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초록
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본 논문에서는 낮은 이득의 안테나를 갖는 해양 이동 단말을 위한 Ka 대역 해양 위성 통신 시스템 설계 즉, 물리계층 변조 및 부호화 방식 그리고 송신단 구조를 제안한다. Ka 대역을 활용하는 기존 DVB-S2 (digital video broadcasting - satellite - second generation) 서비스에 영향을 주지 않으면서, 같은 시간 같은 대역을 이용하여 저속의 위성 통신 서비스를 제공하기 위해서 광대역 확산 전송 방식을 사용하였다. 이런 초광대역 전송 방식은 간섭 영향뿐만 아니라, 이동형 해양 단말의 낮은 안테나 이득을 보상하는 역할도 한다. 그래서 변조 방식에 따라 36 dB 또는 39 dB의 확산 이득과 적응형 반복 전송을 통하여 Ka 대역의 경로 손실 및 강우 감쇄를 극복한다. 그리고 짧은 데이터 길이에도 성능 열화를 최소화하기 위하여 터보부호화 방식을 사용한다. 이를 통하여 DVB-S2 시스템에 영향을 주지 않으면서 동시에 저속의 데이터 통신을 수행할 수 있는 해양 위성 통신 시스템을 제안하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the Ka-band maritime satellite communication systems for mobile terminals are proposed. The design includes the link budget analysis, determination of modulation and coding schemes and the overall structure of a transmitter. To avoid the harmful effects on the existing DVB-S2 services...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Omnitracks의 경우, 해양 단말이 아닌 대륙을 횡단하는 화물 트럭 등과 중심국 사이의 간단한 메시지 전달을 위한 목적으로 하기 때문에 본 논문의 목적인 저속 해양 위성 통신과 유사한 서비스를 제공한다고 할 수 있다.
  • 그리고 해양 이동 단말의 경우, 위성을 향해 방향성 빔을 맞추고, 해양 이동 환경에서 계속 위성을 추적하면서 고 안테나 이득을 얻는 것은 기술적으로나 경제적으로 문제가 많다. 그래서 안테나 이득이 낮아 전송 속도가 느리더라도 패치 안테나 형태의 무지향성 안테나를 사용하여 빔추적 복잡도 및 경제성 문제를 해결하고자 한다.
  • 본 논문에서는 중심국에서 위성을 거쳐 단말 데이터를 전송하는 경우를 고려하도록 한다. 따라서 중심국에서 위성까지의 상향 링크와 위성에서 단말로 가는 하향 링크의 링크 버짓을 각각 계산해 보자.
  • 본 논문에서는 선박과 같은 해양 이동 단말과 육지의 중심국 사이의 정보 교환을 위한 해양 위성 통신 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 링크 버짓 계산을 통하여 전송률을 예측하고, 해당 전송률을 달성하기 위한 송신단 변조 및 부호화 기법을 제안하였다.
  • 본 논문에서는 이와 같은 기존 저속 위성 통신 시스템의 개념을 도입하여, 해양 위성 통신을 제안한다. 국내 천리안 위성을 기반으로 기존 DVB-S2 서비스에 영향을 주지 않으면서, 고가의 빔추적 지향성 안테나 대신 저가의 무지향성 안테나를 갖는 단말을 위한 저속 해양 위성 통신 시스템의 기본 설계를 제시한다.
  • 위성 통신 시스템의 경우, 중심국에서 전송한 신호를 선박 등과 같은 이동 해양 단말 사이에 위성이 있어 중계 역할을 수행한다. 본 논문에서는 중심국에서 위성을 거쳐 단말 데이터를 전송하는 경우를 고려하도록 한다. 따라서 중심국에서 위성까지의 상향 링크와 위성에서 단말로 가는 하향 링크의 링크 버짓을 각각 계산해 보자.

가설 설정

  • - 동기 및 채널 추정 오류는 없다고 가정함
  • DVB-S2 서비스를 위해 사용하고 있는 위성 및 주파수 대역을 기존 서비스에 영향을 미치지 않는 범위에서 사용한다는 underlay방식의 인지 통신 기법을 활용하였다. 그리고 단말에서 저가의 패치 형태의 무지향성 안테나를 사용한다는 가정하여 시스템을 설계하였다. 그 결과, 수kbps의 낮은 전송률이기는 하지만, 위 요구 조건을 충족하는 시스템을 설계하였다.
  • 그리고 상향 링크와 하향 링크의 경로 손실은 각각 205 dB와 203 dB라고 가정하였다. 이와 더불어 위성 통신에서 중요한 고려 사항인 강우 감쇄는 최대 상향 링크인 30 GHz 대역에서는 20.
  • 그리고 중심국과 위성 그리고 단말의 제원은 표 1과 같이 주어진다고 가정하였다. 중심국과 위성의 경우는 높은 안테나 이득을 갖는 지향성 안테나를 갖지만, 단말의 안테나 이득은 단일 패치 안테나를 가정하였다.
  • 그리고 반송파 주파수는 상향링크가 30 GHz, 하향 링크가 20 GHz이다. 본 논문에서는 가용한 위성으로 천리안 위성을 고려하고 있다.
  • 그리고 중심국과 위성 그리고 단말의 제원은 표 1과 같이 주어진다고 가정하였다. 중심국과 위성의 경우는 높은 안테나 이득을 갖는 지향성 안테나를 갖지만, 단말의 안테나 이득은 단일 패치 안테나를 가정하였다. 그리고 전송률 증대를 위해서 해양 이동 단말에서 다중 안테나 기술을 활용하는 경우도 고려하였다.
  • 표 3에서  요구되는 Eb/N0인 1.5dB는 1/3 부호율을 갖는 3GPP의 병렬 터보 부호와 BPSK 변조를 사용했을 때를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
응급 상황이나 최소한의 기상 정보 및 위치 정보를 전달하기 위한 해양 위성 통신 기술이 필요한 이유는 무엇인가? 위성 통신 시스템은 기존 셀룰러 시스템으로 지원할 수 없는 도서산간 지역의 통신 채널 확보, 또는 육지에서 많이 떨어진 선박들을 위한 통신 서비스 제공을 위한 목적으로 활용 가능한 통신 시스템이다. 도서 지방이나 산간 지방의 경우, 셀룰러 시스템 구축비용 대비 수익이 미비하여 사설 통신 서비스 공급자들은 도서 및 산간 지역의 통신망 구축을 회피할 수밖에 없다. 원거리 선박의 경우, 위성을 제외하고는 특별한 통신 수단이 존재하지 않는 상황이다. 따라서 응급 상황이나 최소한의 기상 정보 및 위치 정보를 전달하기 위한 해양 위성 통신 기술이 필요하다.
초광대역 전송 방식은 어떤 역할을 하는가? Ka 대역을 활용하는 기존 DVB-S2 (digital video broadcasting - satellite - second generation) 서비스에 영향을 주지 않으면서, 같은 시간 같은 대역을 이용하여 저속의 위성 통신 서비스를 제공하기 위해서 광대역 확산 전송 방식을 사용하였다. 이런 초광대역 전송 방식은 간섭 영향뿐만 아니라, 이동형 해양 단말의 낮은 안테나 이득을 보상하는 역할도 한다. 그래서 변조 방식에 따라 36 dB 또는 39 dB의 확산 이득과 적응형 반복 전송을 통하여 Ka 대역의 경로 손실 및 강우 감쇄를 극복한다.
위성 통신 시스템은 어떤 시스템인가? 위성 통신 시스템은 기존 셀룰러 시스템으로 지원할 수 없는 도서산간 지역의 통신 채널 확보, 또는 육지에서 많이 떨어진 선박들을 위한 통신 서비스 제공을 위한 목적으로 활용 가능한 통신 시스템이다. 도서 지방이나 산간 지방의 경우, 셀룰러 시스템 구축비용 대비 수익이 미비하여 사설 통신 서비스 공급자들은 도서 및 산간 지역의 통신망 구축을 회피할 수밖에 없다.
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참고문헌 (6)

  1. F. P. Antonio, K. S. Gilhousen, I. M. Jacobs, and L. A. Weaver, Jr. "OmniTRACKS: A commercial Ku-band mobile satellite terminal and its applicability to military mobile terminals," in Proc. IEEE MILCOM 1988, vol. 3, pp. 761-764, San Diego, CA, Oct. 1988. 

  2. M. Dervin, I. Buret, and C. Loisel, "Very wide band satellite transmissions for emergency situations," in Proc. the Advanced Satellite Mobile Systems 2008, pp. 328-332, Bologna, Italy, Aug. 2008. 

  3. N. Fuke, K. Sukiyama, and N. Kawai, "Characteristics of satellite system with wideband spreading signals overlaid on conventional FDMA signals within FSS network," IEICE Technical Report, vol. 105, no. 322, pp. 145-150, 2005. 

  4. ETSI EN 302 307 v1.2.1: "Digital Video Broadcasting (DVB): Second generation framing structure, channel coding and modulation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications," Aug. 2009. 

  5. 3GPP TS 36.212 v9.2.0: "Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Multiplexing and channel coding," May 2010. 

  6. IEEE 802.15.3/D17, "Part 15.3: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks (WPAN)," Feb. 2003. 

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