[논문]차기 군위성체계의 디지털 위성중계기를 이용한 상향링크 강우감쇠에 대한 향상된 보상방안 연구

김정호; 이수현; 김봉수; 이창영; 송영중

차기 군위성체계의 디지털 위성중계기를 이용한 상향링크 강우감쇠에 대한 향상된 보상방안 연구
A Study on Advanced Satellite Uplink Rain Attenuation Compensation using Digital Transponder of Next Military Satellite 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 네트워크 및 서비스, v.35 no.11B, 2010년, pp.1696 - 1703

김정호 (삼성탈레스(주) 통신연구소 위성통신그룹) , 이수현 (삼성탈레스(주) 통신연구소 위성통신그룹) , 김봉수 (삼성탈레스(주) 통신연구소 위성통신그룹) , 이창영 (삼성탈레스(주) 통신연구소 위성통신그룹) , 송영중 (삼성탈레스(주) 통신연구소 위성통신그룹)

초록
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군 위성통신에 대한 수요의 증가와 기존에 사용되어온 주파수 대역의 포화로 인하여, Ka 및 EHF 대역의 광대역 주파수자원을 이용한 위성통신체계의 개발요구가 확대되고 있다. 이와 관련하여 Ka 대역 이상의 주파수자원을 이용한 위성통신 시스템의 활성화에 기장 큰 어려움인 강우감쇠 극복에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 차기 군위성통신체계의 위성중계기에는 위성링크에 대한 디지털신호처리(스위칭/방송/간섭제거/ALC 등)가 가능한 디지털중계기가 탑재될 예정이다. 본 논문에서는 탑재될 디지털중계기의 부채널별 전력검출기능과 기존 단말의 변조비콘수신장치를 이용한 검출값 수신기능을 이용하여 위성망 차원에서의 강우감쇠 보상 알고리즘을 제시한다. 새롭게 제시된 알고리즘은 기존에 사용된 하향링크의 위성 비콘신호에 의한 간접측정과 상향링크전력제어장치를 사용한 강우감쇠 보상방안보다 기술적/경제적으로 보다 향상된 강우감쇠 보상방안을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Increased demand for military satellite communications system and due to the depletion of resources of existing satellite communications frequencies, Ka-band and EHF-band satellite communication systems is growing demand for development. As a result, the study of rain attenuation mitigation for Ka/EHF-band frequencies has been achieved. The method to compensate rain attenuation on Ka-band(20/30) using the signal power measurement function in Digital Transponder of Next Military Satellite has been proposed in this paper. This method is more effective than generally used method by Beacon and UPC(uplink power control) in giving the precise rain attenuation measurement and correction.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 위성링크에 대한 중계기 차원에 서의 디지털신호 처리(스위칭/방송간섭제거/ALC 등)을 위해 탑재될 디지털중계기의 고유기능인 부채널별 정밀전력검출기능을 이용하여 위성가격의 상승요인없이 위성망 차원에서의 감우감쇠보상 알고리즘을 제시한다. 이는 상향링크에서 발생하는 강우감쇠의 크기를 직접적으로 측정을 할 수 있음을 의미한다.
계산된 강우감쇠는 지 상단 말에 설치되어 있는 상향링크 전력제어(UPC) 장치를 사용하여 수신한 위성 신호에 발생한 강우 감쇠만큼 송신신호의 출력을 증폭시켜 송출된다 하지만 비콘신호와 실제 통신채널의 대역차이로 인하여 다른 특성을 보이며, 이로 인하여 강우감쇠 보상에 오차가 발생하게 된다. 본 논문에서는 차기 군 위성통신 체계에 탑재될 위성 디지털중계기를의 전력검출기능과 단말의 변조비콘수신장치를 사용하여 직접적인 강우 감쇠를 측정하고 단말은 실측값을 바탕으로 신호의 소스인 모뎀에 전력을 증폭함으로서 신호왜곡이 없고 정밀한, 기술적으로나 경제적으로나 향상된 위성링크 강우 감쇠 보상방안을 제시하였다.

제안 방법

대한 강우감쇠를 추정하는데. 이 때, 보상을 위한 제어 신호의 정밀도는 다양한 지연 요소 (propagation factors)와 연관된 주파수 변환 문제에 영향을 받는다"] 따라서, 하향링크의 측정값으로 사용되는 비콘 링크 C/N, 루프백 C/N, BER(Bit Error Ratio)등과 실제 상향링크에서 발생한 강우감쇠 사이의 상관관계를 높여 주는 것이 중요하다고 볼 수 있다 현재 사용되고 있는 군위성 통신 체계에서 역시 직접적으로 상향링크에서 발생한 강우감쇠의 크기를 측정하는 것이 불가능하였기 때문에 비콘신호(하향링크)를 이용하여 간접적인 강우감쇠의 크기를 측정하였다. 하지만 본 논문에서 제시하는 통신을 위해서 사용되는 채널의 전력변화를 직접 검출할 수 있고 해당 송신 단말에 알려줄 수 있다면, 기존의 체계에서 사용되었던 비콘 모니터링 방식에 비하여 효율적이고 정밀한 강우감쇠에 보상이 가능할 것이다.
본 논문에서 제시한 알고리즘은 기존에 사용된 하향링크의 위성 비콘신호에 의해 상향링크 신호의 강우 감쇠에 대한 간접측정과 상향링크 전력제어 장치를 사용한 보상방안보다 기술적/경제적으로 보다 향상된 강우 감쇠 보상방안을 제시한다.
구성이 완료된 프레임은 변조비콘을 통해 다시 송신단말에 제공된다. 송신단말의 시스템 제어반은 제공받은 전력정보와 자신이 실제로 송신한 전력의 크기를 비교하여, 송신신호의 경로에 발생한 감쇠의 크기를 계산한다. 단말은 계산된 강우감쇠의 크기만큼 모뎀의 송신 신호를 높여 통신신호를 송신한다.

성능/효과

기존의 디지털중계기의 성능을 참고하였을 때, 검출 오차(±O.ldB) 이하로 정확하고 신속한 강우 감쇠를 위하여 새로 개발하는 디지털중계기의 전력검출 모듈의 月의 Bit 수는 8이상을 사용하여 성능의 향상을 꾀할 수 있을 것이다.
둘째, 강우감쇠의 검출을 담당하는 장치와 강우 감쇠를 보상하는 부분 사이에서 정보의 교환을 할 때, 측정한 전력값을 별도의 단위 변환 없이 그대로 강우 감쇠 검출에 사용하기 때문에, 정보의 전달시 발생할 수 있는 오차를 줄여준다.
시뮬레이션의 결과를 살펴보면 주어진 입력 신호다이나믹레인지 -42dB 범위에서 측정된 전력값 의 정밀함을 확인 할 수 있다. (표 1 참고)

후속연구

이상의 기술적인 이득뿐만 아니라 개선된 샹향링크강우감쇠 보상방안은 체계의 구성면과 유지보수 비용 절감 등의 경제적인 효과를 얻을 수 있다 개선된 방법을 사용하게 되면 단말별로 사용되던 상향링크 전력제어 장치를 비롯한 기존에 전력제어용으로 사용하는 장비들이 필요없어진다. 덕분에 시스템을 간략화하고기능을 통합하여 시스템의 구성비용을 낮추는 경제적 효과를 가져 올 수 있다.
차기 군위성통신체계 위성체에는 간섭제거와 스위칭 및 ALC(Auto Level Control)와 같이 위성링크 디지털 처리하기 위한 디지털중계기가 탑재될 계획이다. 디지털중계기에는 지상에서 송출한 통신신호를 수신해 디지털 신호처리를 위한 주파수로 변환해주는 IF 처리반과 각 위성단말이 송신한 통신신호의 전력을 검출할 수 있는 기능을 가지고 있는 디지털 채널처리반으로 구성된다.
이 때, 보상을 위한 제어 신호의 정밀도는 다양한 지연 요소 (propagation factors)와 연관된 주파수 변환 문제에 영향을 받는다"] 따라서, 하향링크의 측정값으로 사용되는 비콘 링크 C/N, 루프백 C/N, BER(Bit Error Ratio)등과 실제 상향링크에서 발생한 강우감쇠 사이의 상관관계를 높여 주는 것이 중요하다고 볼 수 있다 현재 사용되고 있는 군위성 통신 체계에서 역시 직접적으로 상향링크에서 발생한 강우감쇠의 크기를 측정하는 것이 불가능하였기 때문에 비콘신호(하향링크)를 이용하여 간접적인 강우감쇠의 크기를 측정하였다. 하지만 본 논문에서 제시하는 통신을 위해서 사용되는 채널의 전력변화를 직접 검출할 수 있고 해당 송신 단말에 알려줄 수 있다면, 기존의 체계에서 사용되었던 비콘 모니터링 방식에 비하여 효율적이고 정밀한 강우감쇠에 보상이 가능할 것이다.
향후에는 중계기 차원에서 강우감쇠 보상기능인 적응형 이득제어(ALC, Auto Level Contorl)기능과 같이 운용될 경우 더욱 개선된 강우감쇠 보상방안을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (15)

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상세보기
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ITU-R Recommendations 721-3

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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