이 논문에서는 강우 페이딩 환경하에서 Ka 밴드 위성을 사용하는 비대칭 8PSK 트랠리스 부호(Trellis-Coded Asymmetric 8PSK : TC-A8PSK)의 BER 상한을 제시한다. 대수정규분포 강우감쇠 모델을 이용하여 강우 페이딩 PDF를 새롭게 유도하고 Crane 모델의 강우강도 데이터에 근거하여 강우 페이딩 파라미터를 계산한다. 나아가 TCM 상태수와 CSI 유무에 따른 TC-A8PSK 시스템의 BER 상한을 각각 분석하고 그 성능을 비교한다. 과거 Divsalar와 Simon[9]에 의해 라이시안 페이딩 채널에서 2 상태 TCM 시스템의 BER 상한이 분석된 바 있으나 강우 페이딩 채널에서 TCM 시스템의 BER 상한을 분석한 것은 이 논문이 처음이다. 최종적으로 강우 페이딩 채널에서 TC-A8PSK 위성시스템의 BER 상한에 지배적인 영향을 미치는 요소는 사용주파수, 강우강도, 앙각, 신호전력대 잡음전력비, 비대칭 성좌각, 그리고 CSI 6가지로 요약 할 수 있다.
The study discussed the link analysis for the Ka band satellite broadcasting service in Korea with respect to the transmission schemes based on the DVB-S2 standard. To analyze the effect of the rain fading to the link budget, we estimated the rain attenuation from the measured rainfall intensity in Korea. We analyzed the link budget for the Ka band transponders of Koreasat-3, and DirecTV BSS-99W, and showed the possible link availability with the DVB-S2 transmission schemes for each transponder. Based on the link analysis of the available satellites with the Ka band transponders, we suggested the required EIRP for the satellite which will be employed for the Ka band satellite broadcasting service in Korea.
본 논문은 10GHz이상의 주파수 대역을 사용하는 위성 통신 링크에서 강우에 의해 감쇠된 신호 레벨을 동적으로 예측하기 위한 비교적 간단한 예측 기법을 제시한다. 예측 기법은 이산시간 저역 통과 필터링, 기울기에 근거한 예측, 평균 오차 보정, 고정 및 가변 혼합 예측 여유 할당의 4가지 기능 블록을 갖는다. Ku 대역의 측정 데이터로부터 주파수 스케일링에 의해 얻어진 Ka 대역 강우 감쇠 데이터를 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 평균 오차 보정을 갖는 기울기 예측 기법은 1dB 이하의 표준 편차를 가지며, 평균 오차 보정에 의해 약 1.5~2.5 배의 예측 오차 감소를 보인다. 요구되는 평균 여유 면에서, 혼합 예측 여유 할당은 고정 여유 방법과 가변 여유 방법에 비해 더 적은 평균 여유를 요구한다.
20GHz 이상 주파수대역은 아직까지 사용하고 있지 않는 넓은 대역의 전파자원이지만 대기에 의한 전파감쇠가 심해 중계거리에 제약을 받게 되므로 단거리통신에 사용되고 있다. 그러나 현재 국내에서는 20 GHz 이상의 주파수대역에서 어느정도의 거리에서 무선시스템의 선뢰도를보장할수있는지 연구된 적이 없는 실정이다. 본 논문은 20GHz 이상 대역에서 대가중의 전파특성을 분석하고 그 중 무선 경로 길이에 가장 많은 영향을 미치는 강우감쇠를 추정할 수 있는 계산식을 분석하였다. 그리고, 강우감쇠 계산에 가장 기본적인 요소인 강우강도를 국내 측후소에서 측정된 강우 자료를 이용하여 서울등 대 도시에서의 시간별 강우강도 데이터로 제시하고 이를 기 본 데이터로 하여 대도시에서의 무선 중계시스템의 최적 중계거리를 제시하였다.
In this paper, we presented the design and implementation of 155Mbps satellite Modem adaptively compensated against the rain attenuation. In order to compensate the rain attenuation over high-speed satellite ink, the adaptive coding schemes with variable coding rates and the pragmatic TCM that can be decoded both the QPSK and TC-8PSK using same Viterbi decoder was studied and analyzed. The pragmatic TCM with rate 213, selected to the optimal parameters for implementation, was modeled by VHDL in this paper. The key design issues are how to achieve a high data rate and how to integrated into a single ASIC chip various functions such as the different data rates, Scrambler/descrambler, Interleaver, Encoder/decoder, and BPSK/QPSK/8PSK modulator/demodulator. The implemented 155M0ps adaptive MODEM has the simplified interface circuits among the many functional blocks, and parallel processing architecture to achieve the high data rate. This 155Mbps adaptive MODEM was designed and implemented by single ASIC chip with the 0.25 $\mu\textrm{m}$ CMOS standard cell technology.
위성시스템설계에서는 설계과정이 초기 설계부터 위성발사까지 약 5년 정도 소요되며, 방송위성수명은 15년 이상까지 될 수 있다. 지구의 온난화 현상은 장기적으로 지구상의 강우율을 점점 증가시키는 추세이다. 이러한 강우율 변화를 포용하기 위해서는 위성링크 설계단계에서 20년 후의 강우감쇠까지 고려하여야 한다. 이 논문에서는 위성방송서비스를 위한 미래의 강우율을 고려하기 위해서 예측용 시계열 시스템 모델을 연구하였다. 이 연구를 통하여 미래 20년 동안의 강우율은 지속적으로 증가할 수 있다는 것을 밝혔다.
방송 및 통신에 널리 이용하는 정지궤도 위성 통신에서는 경로 상에서 신호 전력이 크게 감소하는 경로 손실 (path loss)이 발생한다. Ka 밴드 주파수는 강우 감쇠에 취약하여 링크 버짓을 계산할 때 강우 감쇠를 고려하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 한국의 4개 지역(서울, 인천, 부산, 제주)의 2000년도 이후 강우 데이터를 이용하여 강우 추이를 분석하고 강우 강도 및 강우 감쇠를 계산하였다. 이를 이용하여 천리안 위성의 다운 링크에 대한 위성 링크 버짓 및 수신 성능을 해석하였다. 본 연구에서 18년간의 강우 데이터를 이용하여 연시간율 0.5%인 강우강도일 때 계산한 G/T 결과는 국제전기통신연합(ITU)의 Zone-K 강우 모델의 경우와 비교하여 약 $8.5dBK^{-1}$ 증가하였고, 한국정보통신기술협회(TTA)에서 13년간의 강우 데이터로 계산한 G/T 보다 약 $1.2dBK^{-1}$ 감소하였다. 본 연구의 결과는 국내 설치 위성 지구국의 G/T 설계에 활용될 수 있다.
A scalable satellite broadcasting system is designed to guarantee quality of multimedia service cooperatively utilizing both Ku Band and Ka band. In the system, video streams are separated into a base layer and an enhancement layer, and are transmitted over the two channels, Ku Band and Ka band, respectively. A basic quality of service using the base layer stream can be provided even when the enhancement layer stream over Ka band channel is unavailable by rain attenuation. A rain fall model is simulated using Barlett-Lewis Pulse model and is used in the operation test of the implemented sacalable satellite broadcasting system.
본 논문에서는 B-FWA의 상향링크에 적용할 수 있는 equalization 시스템 중에서 pre-equalization 시스템에 대해서 다양한 감쇄 채널에 대해서 성능을 분석하였다. 고려한 감쇄채널은 세가지의 강우감쇄 채널에 (rain, intermittent light rain and thundershower) 대해서 분석하였다. 본 논문에서 제안하는 pre-equalization 시스템에 적용된 adaptive 알고리즘은 LMS와 RLS로서, 각각의 트레이닝 시퀀스의 길이 대비 채널환경에 따른 성능을 평가하였다. 실험결과, LMS 알고리즘을 사용하는 equalization 알고리즘은 알고리즘의 복잡도를 어느 정도 허용되는 범위에서 delay에 심한 부분에 적합하는 것으로 결론지었고, RLS 알고리즘은 짧은 트레이닝 시퀀스로 빠른 송신이 가능한 곳에 성능이 우수함을 확인하였다.
Ka 밴드 위성시스템은 기존의 주파수 대역에 비해 강우 페이딩에 의한 신호감쇠가 심각하므로 이에 대한 효과적인 보상방안이 절실히 요구된다. 본 논문에서는 채널환경에 따라 변조모드를 적절하게 전환하는 적응 변조 시스템을 새롭게 설계하고 동시에 우수한 성능의 동기 알고리즘을 제안한다. 변조방식은 M-ary PSK 방식을 기본으로 하고 수신기는 TDMA 버스트 모드를 가정하였으며 위성 중계기 모델은 무궁화 3호 위성을 모델로 사용한다. 적응변조방식을 사용함으로서 BER 성능과 평균 스펙트럼 효율의 요구조건을 동시에 만족시킬 수 있으며 이것은 기존의 고정변조방식으로는 현실적으로 구현이 불가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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