An efficient hybrid ARQ scheme based on the rate compatible block turbo codes has been proposed, and its performance has been analyzed. System efficiency is improved by means of adaptive rate code transmission using channel information, trading off bit rate for channel codes, with resulting energy saving. The rate adaptation scheme improves power efficiency while keeping packet delay minimized. On the other hand, power dependant strategies reduce power consumption. Simulation results show that the benefits obtained are very encouraging. The modified hybrid ARQ schemes with the channel information and efficient retransmission structures highly improve the throughput performance in the satellite communication system. Therefore, proposed schemes could be used in future communication systems.
디지털 위성통신 기술의 발전과 스마트 단말 사용이 보편화됨에 따라 해상의 선박에서 데이터 통신에 대한 요구가 증가하고 있다. 최근 인말새트(Inmarsat) 위성을 통해 해상의 선박에서 지상 간 전화, 팩스, 데이터 및 텔렉스 등 통신을 이용하고 있다. 위성 서비스는 1초 단위 종량제 과금을 하므로 선박에서 육지의 단말을 위해 만들어진 화면의 웹 콘텐츠를 그대로 전송한다면 위성 통신 비용이 높을 것이다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 웹 프록시를 사용하여 위성 링크를 통해 전송되는 데이터 통신량을 줄이며 원하는 콘텐츠를 선택적으로 전송할 수 있는 메커니즘을 포함하는 웹브라우징 시스템 구조를 제안하였다.
해외 제작으로 개발된 무궁화위성의 상용 중계기 기술을 시작으로 위성통신의 중계기술은 Ku 대역 및 Ka 대역의 우주인증용 탑재체 구성부품의 개발을 거쳐 천리안위성 1호에 국내 기술로 개발된 Ka 대역 탑재체를 성공적으로 탑재하여 운용함으로써 발전을 거듭하고 있다. 군용 위성통신은 능동중계기인 Dehop/Rehop 중계기를 탑재한 무궁화위성 5호의 아나시스(ANASIS) 체계로써 시작되어, 항재밍/저피탐 기능을 갖춘 대전자전 중계기(DAT)와 통신용량 증가에 유연하게 대처할 수 있는 디지털 중계기(DCAMP)의 탑재가 개발 중에 있다. 본 논문에서는 국내에서 개발되는 정지궤도 위성의 개발현황을 살펴보고, 탑재 개발되었던 상용 및 군용의 중계기술을 토대로 국내 군 위성통신의 개발 방향을 논하고자 한다. 제한된 주파수 자원을 고려할 때, 평시에는 다양한 중용량의 군 위성통신 신호를 중계하고 준 전시에는 모드를 변경하여 지능적인 고기동 전술 재밍 신호에 대응할 수 있는 전장적응형 간섭회피의 겸용 중계기술이 주요할 것이다. 이러한 주파수 도약 및 중용량 겸용의 중형급 군 통신위성이 국내의 자립 기술로써 개발될 수 있는 기반이 마련되고 있다고 사료가 된다.
디지털 신호의 위상 에러는 랜덤 특성을 갖는 위상 잡음과 도플러에 의한 추적 위상 에러에 의해 발생된다. 도플러 현상이 나타나는 움직임을 갖는 이동형 위성통신 시스템에서 위상 잡음과 더불어 static 위상 오차에 의한 전송 신호의 영향을 해석하여 이동형 위성통신 시스템에 적합한 시스템 요구 위상 잡음 스펙트럼을 설계하여야 한다. 본 논문에서는 이동형 양방향 위성통신 시스템의 비대칭 이동 서비스에 대한 도플러 영향과 위상 에러를 해석하여 요구되는 전송 시스템의 위상 잡음 스펙트럼을 설계하고, 움직임을 갖는 단말국의 도플러 영향을 최소화하는 전송 서비스를 해석한다. 제안된 위상 잡음 스펙트럼은 요구되는 전송 시스템에 대한 주파수 발생부를 설계할 수 있도록 한다.
본 논문에서는 디지털 위성방송 지상 리피터에 적용하고자 고 이득 저 잡음특성을 갖는 소형 채널증폭기를 설계하였다. 채널증폭기를 설계함에 있어서 각각의 증폭 단에서의 잡음지수와 이득 및 안정도를 서로 절충하여 최적화 시켰다. 채널증폭기는 첫째 단에서 저 잡음특성을 나타내도록 임피던스를 정합시켰으며 둘째 단 이상에서는 균일한 이득과 고 안정 동작상태를 유지하고 최종 출력 단에서 고 이득특성을 나타내었다. 설계된 6단의 고 이득 저잡음특성을 나타내는 채널증폭기에 대하여 디지털 위성방송 지상주파수 11.7GHz∼12.7GHz의 대역에서 실험한 결과 68dB의 증폭이득과 2.4dB의 잡음지수를 나타내었으며 63dB의 동작범위를 나타내어 위성방송 지상리피터용 채널증폭기에 적용할 수 있음을 확인하였다.
ITU-R 권고서 S.1062에는 디지털 위성 시스템에서 준수해야 하는 성능 목표를 명시하고 있는데, 이 성능 목표는 비트 오류 성능을 시간율에 따라 오류 버스트 당 에러의 평균수를 나눈 값으로 주어져 있다. 이러한 성능 목표 값은 시스템에서 사용하는 오류정정부호 방식에 따라 달라지는 값이다. 따라서, 임의의 디지털 위성통신 시스템의 안정적인 운용을 위해서는 사용하고자 하는 오류정정부호 방식에 따라 성능 목표를 계산할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문에서는 권고서 ITU-R S.1062에서 정의된 디지털 위성 시스템의 성능 값을 추정하는 이론식을 유도하고, 여러 가지 오류정정부호에 대하여 시뮬레이션된 결과와 비교하여 본 논문에서 제시한 방법이 유용하게 사용될 수 있음을 보일 것이다.
본 논문에서는 낮은 이득의 안테나를 갖는 해양 이동 단말을 위한 Ka 대역 해양 위성 통신 시스템 설계 즉, 물리계층 변조 및 부호화 방식 그리고 송신단 구조를 제안한다. Ka 대역을 활용하는 기존 DVB-S2 (digital video broadcasting - satellite - second generation) 서비스에 영향을 주지 않으면서, 같은 시간 같은 대역을 이용하여 저속의 위성 통신 서비스를 제공하기 위해서 광대역 확산 전송 방식을 사용하였다. 이런 초광대역 전송 방식은 간섭 영향뿐만 아니라, 이동형 해양 단말의 낮은 안테나 이득을 보상하는 역할도 한다. 그래서 변조 방식에 따라 36 dB 또는 39 dB의 확산 이득과 적응형 반복 전송을 통하여 Ka 대역의 경로 손실 및 강우 감쇄를 극복한다. 그리고 짧은 데이터 길이에도 성능 열화를 최소화하기 위하여 터보부호화 방식을 사용한다. 이를 통하여 DVB-S2 시스템에 영향을 주지 않으면서 동시에 저속의 데이터 통신을 수행할 수 있는 해양 위성 통신 시스템을 제안하다.
위성 통신은 넓은 지역에 통신 서비스를 제공하는 광역 네트워크이다. 하지만, 위성 통신은 대역폭이 제한되고 매우 긴 전파 지연 시간과 높은 BER(Bit Error Rate)로 인해 위성 통신을 고려하지 않은 TCP의 성능이 저하 된다. 본 논문에서는 위성 통신에서의 TCP 성능을 향상시키기 위해 DVB-RCS(Digital Video Broadcasting-Return Channel via Satellite) 네트워크 환경을 고려한 cross-layer 기반 PEP(Performance Enhancing Proxy) 기술을 제안한다. 제안하는 프로토콜은 TCP와 링크 계층 간 위성 자원 할당 정보를 정보 교환을 통해 최적의 TCP CWND(Congestion Window)를 설정한다. 제안한 프로토콜의 성능 평가를 위해 리눅스 기반의 PEP 테스트 베드를 구현하였다. 성능 평가 결과 다양한 BER에서 제안한 프로토콜은 위성 자원 할당 정보를 이용하여 최적의 TCP CWND 크기를 설정하기 때문에 단일 및 다중 세션 환경에서 기존 TCP 보다 제안한 프로토콜이 더 좋은 성능을 보여준다는 것을 확인할 수 있었다.
디지털 선박은 자율운항 제어 시스템(Intelligent Navigation System), 선박자동식별 시스템(Automatic Identification System), 위성통신망 원격제어 시스템(Integrated Maritime Information Technology)을 기반의 One-man Bridge 시스템을 갖는 차세대 선박을 나타낸다 INS 시스템에서는 선박의 항해와 관련된 기능을 수행하며, 최적항로 계획, 좌초 및 충돌방지 기법, 경제적 운항, 엔진통합제어, 내항성 성능평가 등의 기능이 디지털 GIS(Geographic Information System) 기반의 환경에서 제공된다. AIS 시스템은 선박과 선박간 또는 선박과 관제소간에 선박의 항해 관련 정보를 주기적으로 전송하여 충돌 방지를 기능을 제공하며, IMIT 시스템은 선박내의 통합 플랫폼을 제공하여 선내 네트워크 통합 솔루션을 제공한다. 또한, IMIT 시스템은 위성통신(INMARSAT, OrbComm, 해양관측위성)을 통해 선박과 관제소와의 데이터 송수신을 지원하여, 관제소에서 선박의 항해 상태를 감시하고 선박에 해양 환경정보, 조선소에서의 선박관련 정보 등을 제공하는 기능을 갖는다. 본 논문에서는 디지털 선박의 전체적인 시스템 구현방안과 세부 시스템별 구현방안에 대해 소개하며, 디지털-lT 기반의 차세대 선박에 대한 방향을 제시하도록 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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