본 논문에서는 800MHz대역의 TRS(Trunked Radio System)대역을 비롯한, GSM(Global System for Mobile telecommunication), CDMA(Code Division Multiple Access) 대역을 통합할 수 있는 광대역 마이크로스트립 안테나를 설계하고자 한다. 그리고 선박 및 해상 안전에 상용 가능한 선박 기지국 중계기용 안테나를 설계하였다. 마이크로 스트립 안테나의 협대역을 개선하기 위해서 직사각형 패치에 U자 형태의 급전구조를 갖고, 그라운드와 급전 사이에 유전체(${\varepsilon}_T$ = 2.1), 패치와 급전 사이에는 유전체 (${\varepsilon}_T$ = 1)인 서로 다른 유전체를 사용하여 이중 공진 효과를 이용하였다. 설계된 안테나의 주파수 대역폭(VSWR 2:1)은 $780MHz{\sim}1.83GHz$로 2.61GHz의 광대역 특성을 보였으며. 또한 E-평면과 H-평면 모두 이득은 9.dBi이상. 3dB 빔폭은 E-평면 과 H-평면 $60^{\circ}$이상의 개선된 특성을 보였다.
본 논문에서는 위성을 이용한 선박등의 이동중인 물체에 대해 광대역 서비스를 제공하기 위해 고전송율 전송 기법에 대해 연구하였다. 현재 위성 방송의 표준안은 DVB-S3에 근거를 두고 있으며, 항해 통신 등의 무선 장치를 이용하여 위성을 이용한 통신 서비스를 하기 위해서는 DVB-S3의 표준안에 근거를 두고 있다. 따라서 본 논문에서는 DVB-S3에서 제시되고 있는 반복 부호 알고리즘인 LDPC부호에 대해 8-PSK 변조 방식을 적용하고 전송률을 증가시키기 위해 FTN기법을 적용한 뒤, FTN으로 인해 열화된 성능을 반복 복호 기법을 통하여 성능을 향상시키는 방법에 대해 제시한다. 반복 복호 기법은 복호기의 출력값을 경판정하여 수신신호에 대한 새로운 LLR값을 다시 계산한뒤 반복 복호를 함으로써 성능을 향상시키는 방식이다. 본 논문에서는 FTN기법과 8-PSK, 1+7PSK 변조방식이 적용된 DVB-S2 시스템에 BICM-ID기법을 적용하여 가우시안 채널에서 성능 향상을 확인 하였다.
지구 온난화와 기후변화에 대응하기 위해 국제적으로 재생 에너지의 개발이 확대됨에 따라 풍력발전의 비중도 점차 늘어가고 있다. 태양광발전에 비해 24시간 생산이 가능하지만 대형 풍력발전기를 대규모로 설치하기 때문에 주변의 레이더나 통신 장비들의 동작에 간섭을 일으키는 지에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 해상풍력 발전단지 외해를 항해하는 선박이 VHF 대역으로 조난 통신을 송신할 경우, 육지의 기지국에서 신호를 수신할 수 있는지를 분석하였다. 대상지역 주변의 수치지형도, 풍력발전기 캐드 모델, 풍력발전단지 배치도를 바탕으로 주변 해역 및 발전단지를 수치해석이 가능하도록 모델링하였다. 광범위한 지역에 대한 전파 분석에 적절한 고주파 해석기법 중 PO, SBR 기법을 적용한 전용 프로그램으로 전자파 간섭 여부를 분석하였다. 해상풍력 발전단지 외곽에서 송신한 VHF 대역 전자파에 대해 육상 기지국에서는 약간의 수신전력 저하는 있지만 기준치 이상의 전력을 수신하였다. 선박과 육상 기지국 사이의 가시선을 완전히 가리는 경우에 수신 전력의 저하가 발생하였으나, VHF대역이 파장이 길어 회절이나 반사 등의 효과로 육상 기지국까지 충분한 전파가 도달하는 것으로 판단된다.
국제해상기구는 국제해상인명안전협약을 통해 국제항해 선박에 대하여 AIS와 VHF를 의무화하고, 국내 또한 선박안전법과 선박설비기술기준을 통해 특정 선박에 의무화 하고 있다. 그러나 다양한 통신장비 및 복잡한 사용법으로 인해 오동작이 발생하고 실제 구조신호에 대한 응답지연으로 인하여 인명사고가 발생하는 경우가 많다. 그래서 최근 해상통신장치는 국제해상안전조난시스템 현대화의 일환으로 차세대 해상통신시스템 구축을 위해 여러 종류의 해상통신시스템을 연동 및 통합하려는 시도가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 AIS와 VHF의 연동 및 통합을 통한 DSC 기능을 구현하는 기법에 대하여 기술하였다. AIS에서 선박의 정보를 추출하고 VHF의 DSC 기능에 활용할 수 있는 데이터의 연동 알고리즘을 통해 향 후 국내기술기준 및 표준화를 달성하기위한 근거를 제시하고자 한다.
선박용 무선 LAN은 설비의 용이성, 원가절감, 다양한 기능성으로 각광받고 있다. 본 논문에서는 스텝 스터브를 부가하여 2.4 GHz대역과 5.2 GHz대역에서 동작하는 이중 대역통과 필터를 설계하는 방법을 제안한다. 스텝 스터브를 부가한 새로운 형태의 이중 대역통과 필터는 개방 스터브를 부가한 이중 대역통과 필터보다 10 dB 이상 성능이 개선되었고, 기존의 대역통과 필터보다 설계치와 측정치의 오차가 감소됨에 따라 실제 사용할 경우의 성능이 향상되는 효과를 확인하였다. 제작된 이중 대역통과 필터의 설계결과와 측정결과가 거의 일치함을 보임으로써, 본 논문에서 제안한 설계 방법이 타당함을 확인하였다.
선박용 무선 LNA은 설비의 용이성 원가절감, 다양한 기능성에 따라 각광 받고 있다. 본 논문에서는 무선 LAN 주파수인 2.4 GHz대역과 5 GHz대역의 이중 대역통과 필터를 사각패치를 적용한 이중모드 사각 루프 공진기를 이용하여 설계하는 방법을 제안하였다. 사각패치 형태인 한 개의 perturbation element와 세 개의 reference element의 크기를 조절하여 2.4 GHz와 5.8 GHz의 두 주파수 대역에서 만족하는 이중 대역통과 필터를 설계하였으며, 나아가서 개방 스터브를 적용시켜 서지대역을 조절하여 2.4 GHz와 5.2 GHz의 두 주파수 대역에서 만족하는 새로운 형태의 이중 대역통과 필터를 설계하는 방법을 제안하였다. 제작된 이중 대역통과 필터의 설계 결과와 측정 결과가 거의 일치하였으며, 따라서 본 논문이 제안한 설계 방법이 타당함을 확인하였다.
본 논문에서는 차세대 해상 통신 시스템인 SANET (Ship Ad-hoc NETwork)의 우선 전송 규격 파라미터를 설정하고, VHF 대역의 실측 해상 채널을 분석하여 SANET 채널 모델링을 수행한다. 또한, 프리앰블, guard time, 파일롯을 포함한 단일 및 다중 반송파 시스템을 위한 프레임 구조를 제안하며, 제안된 프레임 구조 하에서 채널 보상과 채널 부호화 기법에 의한 SANET 시스템의 BER (Bit Error Rate) 성능을 평가 및 분석한다. 결과로 ${\pi}$/4-DQPSK와 ${\pi}$/8-D8PSK를 적용한 단일 반송파 SANET의 경우, differential 변조방식 채택에 의하여 별도의 채널 보상을 하지 않으며, 부호화 이득을 얻을 수 있는 컨볼루션 부호화를 적용하기로 한다. 다중 반송파 SANET의 경우에는 해상환경, 파도에 의한 선박의 움직임 등에 의한 K값의 변화를 고려하여 시스템의 성능을 최대화 하도록 채널 보상 기법과 컨볼루션 부호화를 적용한다.
5G버티컬들뿐만 아니라 자율운항서비스에서도 요구되는 5G요소기술들(예: 5G버티컬 위성, 5G NR(New Radio) 기반 기기 간 직접통신 기능 등)에 대한 국제표준화가 현재 진행 중임으로 자율운항선박 관련 해양통신서비스에 대한 3GPP 국제표준화를 통해 국제표준 기반 솔루션이 갖는 규모의 경제 크기 이점을 활용하면서 자율운항서비스에 활용 가능할 것으로 기대된다. 제 4차 해양산업혁명시대에 출현할 자율운항선박 관련 ICT융합시장 생태계 구축 및 국제표준 기반 핵심통신기술을 선점하기 위해 (1) 글로벌 호환성을 갖는 디지털 통신시스템 및 게이트웨이 개발, (2) 차세대통신 기반 핵심요소기술 확보, (3) 연관기술의 국제화를 위한 국제표준화 추진이 필요하다고 판단된다. 이를 위해 거리별 통신별 서비스 분석을 통한 데이터 분석 및 표준기술이 개발되어야 할 것이다. 현재 자율운항 선박 운영을 위한 요구 조건들은 주로 3가지 항목으로 분류할 수 있다.
전자통신기술의 발달로 인해 해양통신시스템에 있어서도 많은 변화를 가져왔다. 무선전신에 의존한 선박통신 시스템이 이용된 이래 해상에서의 인명 및 안전을 위해 1992년부터 GMDSS라는 새로운 제도가 국제적으로 발효 및 실시되고 있으며, 해상에서의 신뢰성 있는 통신시스템이 구축되어가고 있다. 그러나, 이러한 시스템은 대형선박 위주로 시행되고 있으며, 국내 소형선박에 대한 해난사고는 증가 추세에 있으므로 이에 대한 적극적인 대책이 강구되어야 한다. 본 연구에서는 국내 소형선박에 대해 지난 10년간의 해난사고 및 현황을 분석하였다. 해난사고의 분석을 통해 이들 선박에 대한 수색구조 통신시스템의 현황을 분석하였으며, 현재의 시스템들에 대한 문제점을 도출하고 발전방향에 대한 방안을 연구하였다.
원거리 해상통신에는 INMARSAT 통신위성이 있으나 통신 사용료의 부담 때문에 non-SOLAS 선박에서는 거의 사용되지 못하고 있으며, 이를 해결할 수 있는 한가지 방법으로 소형선박에서 사용되고 있는 HF대역의 SSB를 이용한 디지털통신이 대체 수단으로 이미 여러 나라에서 논의되고 있다. HF대 디지털통신 시스템이 구축되려면 A2와 A3해역을 항해하는 모든 크기의 선박뿐만 아니라 소형 선박을 포함하여 효과적으로 이용되어야 하며, HF 데이터 통신은 E-mail서비스 외에 해상에서의 안전에 관련된 최근의 정보의 방송서비스, 위치보고서비스, 폴링 서비스 등의 기능을 갖추어야 제 기능을 발휘할 수 있다. 본 논문에서는 HF대 해상통신에서 디지털통신망을 구축하기 위한 핵심요소라고 할 수 있는 해안국과 선박국간에 통신설정을 위한 통신프로토콜의 통신시��스를 중심으로 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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