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L-대역 내 레이더 주파수 공동사용 환경에서 멀티넷을 통한 Link-16 운용 가능성 성능 평가
The Multi-Net Performance Evaluation of Link-16 in the L-Band Sharing with Radars 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.41 no.7, 2016년, pp.738 - 746  

최선주 (Department of Computer Engineering, Ajou University) ,  유제풍 (Department of Computer Engineering, Ajou University) ,  임재성 (Department of Software, Ajou University) ,  백호기 (Department of Military Digital Convergence, Ajou University) ,  김재원 (Department of Command & Communication System, Agency for Defense Development) ,  최효기 (Department of Satellite and Data Link, Hanwha Thales)

초록
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전장의 환경이 네트워크 중심전으로 빠르게 변화함에 따라 신속하고 정확한 상황인식을 하기 위해 전술데이터 링크의 필요성이 부각되고 있다. 현재 한국군에서는 Link-16을 전투기에 탑재하여 공중 작전을 수행하고 있으며, Link-16은 멀티넷 구조를 지원함으로써 동시에 다양한 작전 수행이 가능한 장점이 있다. 주파수 자원의 부족으로 인해 다른 체계와 주파수를 공동사용 하는 방안이 연구되고 있으며 레이더가 사용하는 L-대역이 후보 대역 중 하나로 고려되고 있다. 하지만 우리나라의 L-대역은 군사용 장거리 탐지 레이더에 할당되어 있어 주파수를 공동사용하여 전술데이터링크를 운용할 경우 서로 간 간섭에 의한 영향을 받을 것으로 예상된다. 따라서 본 논문에서는 L-대역 내에서 레이더와 Link-16과 같은 전술데이터링크가 공동사용 하는 경우 전술데이터링크의 운용 가능성을 평가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As the trend of future war has been changed to network centric warfare, tactical data link should be needed for fast and accurate situation awareness. Nowadays, Korean air force conducts military operations by using aircrafts equipped with Link-16. The Link-16 can conduct multiple mission at the sam...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 L-대역에서 AN/FPS-117외에도 다양한 종류의 레이더가 운용 중에 있어 모든 체계로부터의 간섭을 고려하는데 한계가 있다. 따라서 본 논문에서는 AN/FPS-117의 공개된 사양을 이용해 수학적으로 모델링 하여 간섭의 영향에 따른 전술데이터링크의 운용성을 평가하였다. 모델링에서는 최악의 상황(Worst case)를 고려하기 위해 단말이 레이더의 영향을 받는 구간에서 수신한 모든 데이터를 손실하는 것으로 간주하였다.
  • 이에 따라 미국에서는 항공 시스템과 같은 대역에서 운용되고 있는 Link-16의 주파수를 재할당할 예정이며[6], 주파수 재할당 또는 공동사용 시 기존 체계에 미치는 영향과 통신 가능성 등을 평가하기 위한 연구가 진행되기도 하였다[7,8]. 본 논문에서는 기존 레이더 탐지 체계가 사용 중인 L-대역을 Link-16과 공동사용 하는 환경에서 Link-16의 작전 수행을 위해 요구되는 멀티넷 성능을 평가함으로써 L-대역에서 Link-16의 운용 가능성을 검증하였다.
  • 장거리 대공 감시 레이더는 주로 높은 고지에 설치하여 장거리 고공 표적을 탐지하고 표적의 정보를 우군지휘/통제 체계에 전파하는 역할을 수행한다. 본 논문에서는 대표적인 대공 감시 레이더인 AN/FPS-117 레이더의 기본적인 제원과 특징을 고려하여 레이더를 모델링 한다. AN/FPS-117은 L-대역인 1,215-1,400 MHz 대역을 사용하며 능동위상배열 방식(AESA : Active Electronically Scanned Array)을 사용한다.
  • 이에 따라 기존 체계들의 주파수를 회수하여 재할당하거나 기존 체계와의 주파수 공동사용을 통해 재활용하고자 하는 시도들이 진행되고 있다. 본 논문에서는 레이더 체계가 현재 사용 중인 L-대역을 전술데이터링크와 공동사용 하는 경우 전술데이터링크의 운용 가능성을 평가하고자 한다. 전술데이터링크는 현재 널리 사용 중인 Link-16을 기반으로 하였으며, 본 장에서는 Link-16의 특징과 L-대역에서 사용 중인 레이더 모델에 대해 설명한다.
  • 주파수 대역의 포화로 인해 이미 사용 중인 체계의 주파수를 공동사용 하여 사용하는 방안이 고려되고 있다. 본 논문에서는 레이더가 운용 중인 L-대역에서 Link-16과 같은 전술데이터링크와 공동사용 하는 경우 영향을 평가하고자 하였다. 이를 위해 레이더 간섭 모델링을 하였으며 레이더 간섭 환경에서 Link-16의 멀티넷 성능 평가를 통해 Link-16의 운용 가능성을 평가하였다.

가설 설정

  • 주파수 대역을 도약하면서 데이터를 송신하는 Link-16 단말이 레이더로부터 간섭을 받게 될 확률은 다음과 같이 구할 수 있다. 간섭 확률 모델링에서 하나의 레이더는 Link-16의 전체 주파수 채널 중 서로 다른 한 개의 채널을 사용하며, 모든 레이더의 시각은 정확하게 동기화되어 있어 동일한 시간 동안 Link-16 단말에 간섭을 준다고 가정하였다.
  • 5 kW로 설정하였으며, 레이더와 Link-16 단말과의 거리는 200 km로 설정하였다. 레이더의 주파수 대역은 Link-16과 동일한 3MHz로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Link-16은 무엇인가? Link-16은 걸프전 이후에 미 국방부가 표준으로 채택하고 1996년부터 미국의 전 군에 배치되어 사용한 전술데이터링크로서 감시와 지휘, 통제(surveillance and command and control)정보를 다양한 지휘통제 시스템 및 무기체계 플랫폼과 교환함으로써 작전 효용성을 향상시키는 통신, 항법 및 식별 시스템이다[3]. 한국군 또한 전술데이터링크인 Link-16을 전투기에 탑재하여 공중 작전에 사용 중이다.
Link-16의 기본 통신 단위인 넷은 어떻게 구성되어 있나? Link-16은 주파수 도약과 시분할 다중접속을 기반으로 하며, 시스템의 기본 통신 단위는 넷이다. 넷은 타임슬롯으로 구성되어 있으며 각각의 타임슬롯은 7.8125 ms 시간 간격으로 구성되어 있다. Link-16은 주파수 도약 패턴에 따라 128개의 넷을 정의하고 있으며 각각의 넷은 주파수 도약 패턴이 서로 다르기 때문에 동일한 타임슬롯에 다수의 넷이 존재할 수 있다.
Link-16의 장점은 무엇인가? 한국군 또한 전술데이터링크인 Link-16을 전투기에 탑재하여 공중 작전에 사용 중이다. Link-16은 멀티넷을 지원하기 때문에 다양한 작전을 동시에 수행할 수 있으며 빠른 주파수 도약을 통해 항재밍과 같은 대전 자전 능력을 보유하여 작전 지속 능력을 향상시킬 수 있다[4].
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참고문헌 (13)

  1. J.-Y. Jang and J.-H. Kim, "Analysis on optimized WNW topology and traffic modeling under tactical environment," J. KICS, vol. 39, no. 11, pp. 1114-1121, 2014. 

  2. C. Golliday, "Data link communications in tactical air command and control systems," IEEE J. Select. Areas Commun., vol. 3, no. 5, pp. 779-791, 1985. 

  3. H. J. Noh, J. B. Kim, J. S. Lim, J. H. Nam, and D. W. Jang, "Anti-jamming performance analysis of Link-16 waveform," J. KICS, pp. 1105-1112, 2010. 

  4. Understanding voice and data link networking, Northrop Grumman Corporation, pp. 1-320, 2013. 

  5. Y.-K. Kwag and K.-W. Lee, "Policy study on efficient aeronautical frequency band allotment and management in the congested air traffic environments," J. KIEES, vol. 23, no. 8, pp. 878-887, 2012. 

  6. DTIC, LINK 16 Electromagnetic Compatibility (EMC) Features Certification Process and Requirements (DoD 4650.1-R1), retrieved May 20, 2016, from http://www.dtic.mil/whs/directs/corees/pdf/465001r1p.pdf 

  7. K. Lee, H. Noh, J. Lee, and J. Lim, Performance analysis of link-16 waveform considering frequency remapping under PBNJ," J. KICS, vol. 38, no. 11, pp. 955-965, 2013. 

  8. J. T. Johnson, et al., "Assessing the potential for spectrum sharing between communications and radar systems in the L-band portion of the RF spectrum allocated to radar," IEEE ICEAA, pp. 331-334, Palm Beach, Aug. 2014. 

  9. J. P. Yu, K. M. Lee, H. K. Baek, J. S. Lim, J. S. Kim, and H. G. Choi, "Group-based Frequency Hopping scheme for improving Multi-net Performance of Link-16 Waveform with limited frequency band," J. KICS, vol. 41, no. 1, pp. 110-121, 2016. 

  10. U.S. Department of the Navy, Hawaii Range Complex, Final Environmental Impact Statement / Overseas Environmental Impact Statement, Department of the Navy, Washington, DC, 2007 

  11. M. Skolnik, Radar handbook, McGraw-Hill Book Company, 2008. 

  12. H. J. Noh and J. S. Lim, "Multinet performance evaluation of link-16 waveform," KIMST, pp. 1-5, Daejeon, Korea, 2011. 

  13. J. P. Yu, H. J. Noh, H. K. Baek, and J. S. Lim, "Multi-net performance evaluation of tactical data link according to the number of channels and frequency hoppijng rate in UHF," in Proc. KICS Int. Conf. Commun., pp. 43-44, Jeju Island, Korea, 2014. 

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