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문제 정의
- 본 논문에서는 위성단말 기저대역부 시험평가를위해 정지궤도 위성채널 지연 및 비트에러를 발생할 수 있는 시뮬레이터를 설계.제작하고 시험결과를제시하였다.
- 실제 위성링크 임대 등에는 비용 및 시간 소모가 상당히 많이소요된다. 본 논문은 현재 개발 중인 군 위성통신체계 위성단말의 성능 평가를 위해 위성채널상의 지연및 비트에러를 발생하여 실제 위성 링크를 사용하지않고 위성단말의 기저대역부 통신품질 영향성을 평가할 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터 개발을 위해 무궁화 5호 위성의 서비스 영역과 위성단말 기저대역부의 전송 데이터 속도에 따른 지연을분석하여 이를 지원할 수 있게 설계하였고, 비트에러발생을 위해 MMBP(Markov Modulated Bernoulli Process) 모델링을 이용하여 임의 및군집 에러 발생 시뮬레이터 구현하였다.
제안 방법
- Fireberd 6000은 기저대역부 BER을 시험측정할 수 있는 계측기로써, 지연모사기의 시간지연 및 오류발생 등에 대한 시험측정하였다. 그림6.
- 데이터 메모리는 구현 지연시간과 입출력 데이터 전송속도에 맞추어 RAM 용량을 산출하였다. 최대 지연 시간이 1초이므로 하나의 포트를 통하여 최대 데이터 속도인 초당 8, 448kbps씩 들어오는 데이터를 1초간 저장하기 위해서는 약 8Mbit(- 1Mbyte) 의 저장 공간이 필요하다.
- 따라서에러 발생 구간별로 군집 에러가 발생하거나 임의에러가 발생되는 형태를 갖는다. 본 논문에서는 이러한 에러를 모델링 하기위해 지상 통신망의 트래픽모델링에 많이 사용되는 MMBP(Markov Modulated Bernoulli Process)⑷⑸⑹를 이용하여 임의/군집 에러발생을 구현하였다. 임의 에러와군집 에러가 혼합되어 발생하는 형태는 군집 에러발생 기간동안 에러가 군집되어 나타나고, 어떤 기간 동안은 임의 에러가 발생하는 형태가 반복되는경우를 말한다.
- 본 시뮬레이터에서는 위 알고리즘을 이용하여 에러환경을 1舟까지의 설정가능하고. 위성단말 가입자정합부의 데이터 속도 256kbps.
- 위성채널 비트 에러는군집/임의 에러를 설정된 에러 환경하에서 운용할수 있도록 설계 제작하였다 위성채널 에러 발생에대한 모델링은 MMBP( Mai'kov Modulated Bernoulli Process)을 응용한 알고리즘을 적용하였고 시험 측정을 통해 설정값 대비 실제 성능을 측정하여 정확성을 검증하였다. 본 정지궤도 위성지여비트 에러발생 시뮬레이터는 군 위성통신체계 위성단말 시험평가 기간 중에 기저대역부(고속 다중화 가입자) 성능시험(지상 교환망 연동)을 성공적으로 수행하였다. 향후 군 위성단말 뿐 아니라, 상용 지상국(VSAT)의기저대역부 시험에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다
- 본 논문은 현재 개발 중인 군 위성통신체계 위성단말의 성능 평가를 위해 위성채널상의 지연및 비트에러를 발생하여 실제 위성 링크를 사용하지않고 위성단말의 기저대역부 통신품질 영향성을 평가할 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터 개발을 위해 무궁화 5호 위성의 서비스 영역과 위성단말 기저대역부의 전송 데이터 속도에 따른 지연을분석하여 이를 지원할 수 있게 설계하였고, 비트에러발생을 위해 MMBP(Markov Modulated Bernoulli Process) 모델링을 이용하여 임의 및군집 에러 발생 시뮬레이터 구현하였다.
- 최대 지연 시간이 1초이므로 하나의 포트를 통하여 최대 데이터 속도인 초당 8, 448kbps씩 들어오는 데이터를 1초간 저장하기 위해서는 약 8Mbit(- 1Mbyte) 의 저장 공간이 필요하다. 시뮬레이터는 두 개의 full duplex 통신 포트를 가지고 있으므로 약 2Mbyte의 저장 공간을 이용하여 최대 1초의 시간지연을 구현하였다⑺.
- round-trip으로 측정하였다. 위성단말의 기저대역부 데이터 전송속도인 256kbps, 4096kbps, 8448kbps 별로 지연시간을 측정하였다
- 위성채널 지연은 무궁화 5호 위성의 서비스 영역과 링크연결을 분석하여 군 위성통신체계위성단말 가입자 정합부의 데이터 전송속도에 맞게설정할 수 있게 구현하였다. 위성채널 비트 에러는군집/임의 에러를 설정된 에러 환경하에서 운용할수 있도록 설계 제작하였다 위성채널 에러 발생에대한 모델링은 MMBP( Mai'kov Modulated Bernoulli Process)을 응용한 알고리즘을 적용하였고 시험 측정을 통해 설정값 대비 실제 성능을 측정하여 정확성을 검증하였다. 본 정지궤도 위성지여비트 에러발생 시뮬레이터는 군 위성통신체계 위성단말 시험평가 기간 중에 기저대역부(고속 다중화 가입자) 성능시험(지상 교환망 연동)을 성공적으로 수행하였다.
- 제작하고 시험결과를제시하였다. 위성채널 지연은 무궁화 5호 위성의 서비스 영역과 링크연결을 분석하여 군 위성통신체계위성단말 가입자 정합부의 데이터 전송속도에 맞게설정할 수 있게 구현하였다. 위성채널 비트 에러는군집/임의 에러를 설정된 에러 환경하에서 운용할수 있도록 설계 제작하였다 위성채널 에러 발생에대한 모델링은 MMBP( Mai'kov Modulated Bernoulli Process)을 응용한 알고리즘을 적용하였고 시험 측정을 통해 설정값 대비 실제 성능을 측정하여 정확성을 검증하였다.
- 이 서비스 영역내의 위성단말의 위치를 기준으로 정지궤도 위성과 지상국과의 거리계산은 케플러 궤도의 특성을 이용하여 계산하였다. 표 1.
- 지연이 발생한다. 이러한 분석치를 기준으로 위성과 윗성단말간의 거리 지연과 위성단말의 가입자정합부 데이터 속도와 등을 기준으로 데이터 메모리등을 고려하여 시뮬레이터를 구현하였다. 상세한 설계제작 내용은 3장에서 기술한다.
- 임의 에러 발생 구간에서는 상대적으로 에러 발생확률이 작은 베르눌리 시퀀스 발생기를 동작 시키는 방안 둥과 같이 모델링 할 수있다⑹. 이렇게 각각 다른 발생 확률을 갖는 2가지상태가 존재하고 이들 상태간에 서로 다른 확률로반복적인 천이를 갖는 MMBP를 임의/군집 에러 혼합 발생 형태의 모델링 기법으로 응용하였다. MMBP를 이용한 임의 및 군집 에러 발생은 그림 2.
- 수 있는 시뮬레이터를 설계.제작하고 시험결과를제시하였다. 위성채널 지연은 무궁화 5호 위성의 서비스 영역과 링크연결을 분석하여 군 위성통신체계위성단말 가입자 정합부의 데이터 전송속도에 맞게설정할 수 있게 구현하였다.
- Fireberd와는 가입자 정합부 연동 규격 RS-422인터페이스로 연동하였다. 주요 시험은 위성단말 가입자정합부 데이터 전송속도와의 연동, 위성채널 지연시간, 비트에러 발생 특성 둥을 수행하였다.
- 은 케플러 궤도 특성을 정리한 표로써 정지궤도 위성 고도. 평균지구 반지름, 지구 중심축에서 위성까지의 중심축 거리 등을 반영하여 계산하였다.
- 표 4은 위성채널 지연에 대한 시험결과로 BERT의특성상 round-trip으로 측정하였다. 위성단말의 기저대역부 데이터 전송속도인 256kbps, 4096kbps, 8448kbps 별로 지연시간을 측정하였다
대상 데이터
- 반대로, 출력 신호는 DSP의 고속 직렬포트를 통하여 출력되는 32bit의 데이터를 수신하여 송신 프레임 싱크 신호에 따라 내보낸다. FPGA는 Altera 사의 보급한 FPGA cyclone 시리즈 중의 하나인 EP1C6Q240C8 을 이용하였다.
- 입출력 인터페이스는 위성단말 가입자 정합부와 연동하여 데이터를 송수신한다. 물리적 포트는 full duplex RS-422 포트로 각각송신 클럭, 수신 클럭. 송신 프레임 싱크, 수신 프레임 싱크.
- 사용자 인터페이스부는 국부/원격 제어가 가능하게국부는 key pad/LCD 모듈은 8051 계열인 89C512 프로세서를 이용하여 구현하였고, 원격 제어는 RS-485 port를 이용하여 FPGA부의 UART 제어 블록과 연결되어 DB-9 port를 이용하여 데이터를 주고 받는다. 그림4.
- 데이터 출력 시에는 반대로 메모리에 저장된 데이터를 EDMA를 이용하여 고속 직렬 포트로 내보낸다. 이러한 고속 프로세스를 운용하기 위해 DSP는 부동소수점 연산에적합한 TI 의 DSP 6000시리즈 중 하나인 TMS320C6713을 지연모사기의 프로세서로 사용하였다. TMS320C6713은 225MHz의 클럭으로 동작하며.
- 제작된 시뮬레이터는 Fireberd 6000을 이용하여측정하였다. Fireberd 6000은 기저대역부 BER을 시험측정할 수 있는 계측기로써, 지연모사기의 시간지연 및 오류발생 등에 대한 시험측정하였다.
데이터처리
- 그림 L은 군위성통신체계의 빔 지원 영역을 STK(Satellite Tool Kit). SATSOFT프로그램을사용하여 시뮬레이션한결과로. 한반도와 부속도서를 포함하는 서비스 영역을 갖는다⑵.
성능/효과
- 측정된 에러 발생 확률을 전체적으로 오차범위로 고려한 10% 범위내에서 설정값과 거의 일치함을 볼 수 있다. 256kbps의 경우는 109 에러 율에서는 시험을 위한 패턴 생성 주기가 약 5시간 정도 매우 길어 시험을 실시하지 않았으나, 시험결과로 유추하여 보면, 설정값 내로 들어올 것으로 예상된다
후속연구
- 본 정지궤도 위성지여비트 에러발생 시뮬레이터는 군 위성통신체계 위성단말 시험평가 기간 중에 기저대역부(고속 다중화 가입자) 성능시험(지상 교환망 연동)을 성공적으로 수행하였다. 향후 군 위성단말 뿐 아니라, 상용 지상국(VSAT)의기저대역부 시험에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다
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