디지털 제작, 압축 기술의 발전, 유무선 인터넷 보급 확산, 다양한 전송 및 서비스 플랫폼의 등장, 전송 기술의 광대역화, 단말 기술의 발전, 라이프스타일 변화와 킬러 서비스 등장으로 미디어 시장은 급속도로 발전하고 있다. 지상파 방송은 아날로그에서 디지털로 전환하고 있으며, 고화질, 다채널, 모바일, 3D 서비스를 제공하거나 제공할 예정에 있다. 현재 디지털 TV는 아날로그 TV와 동시 방송 형태로 제공되고 있지만 2012년말 디지털 TV로 완전한 전환을 앞두고 있으며, 모바일 TV인 DMB는 2005년말 본방송을 시작하여 전국 서비스를 제공하고 방송 커버리지를 확장하고 있다. FM과 AM의 디지털화를 위한 디지털 오디오 방송도 방식 선정을 위한 절차가 진행 중이다. 전파는 송신소에서 단말까지 전송되는 도중 신호레벨 감쇠, 페이딩, 왜곡, 잡음 유입 등을 겪게 된다. 양질의 지상파 방송을 제공하기 위해서는 전파가 수신 가능한 상태 이상의 양호한 상태로 시청자에게 전달되어야 한다. 이를 위해 방송사는 방송 수신 품질을 측정하고 수신이 불량한 지역에 대해서는 송신기 설치, 송신 출력 증강, 중계기 설치 등을 통해 양질의 서비스 제공이 가능한 방송 서비스 영역을 확대한다. 다양한 지상파 방송 매체에서 수신 품질 평가를 위해 가장 많이 측정하는 항목은 전계강도이다. 대부분의 경우 어떤 지역의 전계강도가 해당 매체가 요구하는 기준 레벨 이상이면 해당 지역을 양호 지역으로 평가한다. 본 논문에서는 다양한 지상파 방송 매체에 대한 전계강도를 측정하고 이를 분석할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다. 제안 시스템을 이용하면 자동화된 절차에 의해 최단 시간에 다양한 지역에 대한 방송 수신 품질을 측정하고, 그 결과를 분석하여 방송 서비스 영역에 대한 평가를 내릴 수 있으며, 측정결과를 DB로 관리하여 동일 채널에 대한 이전 측정결과와 비교 분석, 다른 채널과 전계강도 비교 분석을 통해 특정 송신기 출력이 감소되거나 특정 안테나 출력에 문제가 발생한 경우에도 이를 쉽게 감지하여 최적의 방송망 구축 및 관리가 가능하다.
본 논문에서는 30 MHz ~ 3000 MHz 대역에서 1 kW ERP에 대해 점-대-지역 전파특성 예측에 이용되는 ITU-R 권고 P.1546 전파 모델을 이용하여 DTV 수신기의 전계강도 예측을 위한 방법을 제안한다. DTV 수신기의 유도된 전계강도 수식과 권고에서 기술된 절차를 이용하여 수치계산을 통한 결과를 제시한다. 또한 산출된 결과의 적절성 검증을 위해 Okumura-Hata 모델과 비교하였으며, 수신 전계강도가 약 6.9 ~ 11.5 % 범위 내에 오차가 있음을 확인할 수 있었다. 제시된 방법은 DTV 수신지역의 전계강도 예측을 통한 송신된 신호의 품질 분석은 물론, 양호한 전파환경 구축을 위한 적절한 국소 선정을 제공한다. 또한 동일 대역의 주파수 공유를 위한 보호비 또는 이격 거리 분석에도 직접 활용이 가능하다.
밀리미터파는 고해상도의 거리 및 영상정보를 얻기 위하여 매우 유용하게 쓰여 질 수 있다. 또한 고속 멀티미디어 서비스의 필요성이 갈수록 커지고 상대적으로 낮은 주파수 대역의 주파수 자원이 부족하기 때문에 밀리미터파를 이용한 광대역 통신시스템에서의 실용화를 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 밀리미터파 시스템의 성능을 제대로 평가하기 위해서는 우선 대기 중에서의 밀리미터파의 전파특성에 대한 분석이 선행되어져야 한다. 전계에 의한 강도 변화정도와 MCF(Mutual coherence function)는 밀리미터파 전파에 있어서의 대기에 의한 영향을 표시하게 된다. 본 논문에서는 밀리미터파 전파특성을 분석하기 위하여 QOM(Quasi-optical method) 방법을 적용하여 안테나 초점평면에서의 전계에 의한 강도 분포로부터 MCF를 얻을 수 있는 기법을 고찰하였다. 아울러 효과적인 측정 및 분석을 위하여 전계에 의한 강도 대신 안테나 초점평면에서의 플럭스(flux)측정을 통하여 MCF를 구할 수 있는 방법을 제안하였다.
본 연구는, 초고압 GIS(Gas Insulated Switchgear)용 GCB(Gas Circuit Breaker)의 3상 배치구조를 설계 하기 위한 상간, 대지간의 절연성능을 평가하였다. 피임펄스 전압과 상용주파 전압인가시 상간, 대지간의 절연설계 기준과 비교하여 절연설계 안전율을 고려하여 설계에 적용하였다. 수치적 전계 해석법으로 3차원 전계 해석법과 2차원 축대칭 전계 해석법을 통해 전계 강도를 비교하였으며 3차원 전계 해석법으로는 경계 요소법(Boundary Element Method)을 사용하는 상용프로그램인 coulomb을 사용하였으며, 2차원 전계 해석법으로는 유한요소법(Finite Element Method)을 사용하는 Maxwell을 통해 절연성능 평가를 하였다. 마지막으로, 전계 해석을 통해 절연설계 기준에 적합한 상배치 구조 설계를 하였다.
본 논문에서는 DTV 방송 전환에 따른 주파수 이전 및 채널 재배치 시, 시스템 및 전파환경의 변화에 따라 수신 한계전계강도도출과 동등한 수준의 서비스 제공에 대한 기술적 분석 방법론을 제시한다. 전판환경 분석을 위한 전계강도 예측 모델은 ITU-R 권고 P.1546을 적용하였으며, 이를 기반으로 ATV 및 DTV의 수신한계전계강도 대한 수식을 정립하였다. 선정된 수신기의 특성에 대해 수치해석 및 결과를 고찰하였으며, 설정한 시스템에 대해 동등한 수준의 서비스 제공을 위한 시스템의 변수 보정도 방법도 제시하였다.
본 논문은 디지털 지도를 이용하여 산악지형의 전계강도를 정밀하게 분석하는 방법을 제시한다. 일반적으로 전파의 전계 강도는 직접파와 수평면 반사를 주로 고려하였으나, 산악지역에서는 직접파와 수평면 반사 외에도 산악지형의 수직면에 의한 반사도 고려해야 한다. 이러한 점을 고려하여 산악지형에서 전파를 송신할 때 일어나는 직접파와 수평면 반사파, 산악 지형에 의한 수직면 반사파의 합성 전계를 전파의 편파 특성과 위상 특성을 고려하여 계산한 결과를 제시하였다.
본 논문은 전북권내 6개 시, 8개 군에 대하여 전주교통방송 FM 102.5 MHz의 전계 강도 실측 데이터를 통해 현재 송출되는 프로그램들의 방송 수신에 관한 음영 지역들을 조사하였는데, 그 결과, 전북권내 동부 산악 지역(남원, 순창, 무주, 진안, 장수)의 전계 강도 측정치가 매우 낮았다. 아울러 102.5 MHz(전주교통방송)과 100.7 MHz(전주 KBS) 및 99.1 MHz(전주 MBC), 라디오 채널 3사 간의 전계 강도를 측정 및 비교, 분석한 자료를 통해 방송국 송신 공중선 출력의 차이가 음영 지역 해소에 있어서 어떤 상관 관계가 있고, 어느 정도의 영향력이 있는지를 규명하고자 했다. 그 결과, 전주교통방송의 공중선 출력 증강의 안은 동부 산악 지역의 음영 지역 해소를 위한 해결책이 될 수 없었다. 또한, 본 논문은 전주교통방송과 전북권내 동부 산악 지역 및 고창군에 다수의 FM 중계소를 확보하고 있는 EBS 106.9 MHz(중계 주파수는 이와 다름)와의 전계 강도 데이터를 측정 및 비교, 분석하는 과정을 수행했다. 그 결과, 다수의 중계소를 확보하고 있는 EBS의 경우, 동부 산악 지역에서 음영 지역 발생이 거의 없음을 전계 강도 측정 데이터를 통해 알 수 있었다. 따라서 EBS와 KBS의 사례에서 확인했듯이 전주교통방송의 가청권(기준 48 $dB{\mu}V/m$) 확대를 위한 동부 산악 지역의 음영 지역 해소를 위한 최적의 방법으로써 전주교통방송 FM 팔공산 중계소 설치를 제안했다.
기중종단 접속함은 지중케이블과 가공송전선을 연결하기 위한 접속함으로써 옥외 변전소 등의 대기 중에 설치된다. 이는 21세기 핵심기술로 여겨지고 있는 대륙 간, 국가 간, 육지-섬을 잇는 HVDC 송전선로의 DC 그리드 송전망 형성을 위해 반드시 개발되어야 하는 전력기기이다. 그러나 AC용 접속함의 개발 사례는 다수 존재하는 반면, DC용 접속함의 개발 사례 및 기술은 일본과 중국 등에 일부 존재할 뿐 국내 기술은 부족한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 기존 AC용 슬립 온형 기중 종단접속함을 초기모델로 선정하여 HVDC 전력기기로의 적용 가능성을 평가하였다. 먼저 실제 운전 시 기중종단 접속함 내 도체에서 발생하는 열에 의한 내 외부의 온도편차를 고려한 DC 전계해석을 수행하였으며, AC 전계분포 및 열 해석이 반영되지 않은 DC 전계분포와 비교하였다. 또한 DC 전계는 정상상태 뿐만 아니라 과도 구간도 포함하기 때문에 이를 고려한 전계해석을 수행할 필요가 있기 때문에 정상상태와 더불어 극성반전 후 전계분포 역시 비교, 분석하였다. 마지막으로, 기존 AC용 슬립 온형 기중 종단접속함 초기모델을 DC에 적용하기 위해 다양한 형상 변환을 통한 요소 설계를 수행하였다. 기중종단 접속함 구조 내 전계가 가장 집중될 것으로 사료되는 부분을 선정하여 그 지점들의 최대 전계강도 $E_{n.max}$와 $E_{t.max}$를 측정하였다. 해석 결과, 정상상태시 개선모델의 삼중점 최대 전계강도는 기준모델 대비 2.01% 개선되었으며, 연면 최대 전계강도는 기준모델 대비 36.68% 개선되었다. AC 전계해석 결과인 연면 전계강도 1.11 kV/mm보다는 33.3% 감소하였지만 삼중점 최대 전계강도 8.23 kV/mm보다는 아직 43.6% 크다는 점에서 부분적인 형상 변환이 아닌 DC 환경에 적합한 전혀 다른 근본적인 설계 개념의 변화가 반드시 필요할 것으로 사료된다.
이 논문은 최근 대두되고 있는 DMB 서비스와 차세대 이동통신의 새로운 해결 후보 기술로 다시 부각된 HAPS를 이용한 성층권 고공 항등체 탑재용 DMB 트랜스폰더의 지표면 수신전계 강도를 지상 수평 전파 모델과 비교한 것이다. 기존 지상 수평전파를 이용한 DMB 서비스의 요구되는 최저 수신 전계강도 $42.56\;dB{\mu}V/m$로 이를 충족하기 위해 1KW의 출력이 필요한데 비해 고공전파통신은 약 1천분의 1에 해당한 1W로 10Km와 20Km 상공에서 각각 거리별 서비스가 가능함을 시뮬레이션을 통해서 확인할 수 있다. 이러한 양질의 회절과 간섭이 없는 청정 전파는 향후 신기통신의 매체로서 지상 수평전파를 대치할 수 있는 새로운 제 3의 전파자원으로 활용이 가능함을 확인할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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