정지궤도 복합위성은 기상관측용 기상위성과 해양 및 환경관측용 해양/환경위성으로 계획되어있다. 기상위성은 2017년 발사, 해양/환경위성은 2018년 발사를 목표로 연구개발이 수행되고 있다. 정지궤도위성은 주파수 및 궤도 자원을 확보하기 위하여 국제전기통신연합(ITU)에 국제등록 절차를 수행하는 것이 요구되며, 이를 위해서는 우선적으로 위성의 궤도위치와 주파수 자원에 대한 선행연구가 필수적이며, 이러한 연구는 기상위성업무용 및 지구탐사위성 업무용 주파수 자원에 대한 관련 전파규칙 분석 작업 등의 업무가 함께 수행되어야 한다. 정지궤도 복합위성은 관제용 주파수 대역으로 L 대역 또는 S 대역이 가용 주파수 대역이고, 기상, 해양 및 환경 원시 데이터 전송용 주파수 대역은 X 또는 Ka 대역이 가용 주파수 대역이다. 본 논문에서는 현재 기상위성업무용 및 지구탐사위성업무용으로 가용한 L, S, X 및 Ka 주파수 대역을 검토하였고, 동 대역을 이용하여 국제등록 중인 위성망과 주요 위성망들의 전송제원 등에 대한 국제등록 현황을 분석하였다. 본 논문을 통하여 작성된 자료들은 향후 우리나라 정지궤도 위성망 궤도 및 주파수 자원 확보를 위한 국제등록에 활용될 수 있도록 분석하였다.
위성통신용 궤도와 주파수 자원은 매우 한정적이며 최근에 정지궤도 위성과 저궤도 위성을 이용한 다양하나 형태의 서비스에 대한 수요가 급증하고 있으므로 한정된 주파수 자원에 대한 효율적인 활용기술과 새로운 주파수자원 및 서비스 개발이 필요하다. 북미, 유럽, 일본은 1970년도 중반기부터 C-band를 이용하는 위성통신의 연구를 시작으로, 최근에는 L-band, Ku-band, Ka-band를 이용하는 위성통신에서 효율적으로 전력 및 주파수를 활용하는 방안에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있다. 국내는 1980년도 하반기부터 Ku-band를 이용하는 위성통신에 대한 연구가 시작되었으나 아직도 장기적이고 구체적인 연구개발 계획이 미비한 상황이며 Ka-band 정지궤도와 L-band 저궤도 위성통신 기술의 연구개발은 아직 초보적인 단계이다. 따라서 본 논문에서는 위성통신용 주파수의 국제적인 이용현황과 추세를 분석하여 향후 국내에서 정지궤도 및 저궤도 위성의 궤도와 주파수 확보 및 활용에 참고가 되도록 한다.
본 논문은 정지궤도위성을 이용한 표준시각/주파수 전송시스템의 동기 오차 요인을 분석하고, 한국과 같이 영토가 작은 국가의 경우, 정지궤도 위성을 이용하는 방식의 이점을 단파 또는 광 전용망을 이용하는 지상망 방식, 그리고 저궤도 위성을 이용하는 GPS방식과 비교 분석한다. 또한, 본 논문은 현재 서비스를 제공 중이거나 연구가 진행중인 단방향 위성 시각 전송 서비스를 고찰하고 특히, 무궁화 위성을 이용한 고정밀도의 표준시각/주파수 전 송서비스를 제공하기 위해 요구되는 동기오차 보정기술에 관하여 연구한다. 국가적 통신망 동기를 위한 표준 시각/주파수의 동기 정확도를 만족시킬 수 있는 효과적인 동기 오차 보정 방식으로 차동(differential mode)보정방식을 제안하고 그 성능을 분석하였으며 시각 정확도 와 주파수 정확도의 관계를 분석하였다. 모의실험 결과, 정상적인 시스템 운영하에서 시각 정확도와 주파수 정확도는 각각 100ns(95%)와 10-11(7일이상) 보다 우수한 것으로 분석되었 으며 본 논문에서 제시한 성능 개선 방안을 적용함으로써 보다 높은 정확도의 시각/주파수 동기가 가능함을 확인하였다.
2.1GHz 위성주파수는 지상업무(고정 및 이동업무)와 함께 위성 IMT(International Mobile Telecommunications)용으로 이용이 가능하기 때문에, 전파음영 해상 지역에서 불통 해소 및 재난재해 지역에서의 긴급통신을 위한 위성 휴대통신서비스를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 특정 지역의 무선 트래픽 급증에 따른 지상이동 통신망 주파수 부족의 대안으로 고려해 볼 수 있어 최근 선진국을 중심으로 2.1GHz 위성주파수의 위성/지상 겸용 활용에 대한 관심이 증가하고 있다. 따라서, 본고에서는 이러한 2.1GHz 위성주파수 특징 및 국내외 활용동향을 파악하고 2.1GHz 위성주파수의 위성/지상 겸용 활용을 위한 기술적 및 표준화 이슈를 살펴보고자 한다.
세계주파수분배 지역1과 지역3에서 주파수대역 21.4-22.0 GHz가 방송위성서비스로 사용되고 있다. 이 주파수대역의 사용은 WRC-03의 결의 525의 규정에 따른 것으로 이 주파수대역에 대한 방송위성서비스 시스템은 광대역 무선주파수신호를 전송한다. 전세계적으로 이 주파수대역을 사용하고자 하는 위성발사계획이 증가하고 있는 추세이다. 이 주파수대역은 강우감쇠가 매우 심한 대역으로 Ku대역에 비하여 상당히 큰 송신전력이 요구된다. 이 주파수대역에서 방송서비스가 운용되기 위하여, 이에 적합한 공유기준이 요구된다. 본 논문은 국제전기통신연합의 권고를 토대로 위성지구국과 지상무선국 신호간의 공유기준에 대하여 분석하였다.
본 논문은 현재 ITU-R에서 논의되고 있는 7/8 GHz대역 해상이동위성업무를 위한 신규 주파수 분배 연구 중 8025 - 8400 MHz 대역에서 지구탐사위성업무와의 주파수 공유 가능성을 검토하였다. 8 GHz 대역을 이용하려는 해상이동위성업무의 송신 지구국은 동대역에서 운용되는 지구탐사위성업무의 수신 지구국으로 해로운 간섭 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 논문에서는 8 GHz 대역에서 해상이동위성업무의 상향링크가 동 대역에 이미 주파수가 분배된 지구탐사위성업무로 미치는 간섭 영향에 대해 분석하고, 주파수 대역을 공유하기 위한 공유 조건으로 두 업무의 무선국간 이격거리를 제시하였다. 우리나라는 2017년경에 정지궤도 복합위성을 발사할 예정이며 이 위성을 이용한 지구탐사업무 지구국과 동 대역의 해상이동위성업무 송신 지구국의 시스템 파라미터를 이용하여 두 업무간 간섭량 및 주파수 공유를 위한 이격 거리를 계산하였다. 최악 조건을 가정한 본 연구의 분석 결과에 따르면 가시 경로가 존재하는 경우 및 지형 조건을 고려하여 비가시 경로에 대한 이격거리는 각각 약 474 km, 약 200 km 정도 이다.
2.1GHz 위성 주파수 대역은 상향 1980-2010 MHz, 하향 2170-2200MHz의 주파수 대역으로 위성 IMT를 포함한 위성이동통신 뿐만아니라 이동통신용으로 사용 가능하도록 규정되어 있으며, 지상 IMT 대역과 인접한 넓은 대역폭을 이용하여 광대역 서비스를 제공할 수 있어, 최근 국제적으로 위성/지상 겸용으로 활용하기 위한 연구들이 진행되고 있다. 위성/지상 겸용망의 효율적인 주파수 활용으로 광대역 멀티미디어 서비스 제공과 공공 안전 및 재난 구호 서비스 제공할 수 있다. 위성과 지상이 동일한 주파수 대역을 활용하여 상호간 서로 재사용하기 위해서는 위성 사용자와 지상 사용자 간의 간섭 조정이 필요하다. 이러한 망간 간섭은 위성/지상 겸용망의 설계에 있어서 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. 본 논문에서는 위성통신시스템과 지상통신시스템이 주파수 자원을 공유하여 활용하는 위성/지상 겸용망 시스템에서 위성 업링크에서 지상 단말들로부터 받는 업링크 간섭에 대해 분석하고 위성/지상 겸용망의 업링크 간섭을 완화하기 위한 방안을 살펴본다.
2.1GHz 위성 주파수 대역은 상향 1980-2010 MHz, 하향 2170-2200MHz의 주파수 대역으로 위성 IMT를 포함한 위성이동통신 뿐만 아니라 이동통신용으로 사용 가능하도록 규정되어 있다. 지상 IMT 대역과 인접한 넓은 대역폭을 이용하여 광대역 서비스를 제공할 수 있어 최근 국제적으로 위성/지상 겸용으로 활용하기 위한 연구들이 진행되고 있으며, 위성/지상 겸용망의 효율적인 주파수 활용으로 광대역 멀티미디어 서비스 제공과 공공 안전 및 재난 구호 서비스 제공할 수 있다. 위성과 지상이 동일한 주파수 대역을 활용하여 상호간 서로 재사용하기 위해서는 위성망과 지상망 간의 간섭 조정이 필요하다. 이러한 망간 간섭은 위성/지상 겸용망의 설계에 있어서 가장 중요한 요소라고 할 수 있다. 본 논문에서는 위성통신시스템과 지상통신시스템이 주파수 자원을 공유하여 활용하는 위성/지상 겸용망 시스템에서 위성단말이 지상 기지국으로부터 받는 다운링크 간섭에 대해 분석하고 이러한 위성 다운링크에 대한 간섭을 완화하기 위한 기법들을 제시한다.
1970년대 이후로 지금까지 450여개의 원자 주파수 표준기 (또는 원자시계)가 통신이나 과학 실험의 목적으로 우주로 발사되었다. GPS 위성의 경우 루비듐 주파수 표준기와 세슘 주파수 표준기가 탑재되어 사용자들에게 정밀한 위치와 시각을 제공하고 있다. 원자 주파수 표준기 개발 기술이 향상됨에 따라 성능이 뛰어난 주파수 표준 기들이 우주에서 동작하고 있고, 이는 위성의 수명이나 신뢰도를 높일 수 있다. 본 논문에서는 원자 주파수 표준기의 기본 원리 및 특성에 대해 기술하고, 위성에 탑재되어 있는 우주용 원자 주파수 표준기 종류에 대해서 소개한다. 또한 GPS 항법위성의 기준이 되고 있는 GPS 시간척도와 이를 활용한 응용분야에 대해서 기술한다.
주파수 도약(Frequency Hopping)시스템을 구현하기 위해서는 고속으로 도약 가능한 주파수 합성기의 개발이 필수적이다. X-band 휴대용 위성단말기는 약 500홉/초로 주파수 도약하는 대전자전 기능을 가진 단말기이다. 본 논문에서는 X-band 휴대용 위성단말기에 실장되는 초고속 주파수 합성기를 DDS Driven PLL 방식을 이용하여 설계 및 제작하였다. 제작된 주파수 합성기는 102.4MHz 국부 발진주파수에서 100KHz 주파수 간격으로 송신주파수 6600∼7100MHz, 수신주파수 6140∼6640MHz를 발생시키고 입력되는 주파수 정보에 따라 원하는 주파수를 15usec 이내로 생성하며 1KHz 오프셀 주파수에서 -754Bc의 위상 잡음 특성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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