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.
수문학자들의 주요 관심사 중 하나인 정확한 면적 강우량을 파악하는데 있어서 강우레이더는 아주 우수한 첨단 장비이다. 그러나 S 밴드나 C 밴드 레이더를 고지대에서 운영하는 것은 많은 시설비와 운영비가 필요하다. 따라서 연구 및 대도시 소유역에 대한 강우 관찰 목적으로는 차량 탑재가 가능한 소형 X 밴드 레이더가 유용할 수 있다. X 밴드 전파는 강우 도래시 전파특성상 감쇠(減衰:attenuation)가 크며, 감쇠도는 강우강도에 영향을 받는다. 이를 극복하기 위한 이중-편파 이론이 1970년대에 제시되었으나, 기술적인 어려움으로 20여년이 지난 1990년대에 실무적용이 가능하게 되었다. 현재 이중-편파 레이더의 도입으로 감쇠보정 알고리듬이 성공적으로 개발되고 있으며, 그와 같은 발상의 전환은 차등위상(differential phase)에 의한 강우 측정방법 개발로 전파 감쇠에 영향을 받지 않는 강우 관측이 가능하게 하였다. 본 기사에서는 소형 X밴드 이중-편파(偏波) 레이더의 강우량 산정방법에 대하여 간략히 검토하고자 한다.
본 논문에서는 위성통신을 이용한 방송 및 디지털 멀티미디어 서비스의 요구증대를 앞두고 20 GHz 이상의 높은 주파수 대역의 강우에 의한 전파 손실 예측 모델을 제안하고 강우량에 따른 감쇠 정도를 기존의 모델과 비교 분석 하였다. 본 논문에서는 Ka 대역에서 강우 감쇠 특성에서 이론치와 실험치가 접근함을 보이고 강우감쇠에 효과적인 기법을 제안하여 적응변조 시스템의 성능을 분석하였다. 제안 예측모델에서는 강우 강도를 기준으로 위성링크 설계를 위한 안테나 크기, 시스템의 불작동율 등에 대한 기본 자료를 Ka 대역 위성통신 시스템의 원활한 운영을 위해 제공한다.
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.
강우에 취약한 특성을 갖는 Ku대역을 이용한 통신 링크 설계 시에는 반드시 정확한 데이터와 정밀한 예측모델을 이용하여 도출한 강우감쇠 값을 반영하여 링크 마진을 분석하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 최근 TTA에서 제시한 국내 강우강도 분포를 분석하여 Rec. ITU-R PN.837-1 및 Crane 모델에서의 지역별 강우강도와 비교하고, 우리나라의 최근 강우강도 분포와 유사한 지역을 선택하여 Ku대역 주파수에 대한 해당 지역의 강우감쇠를 Rec. ITU-R P.618-8와 Crane 강우감쇠 예측 모델을 통해 무인항공기와 지상통신장비의 통신 링크 거리 및 연 시간율 (%)에 따라 분석한다.
한국수자원공사에서는 홍수예보용으로 위성통신망을 주망으로 사용하고, CDMA망이나 유선, 무선, VHF 망을 보조망으로 이용하고 있다. 현장에 설치되어 있는 우량관측국에 대하여 강우가 집중되는 기간동안 강우량에 따른 강우감쇠를 주망인 위성통신망과 보조망으로 이용하고 있는 CDMA망과 비교하여 각각의 감쇠 정도를 분석하고 이에 따른 대안을 제시하고자 한다.
본 논문은 정지궤도위성인 KorSat 5A($113^{\circ}E$)에서 송신하는 비콘 신호를 김포에 위치한 지상국에서 수신할 때의 C/N (carrier to noise ratio)을 예측하고 측정하였다. 지상국을 기준으로, ITU-R의 zone K 강우 감쇠와 국내 기상정보를 분석한 강우 감쇠를 비교하였다. ITU-R에서는 우리나라 강우 특성을 zone K로 일괄 분류하였으나, 2013년부터 2017년까지의 분당 누적 강우 데이터를 바탕으로 지상국 인접 3개 도시의 강우 강도 및 감쇠를 예측하였다. 강우 경로와 감쇠 대한 계산은 ITU-R 권고를 참고하였다. 2주간의 위성비콘 신호 C/N 측정을 통해 강우량에 따른 C/N의 변화를 확인하였으며, $A_{0.3}$일 때 예측된 임계 C/N은 12 dB, 실험기간 동안 집중된 강우에 따라 최대 8 dB까지 감소하는 것을 확인하였다.
한국수자원공사에서는 1998년부터 단계적으로 12~14 GHz의 Ku-band 대역을 사용하고 있는 무궁화위성을 이용하여 우량 및 수위, 경보 등의 데이터를 송수신하고 있으며, 특히 강우가 집중되는 기간 동안에는 그 데이터의 필요성이 더욱 큰 실정이다. 사용하고 있는 위성통신망 주파수의 파장은 2~2.5 cm 이므로 물방울 입자에 의해 산란되는 특징을 가지고 있으며, 이로 인해 안테나 및 휘드혼의 표면에 물방울이 묻어 있으면 전파가 산란되어 신호가 감쇠되는 특성을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 강우시 안테나 및 휘드혼 표면에 발생하는 물방울 맺힘 현상에 대해 물방울과 전파신호간의 상관관계를 분석하고, 위성안테나 성능을 개선방안을 시험하여, 강우로 인한 위성신호의 감쇠를 최소화하여, 최적화된 안테나 성능 구현으로 강우 영향을 최소화하여 안정적인 위성단말국을 운영하고자 한다.
빗방울이 랜덤하게 분포한 대기를 하나의 실효유전율을 가진 단일 매질로 가정하고 그 매질 내에서 전파가 진행시 감쇠량을 계산하였다. 실효유전율은 빗방울의 유전율과 빗방울이 대기 중에 차지하는 체적 동의 함수로 표현되는데, 주파수와 온도에 따라 변하는 빗방울의 유전율을 계산하고 Marshall-Palmer의 빗방울 크기분포를 이용하여 대기 중 빗방울이 차지하는 체적을 계산하였다. 빗방울이 산재한 대기를 단일 매질로 가정하고 실효유전율을 이용하여 강우에 의한 강우감죄량을 예측한 본 모델과 ITU가 권고하는 강우에 의한 전파감쇠모텔과 비교 하였는데 두 모델의 결과값이 비교적 일치하며 50 GHz 이하에서는 실효유전율 모텔이 낮게, 50 GHz 이상의 주 파수대역에서는높게 강우감쇠량을평가하고 있다.
본 논문에서는 국내 환경에 적용할 수 있는 EHF(44 GHz) 대역의 강우 감쇠 특성을 예측하기 위한 연구를 수행하였다. 일반적으로 10 GHz 이상에서 동작하는 무선 통신 시스템이 강우에 의한 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다. 이러한 강우 감쇠는 빗방울의 크기 분포를 통해서 예측이 가능하다. 따라서 무선 통신 시스템을 설계하거나 강우에 의한 감쇠 영향을 분석하기 위해서는 국내 환경에 적용 가능한 정확한 빗방울 크기 분포 예측 모델 개발이 중요하다. 본 논문에서는 충남대학교에서 측정을 통해 얻어진 데이터를 바탕으로 일반적인 확장 감마 분포를 이용하여 빗방울 크기 분포 예측 모델을 제시하였으며, 실제 강우 감쇠 측정 데이터와 잘 일치하는 결과를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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