HF 통신은 별도의 중계 없이 근거리 및 장거리 통신이 가능한 방법으로 해외에서는 주/부 통신수단으로 활용되고 있으나, 국내에서는 도약지대 극복 문제와 전리층 변화에 따라 사용가능한 주파수가 변한다는 이유로 사용자 기피 현상이 심화된 상태였다. NVIS 통신은 일반적인 전리층 반사 통신에 비해 잡음이 적고 도약지대를 포함한 근거리내에서도 통신이 가능한 방법으로써, 이번 연구를 통해 HF 통신의 기존 단점들을 극복하고 HF 통신의 활성화를 위해 외국의 NVIS 통신방법에 대해서 실험을 통해 검증해 보았다. 본 논문에서는 NVIS 통신의 개념을 설명하고, 실제 국내의 HF 통신운용 현황을 확인하였다. 이를 바탕으로 NVIS 통신의 도약지대 극복가능성을 검증하였으며, 효율적인 HF 통신을 위한 예측프로그램의 적용가능성도 판단해보았다.
HF 통신은 별도의 중계 없이 근거리 및 장거리 통신이 가능한 방법으로 해외에서는 주/부 통신수단으로 활용되고 있으나, 국내에서는 도약지대 극복 문제와 전리층 변화에 따라 사용가능한 주파수가 변한다는 이유로 사용자 기피 현상이 심화된 상태였다. NVIS 통신은 일반적인 전리층 반사 통신에 비해 잡음이 적고 도약지대를 포함한 근거리내에서도 통신이 가능한 방법으로써, 이번 연구를 통해 HF 통신의 기존 단점들을 극복하고 HF 통신의 활성화를 위해 외국의 NVIS 통신방법에 대해서 실험을 통해 검증해 보았다. 본 논문에서는 NVIS 통신의 개념을 설명하고, 실제 국내의 HF 통신운용 현황을 확인하였다. 이를 바탕으로 NVIS 통신의 도약지대 극복가능성을 검증하였으며, 효율적인 HF 통신을 위한 예측프로그램의 적용가능성도 판단해보았다.
The HF communication method is capable of communicating short and long distances without a separate relaying method and is used as the primary/secondary communication method in other nations. However, the Korean military strongly discouraged the use of the method due to issues regarding the skip zon...
The HF communication method is capable of communicating short and long distances without a separate relaying method and is used as the primary/secondary communication method in other nations. However, the Korean military strongly discouraged the use of the method due to issues regarding the skip zone and the fact that the usable frequency changes according to irregularities in the ionosphere. The NVIS communication is less susceptible to noise than typical communications using ionosphere reflection, and is also able to communicate short distances containing skip zones. In this paper, we inspect the NVIS communication methods of foreign nations in order to facilitate the use of HF communications, as well as provide solutions to the issues mentioned above. This paper explains the concept of NVIS communication, and investigates how the Korean military is implementing HF communications based on actual communications data of military corps. Based on this result, we have verified the possibility of overcoming skip zones through NVIS communications, and have considered the applicability of a prediction program in order to enhance the efficiency of HF communications.
The HF communication method is capable of communicating short and long distances without a separate relaying method and is used as the primary/secondary communication method in other nations. However, the Korean military strongly discouraged the use of the method due to issues regarding the skip zone and the fact that the usable frequency changes according to irregularities in the ionosphere. The NVIS communication is less susceptible to noise than typical communications using ionosphere reflection, and is also able to communicate short distances containing skip zones. In this paper, we inspect the NVIS communication methods of foreign nations in order to facilitate the use of HF communications, as well as provide solutions to the issues mentioned above. This paper explains the concept of NVIS communication, and investigates how the Korean military is implementing HF communications based on actual communications data of military corps. Based on this result, we have verified the possibility of overcoming skip zones through NVIS communications, and have considered the applicability of a prediction program in order to enhance the efficiency of HF communications.
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문제 정의
실험을 통해 NVIS 통신을 적용시 도약지대 극복 여부와 통화가능성 정도를 확인해 보았다. 도약지대의 선정을 위해 실험 당시의 전리층 환경과 실험용 주파수를 기준으로 도약지대를 식별하였는데, 도약지대란 앞서 설명한 바와 같이 지상파의 최대 통달거리와 공간파의 최소 도약거리 사이의 전파가 도달하지 않는 지역을 뜻한다.
우리는 이번 연구를 통하여 NVIS 통신의 도약지대극복 가능성과 추가로 HF 통신 예측 프로그램의 적용 가능성에 대해 검증함으로써, 국내의 HF 통신 활성화에 기여하고자 한다.
이번 연구를 통해 단점을 극복하고 HF 통신의 활성화를 위해 외국에서 사용해오던 NVIS 통신방법에 대해 실험을 통해 검증해 보았다.
제안 방법
국내의 HF 통신운용 현황을 확인하기 위해서 대표적인 HF 통신을 운용하는 군을 대상으로 약 3개월간의 교신상태와 통신운용 형태 등을 살펴보았다. 분석 결과, 그림 3과 같이 주파수 운용면에서는 교신시 FOT 이하의 낮은 주파수를 사용하고 있었으며, 표 1 과같이 안테나 운용면에서도 사용 주파수(3~8MHz) 기준으로 다이폴 안테나의 높이는 0.
나, 해외 수입 NVIS 전용 안테나 등 4종의 안테나를 활용하여 통화가능성 여부를 실험을 통해서 검증하였다. 마지막으로 전리층 환경변화에 따라 주파수가 변하는 HF 통신의 특성상 효율적인 통신운용을 위한 예측 프로그램의 적용 가능성을 전파연구소의 실측자료와 비교를 통해서 오차정도를 확인하였다.
실험간 정확한 NVIS 통신을 적용하기 위해서 실험 기간 동안 FOT 이하의 주파수를 운용하였으며, 표 3 과 같이 안테나의 전파방사각 역시 84° 이상에서 최대 이득을 가질수 있도록 지상고를 조절하여 운용하였다. 또한 안테나는 그림 5와 같이 여러 안테나별 특징을 비교하기 위해 수평 다이폴, 역 L형, 역 V형 크로스, 그리고 이탈리아에서 현재 NVIS 전용 안테나로 운용 중인 D4/230 안테나 등 4종의 안테나를 운용하여 실험하였다’
따라서, 실험당시 환경을 기준으로 21~ 221km 사이의 거리가 도약지대로 형성된 것으로 판단할 수 있다. 실험지역은 표 2와 같이 도약거리내 3 개소를 설정하여 3주간 실험하였다.
연구는 외국의 사례와 관련 기술자료의 분석을 통한 선행연구, 실기동 실험의 순으로 실시하였으며, 연구 결과를 ADD, 전파연구소 휴니드 기술연구소 등 전문가들에게 제시하고 의견 수렴을 통해 실험내용을 구체화 하였다. 옥천 등 3개소에서 수평 다이폴 안테
이번 실험에서는 수많은 예측 프로그램들중 VOACAP (Voice Of America Coverage Analysis Program) 이라는 프로그램을 사용하여 우리나라 전파연구소에서 실제 관측한 자료와 그 오차 정도를 비교해 보았다. VOACAPe 1993년 미 해군연구소/NTIA/VOA 방송국에서 공동으로 개발한 HF 통신관련 예측 프로그램으로써, 현재 전파연구소에서는 민간 사용자를 위한 인터넷 전파예보 시스템에 이 프로그램을 사용하고 있으며, NATO의 기술보고서에서도 관련 프로그램들 중 가장 보편적이며, 신뢰성이 입증된 모델로 평가하고 있다句
대상 데이터
NVIS 통신의 개념은 2차 세계대전, 월남전에서부터 최근의 이라크 전에 이르기까지 오랜기간 NVIS 통신을 전력화하여 운용하고 있는 미국의 관련 기술과 실제 실험 자료를 참고하였다. NVIS 통신이란 75° 이상의 고각으로 전파를 방사하여 근거리내에서 전리층 반사파로 통신을 하는 것을 말한다回.
또한 안테나는 그림 5와 같이 여러 안테나별 특징을 비교하기 위해 수평 다이폴, 역 L형, 역 V형 크로스, 그리고 이탈리아에서 현재 NVIS 전용 안테나로 운용 중인 D4/230 안테나 등 4종의 안테나를 운용하여 실험하였다’
이론/모형
하였다 그리고 평가 기준은 MOSf51 (Mean Opinion Score : 청취자의 평균 점수)로 감명도 3/3이상의 수준을 기준으로 적용하여 음성은 10dB, CW (Contm- uous Wave : 전신타자)는 3dB(PRC-950K, 20W 기준)를 문턱치(threshold)로 설정하였다.
성능/효과
NVIS 통신은 일반적인 전리층 반사 통신에 비해 잡음이 적고 도약지대를 포함한 근거리내에서도 통신이 가능한 방법이며, 국내는 NVIS 통신의 과학적인 이해는 부족하였지만 경험적으로 이미 NVIS 통신을 운용 중인 것으로 확인할 수 있었다. 또한 NVIS 통신을 통하여 HF 도약지대를 극복할 수 있음을 알 수 있었고 HF 통신 예측 프로그램의 자료와 실 관측자료의 차이가 크지 않으므로 적용가능성이 충분하다는 것도 볼 수 있었다.
것으로 확인할 수 있었다. 또한 NVIS 통신을 통하여 HF 도약지대를 극복할 수 있음을 알 수 있었고 HF 통신 예측 프로그램의 자료와 실 관측자료의 차이가 크지 않으므로 적용가능성이 충분하다는 것도 볼 수 있었다.
또한 그림 4와 같이 교신자료를 감명도(수화기에서 수신 시 전파나 소리를 구별하여 느끼는 정도)와 데이터 전송량으로 구분후 누적값을 그래프로 도식한 것과 예측프로그램을 이용한 해당월의 NVIS 통신 SNR 그래프를 비교시 유사함을 확인할 수 있었다
마지막으로 전리층 환경변화에 따라 주파수가 변하는 HF 통신의 특성상 효율적인 통신운용을 위한 예측 프로그램의 적용 가능성을 전파연구소의 실측자료와 비교를 통해서 오차정도를 확인하였다.
도약지대의 선정을 위해 실험 당시의 전리층 환경과 실험용 주파수를 기준으로 도약지대를 식별하였는데, 도약지대란 앞서 설명한 바와 같이 지상파의 최대 통달거리와 공간파의 최소 도약거리 사이의 전파가 도달하지 않는 지역을 뜻한다. 먼저, 지상파의 통달거리는 프랑스 ATDI 사에서 제작한 전파분석 프로그램인 HTZ wsrfare를 사용하여 모의한 결과 직접파가 10km 이내, 지표파는 21km 이내의 통달거리를 보여 주었으며, 공간파의 도약거리는 221km 이상의 거리를 보여주었다. 따라서, 실험당시 환경을 기준으로 21~ 221km 사이의 거리가 도약지대로 형성된 것으로 판단할 수 있다.
실험결과, 기존의 방식으로는 HF 통신이 불가한 도약지 대내에서 음성의 경우 229회 중 105회 이상 성공으로 45.8%의 통화성공률과 CW의 경우 229회 중 165회 성공으로 72%의 통화성공률을 볼 수 있었다 추가적으로 송신출력을 100W로 증가시킨다면, 수신 신호의 서]기가 7dB 정도 향상되므로 음성의 경우 72%까지 향상될 수 있다
실험자료는 전파연구소에서 제공하는 관측 자료(F2 층의 임계주파수)를 적용하였으며®, 그림 7과 같이 VOACAP을 통해 같은 일자의 예측 자료를 비교한 결과, MUF를 임계주파수와 동일하다고 가정하면 예측된 MUF와는 최대 1.8MHz 정도의 차이가 있었으나 FOT 주파수와는 약 0.6MHz의 차이가 있었다. 따라서 예측 프로그램의 적용가능성은 충분한 것으로
위의 분석결과를 NVIS 통신의 개념 기준으로 판단한다면, FOT 이하의 주파수 운용과 75° 이상의 안테나 방사 등 NVIS 통신의 조건을 거의 만족하는 것을 알 수 있었으며, 실험결과를 기준으로 우리군의 HF 통신운용 형태를 판단시 NVIS 통신에 대한 과학적인 이해는 부족하나 다양한 교신 경험을 통해 NVIS 형태의 통신을 이미 운용중인 것으로 확인되었다.
주었고, D4/230 안테나의 경우는 길이가 16m로 9MHz에서 최대 이득을 가지도록 제작되었으나, 실험간 사용가능한 주파수 대역이 3~8MHz로 실험을 진행하여, 가장 저조한 값을 보여주었다. 역 V형 크로스 안테나의 경우는 5~8MHz의 다대역으로 설치하여, 5~8MHz 대역에서는 상대적으로 가장 수신이 양호함을 볼 수 있었다.
후속연구
있다. 도약지대내 통화 제한 등의 문제로 인한 사용자 기피 현상을 해소하고 HF 통신 활성화를 통한 유사시 통신의 신뢰성 확보를 위해서 NVIS 개념을 적용한 HF 통신운용에 대한 발전방안 연구가 계속적으로 필요하다.
판단되며, 다만 전리층의 변화에 능동적으로 대처하고 효율적인 HF 통신운용을 위해 우리 환경에 맞는 예측프로그램 기반의 탄력적인 주파수 할당 방안에 대한 추가 연구가 뒤따라야 할 것으로 생각된다.
참고문헌 (7)
US Army communicator, US ARMY, 2000-2007.
"RATT 망 운용 필요성 검토 결과 보고", 합참 지휘통신참모부, 2006.
"적지종심작전부대 첩보보고망 운용 개선방안 검토 결과", 합참 지휘통신참모부, 2006.
"Tactical Single-Channel Radio Communica tions Techniques APPENDIX M Near-Vertical Incidence Sky-Wave Propagation Concept", FM 24-18, US ARMY, 1987.
"Methods for subjective determination of transmission quality", ITU-T Recommendation P.800, ITU, 1996.
"RTO Technical Report TR-IST-050", NATO, June 2007.
"전리층 변화측정 자료 : foF2 Variations_RRL (98-07)", 전파연구소, 2008.
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