치는 정도를 분석하여 이론적으로 국내 강우환경에서의 강우감쇠를 추정하기 위한 근거를 제공하고자 하였다.
위성통신시스템에서의 10GHz이상의 Ku 또는 Ka 대역은 수십 dB의 크기를 갖는 강우에 의한 감쇠 현상이 심각하여 이러한 감쇠는 위성 링크의 심각한 성능 정하를 가져온다. 본 논문은 위성통신 링크 상에서의 강우 감쇠 보상을 위한 알고리즘을 제시하고, Ku 대역의 강우 감쇠 데이터를 사용한 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 비교 분석하였다. 예측 기법 측면에서, 적응형 알고리즘을 적용한 기법과 신호 레벨 변화량에 근거한 예측 기법은 거의 동일한 예측 오차를 보였고, 따라서, 급속한 신호레벨 변화에 적응성을 요하지 않은 강우 감쇠 예측의 경우, 알고리즘 측면에서 비교적 간단한 예측 기법으로도 충분한 성능을 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한, 제시된 전송 방식 결정 알고리즘은 기존의 임계값 기반 알고리즘에 비해 품질 저하율이 0.6%에서 0.01% 이하로 감소하였고, 거의 동일한 전송 효율을 가지면서 약 5배의 적은 전송 방식 전환을 요구한다.
본 연구에서는 위성통신을 이용한 방송 및 멀티미디어 서비스의 확대를 앞두고 20[GHz] 이상의 높은 주파수 대역의 강우에 의한 전파 손실 예측 모델을 제안하고 강우량에 따른 감쇠 정도를 기존의 모델과 비교 분석하였다. 특히 위성 방송대역으로 이용될 Ka 대역에서 강우 감쇠에 의한 전파 손실을 제시하고 Ka 대역 위성통신 링크 설계를 위한 기본 자료를 제공하고 강우 감쇠 극복 대책을 제시하고자 한다.
Ku 대역 이상의 고주파수 대역을 사용하는 위성통신 시스템의 링크 성능 저하의 가장 큰 요인인 강우 감쇠를 효과적으로 보상할 수 있는 방법으로 적응형 전송 방식을 들 수 있다. 본 논문에서는 국내 Ka 대역 강우 환경에 적합하도록 개발된 동적 강우 감쇠 모델을 탑재하여 구현된 적응형 강우감쇠 보상 시뮬레이터을 제시한다. 본 논문에서 소개된 시뮬레이터에는 초 단위 강우 감쇠 실측 데이터에 대한 통계치를 바탕으로 추출된 강우 파라미터가 적용된 동적 강우 감쇠 Markov chain 모델이 탑재되어 있다. 또한, 여러 가지 전송 기법들을 구비하여 사용자의 요구 사항에 따른 다양한 시뮬레이션이 가능하도록 하였다. 본 논문에서 는 또한 적응형 전송기법을 이용하여 시뮬레이션한 결과를 고정형 전송기법의 결과와 비교함으로써, 적응형 전송 기법의 활용이 효과적으로 강우 감쇠를 보상할 수 있음을 보였다.
본 논문은 위성방송통신에서 강우 시 위성신호 감쇠로 인한 가용도 저하의 개선을 위한 보상기술 개발의 기초 자료인 강우감쇠 예측모델 수립에 필요한 데이터를 확보하기 위해 멀티 운용 측정 시스템의 개발 및 구축 내용을 기술하였으며, 또한 본 멀티시스템을 통하여 주요 지역의 측정 데이터 및 강우강도를 연계 측정 분석하였으며, 본 분석 자료를 다년간 축적하여 한국형 Ka 대역 강우 감쇠 예측모델 수립에 활용하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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