본 연구는 대기중에 포함된 미세먼지(PM10: 지름 $10{\mu}m$ 이하크기의 미세먼지)가 위성신호전송주파수대역에 미치는 영향을 해석하기 위한 것으로, 미세먼지 농도별 위성신호감쇠 정도를 해석을 위하여 $50{\mu}g/m^3$이하, $100{\mu}g/m^3$이하, $200{\mu}g/m^3$, $400{\mu}g/m^3$이하, $800{\mu}g/m^3$이하, $1,600{\mu}g/m^3$이하, $3,200{\mu}g/m^3$이하로 총 7단계로 분류하여 해당 농도가 위성신호에 미치는 영향을 정량화 하는 연구이다.
본 연구는 대기중에 포함된 미세먼지(PM10: 지름 $10{\mu}m$ 이하크기의 미세먼지)가 위성신호전송주파수대역에 미치는 영향을 해석하기 위한 것으로, 미세먼지 농도별 위성신호감쇠 정도를 해석을 위하여 $50{\mu}g/m^3$이하, $100{\mu}g/m^3$이하, $200{\mu}g/m^3$, $400{\mu}g/m^3$이하, $800{\mu}g/m^3$이하, $1,600{\mu}g/m^3$이하, $3,200{\mu}g/m^3$이하로 총 7단계로 분류하여 해당 농도가 위성신호에 미치는 영향을 정량화 하는 연구이다.
This study examines how the concentration of Fine Particles(PM10: Fine Particles of under Diameter $10{\mu}m$) included in the air influences on the satellite signal transmission frequency band. For the study of satellite signal attenuation rate by the concentration of Fine Particles, the...
This study examines how the concentration of Fine Particles(PM10: Fine Particles of under Diameter $10{\mu}m$) included in the air influences on the satellite signal transmission frequency band. For the study of satellite signal attenuation rate by the concentration of Fine Particles, the concentration of Fine Particles classified 7 levels, below $50{\mu}g/m^3$, below $100{\mu}g/m^3$, below $200{\mu}g/m^3$, below $400{\mu}g/m^3$, below $800{\mu}g/m^3$, below $1,600{\mu}g/m^3$, below $3,200{\mu}g/m^3$. After then, it analyzed how much each concentration influenced on the satellite signal transmission frequency band.
This study examines how the concentration of Fine Particles(PM10: Fine Particles of under Diameter $10{\mu}m$) included in the air influences on the satellite signal transmission frequency band. For the study of satellite signal attenuation rate by the concentration of Fine Particles, the concentration of Fine Particles classified 7 levels, below $50{\mu}g/m^3$, below $100{\mu}g/m^3$, below $200{\mu}g/m^3$, below $400{\mu}g/m^3$, below $800{\mu}g/m^3$, below $1,600{\mu}g/m^3$, below $3,200{\mu}g/m^3$. After then, it analyzed how much each concentration influenced on the satellite signal transmission frequency band.
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문제 정의
본 연구는 위성신호와 미세먼지의 영향을 해석하기 위한 것으로 미세먼지농도를 7단계로 분류 하였고, 각 단계별 위성신호의 영향을 정량화하는 모델을 제시하였다. 연구는 각종 대류권의 기상조건과 성층권과 열권 등 관측대상 전파경로에서 발생되는 정보가 반영하지 못하는 한계가 있으며, 순수 위성전파감시센터에서 측정한 위성신호와 미세먼지와의 관계를 해석한 결과이며 객관성을 확보할 정도의 충분한 데이터를 이용하여 실험한 것이 아니므로 향후 이 분야에서 연구하는 실험과 다소 다른 결과가 나올 수 있을 것으로 추정되므로, 향후 보다 객관성을 확보할 수 있는 충분한 데이터와 대류권·성층권·열권 등 위성통신 전파환경에서 영향을 주는 요소와 영향을 연구할 필요가 있다.
제안 방법
특이한 점은 미세먼지가 위성통신에 영향을 줄 수 있으며 그 중 미세먼지의 강도와 미세먼지에 함유된 중금속이 주요요인으로 추정되고 있다.[1] 연구는 대기 중에 포함된 미세먼지(PM10: Fine Particles 10㎛이하)가 위성통신에 사용하는 5개 대역(L-band, S-band, C-band, Kuband, Ka-band)에 미치는 영향을 해석하기 위하여 먼지농도를 50㎍/㎥이하, 100㎍/㎥이하, 200㎍/㎥이하, 400㎍/㎥이하, 800㎍/㎥이하, 1,600㎍/㎥이하, 3,200㎍/ ㎥이하 총 7개의 단계로 분류(저자의 정의)하여 미세먼지 농도별로 위성신호전송주파수대역에 어느 정도 영향을 미치는가에 관하여 정량적으로 분석하였다.
그림 2와 같이 위성신호전송주파수대역에 미치는 미세먼지의 영향을 실험하기 위하여 미세먼지농도를 50㎍/㎥, 100㎍/㎥, 200㎍/㎥, 400㎍/㎥, 800㎍/㎥, 1600㎍/㎥, 3200㎍/㎥의 7단계 미세먼지농도 기준을 제시하였다.
미세먼지의 농도별 위성신호전송주파수대역을 실험하기 위하여 미세먼지 농도를 7단계로 정의하였으며 그림 2와 같이 분류하였다.
위성전파감시센터의 위성전파수신시스템은 55˚E∼160˚W 사이 정지궤도위성에서 발사되는 신호를 수신할 수 있다. 본 연구를 위하여 표1과 같이 4개의 정지궤도위성으로부터 송신되는 5개 밴드의 신호를 수신하여 신호전력값(Signal Level)을 측정하였다.
미세먼지농도는 위성신호 측정일에 기상청에서 측정한 데이터로 1일 24회(1시간 간격)에 측정한 값이다. 이 미세먼지 농도 7단계 중 동일 단계범위의 값이 1일 70%이상인 17회 이상 관측된 날을 해당 미세먼지농도로 정하였고, 해당 농도별 5개 위성신호대역을 측정 실험하였다.
대상 데이터
위성통신전파의 파장(λ)의 길이가 짧아질수록 장애 요소(미세먼지농도)에 영향을 많이 받는 것으로 예측할 수 있다.[11] 본 연구는 위성전파감시센터에서 최적의 조건으로 지름 13m의 카세그레인 안테나를 이용하여 측정한 것으로 일반 가정용으로 사용하는 지름 1m 이내의 파라볼라안테나 환경과 다를 수 있고, 실측한 위성신호데이터(Signal Level)는 위성시스템을 운영하는 단계에서 2004년, 2005년, 2006년, 2007년, 2011년 실측값이다. 미세먼지농도는 위성신호 측정일에 기상청에서 측정한 데이터로 1일 24회(1시간 간격)에 측정한 값이다.
본 연구를 위해 위성으로부터 수신하는 정확한 신호를 측정하기 위하여 경기도 이전에 위치한 위성전파감시센터(위도 37‘08" 15.311, 경도 127‘33” 36,712, 고도 150.4m)에서 위성신호를 측정하였다.
성능/효과
대기 중에 함유된 미세먼지(PM10)의 농도별로 각각 위성신호전송주파수대역에 미치는 영향을 정량화하기 위하여 미세먼지농도를 7개의 단계로 분류하여 날짜와 시간별로 단계를 분류하여 7단계 중 하나의 미세먼지농도 관측당시 위성신호 측정하여 실험한 결과 대기 중 미세먼지농도가 50㎍/㎥이하인 경우 Ka-band와 L-band가 영향을 많이 받고, 100㎍/㎥이 하인 경우는 C-band와 L-band의 영향이 뒤바뀌고, 200㎍/㎥이하인 경우 C-band와 L-band가 확연히 벌어졌다. 미세먼지농도가 400㎍/㎥이하인 경우 C-band 와 L-band 순위가 다시 바뀌었으며, 800㎍/㎥이하인 경우 가장 큰 특징은 L-band의 Signal Level이 가장 낮았다.
모든 대역이 전체적으로 큰 변화가 없는 것을 확인하였다.
미세먼지농도 1,600㎍/㎥이하와 3,200㎍/㎥이 하인 경우는 50㎍/㎥이하인 경우와 패턴이 같았다. 연구 결과를 종합하면 7단계 미세먼지농도별로 위성신 호대역을 해석하면 800㎍/㎥, 100㎍/㎥, 400㎍/㎥, 50 ㎍/㎥순으로 위성신호 대역이 눈에 띄게 영향을 받고 (나머지 농도는 변화가 거의 없었음), 위성신호대역별로 보면 S-band, L-band, C-band, Ka-band, Ku-band순으로 변화가 많은 것을 확인하였다.
이상과 같이 종합적으로 실험 및 해석한 결과 7단계의 미세먼지농도에 의한 위성신호대역별 영향은 표11로 표현할 수 있다.
이상에서와 같이 계절별 미세먼지의 농도를 보면 여름과 가을이 상대적으로 봄과 겨울보다 약 30%∼40% 미세먼지가 적은 것으로 조사되었다.
이상의 연구 결과를 종합해 보면 미세먼지의 농도는 800㎍/㎥을 기점으로 그 이상의 농도에서 위성신호에 많은 영향을 주는 것을 알아내었다.
후속연구
상기와 같이 7단계의 미세먼지농도 분류를 통해 미세먼지농도 단계별 위성신호영향에 관한 실험을 통하여 단계별 Signal Level 감쇠 정도를 정량화하였으며, 이 연구 결과는 위성통신신호가 미세먼지의 농도에 따른 신호감쇠량을 정량화하기위한 기초 자료로 활용할 수 있을 것이며, 미세먼지의 이동과 농도변화에 따라 위성통신사업자의 위성통신시스템 Link Budget 설계 및 운용, 국가차원의 위성통신전파관리정책 수립에 활용될 수 있다.
본 연구는 위성신호와 미세먼지의 영향을 해석하기 위한 것으로 미세먼지농도를 7단계로 분류 하였고, 각 단계별 위성신호의 영향을 정량화하는 모델을 제시하였다. 연구는 각종 대류권의 기상조건과 성층권과 열권 등 관측대상 전파경로에서 발생되는 정보가 반영하지 못하는 한계가 있으며, 순수 위성전파감시센터에서 측정한 위성신호와 미세먼지와의 관계를 해석한 결과이며 객관성을 확보할 정도의 충분한 데이터를 이용하여 실험한 것이 아니므로 향후 이 분야에서 연구하는 실험과 다소 다른 결과가 나올 수 있을 것으로 추정되므로, 향후 보다 객관성을 확보할 수 있는 충분한 데이터와 대류권·성층권·열권 등 위성통신 전파환경에서 영향을 주는 요소와 영향을 연구할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 사용 중인 주파수의 고갈이 매우 심화된 이유는?
Ubiquitous화 및 산업화로 사회 환경이 변화되며 무선통신기기의 보급이 기하급수적으로 증가하였고, 그로 인해 현재 사용 중인 주파수의 고갈이 매우 심화되었다. 위성통신에서도 L-band, S-band, C-band의 고갈 정도 또한 심각하여 Ku-band, Ka-band 이 상의 주파수 사용은 불가피해졌다.
위성신호와 미세먼지의 영향에 관한 연구의 한계점은?
본 연구는 위성신호와 미세먼지의 영향을 해석하기 위한 것으로 미세먼지농도를 7단계로 분류 하였고, 각 단계별 위성신호의 영향을 정량화하는 모델을 제시하였다. 연구는 각종 대류권의 기상조건과 성층권과 열권 등 관측대상 전파경로에서 발생되는 정보가 반영하지 못하는 한계가 있으며, 순수 위성전파감시센터에서 측정한 위성신호와 미세먼지와의 관계를 해석한 결과이며 객관성을 확보할 정도의 충분한 데이터를 이용하여 실험한 것이 아니므로 향후 이 분야에서 연구하는 실험과 다소 다른 결과가 나올 수 있을 것으로 추정되므로, 향후 보다 객관성을 확보할 수 있는 충분한 데이터와 대류권·성층권·열권 등 위성통신 전파환경에서 영향을 주는 요소와 영향을 연구할 필요 가 있다.
대기 중 미세먼지(PM10)농도를 측정하는 방법에는 무엇이 있나요?
대기 중 미세먼지(PM10)농도를 측정하는 방법은 고용량공기포집법, 로우볼륨에어샘플러법, 광산란법, 광투과법, β선법 중 우리나라는 환경정책기본법에서는 환경 대기 중 미세먼지(PM10)농도를 β선법에 의해 자동연속측정토록 규정하고 있다. β선법은 대기 중에 부유하고 있는 10㎛이하(단 분립장치에 따라 포 집입자의 크기를 조절할 수 있음)의 입자상물질을 일정시간 여과지위에 포집하여 β선을 투과시켜 입자상 물질의 중량농도를 연속적으로 측정하는 방법으로 β 선을 방출하는 광원으로부터 조사된 β선이 여과지 위에 포집된 먼지를 통과할 때 흡수․소멸되는 β선의 차로 측정되며 다음 식에 따른다.
참고문헌 (11)
박기식, "페이딩 채널에서 MMSE-OSUC 수신기를 적용한 MIMO 시스템의 성능분석", 한국전자통신학회논문지, 6권, 5호, pp. 723-730, 2011.
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