최근 이동형 글로벌 광대역 통신 및 위성기반의 양방향 인터넷 서비스에 대한 수요가 증가함에 따라 ESIM(Earth Station in Motion)이라는 새로운 형태의 위성 터미널이 개발되고 있다. 이 시스템은 ITU-R Resolution 158(WRC-15)에서 FSS(Fixed Satellite Service) 업링크에 27.5-29.5 GHz 대역사용을 고려하고 있어 동일 대역에 이미 분배된 FS와의 간섭분석에 대한 연구가 요구되고 있다. 이에 본 논문에서는 FS(Fixed Service) 무선국 방향으로 보어사이트를 향하는 ESIM의 방위각을 일양분포의 랜덤특성을 고려하여 FS 수신안테나의 -10 dB 빔폭 내의 평균 수신전력 및 간섭기준 초과확률에 대해 이론해석과 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 그 결과 이론해석의 타당성을 보여주며, 동일 대역의 FS를 보호하기 위해서는 ESIM 이동 터미널의 보어사이트에 대한 이동경로 기울기 각도, 운영시간, 이동속도 등을 종합적으로 고려해서 간섭기준이 마련되어야 한다.
최근 이동형 글로벌 광대역 통신 및 위성기반의 양방향 인터넷 서비스에 대한 수요가 증가함에 따라 ESIM(Earth Station in Motion)이라는 새로운 형태의 위성 터미널이 개발되고 있다. 이 시스템은 ITU-R Resolution 158(WRC-15)에서 FSS(Fixed Satellite Service) 업링크에 27.5-29.5 GHz 대역사용을 고려하고 있어 동일 대역에 이미 분배된 FS와의 간섭분석에 대한 연구가 요구되고 있다. 이에 본 논문에서는 FS(Fixed Service) 무선국 방향으로 보어사이트를 향하는 ESIM의 방위각을 일양분포의 랜덤특성을 고려하여 FS 수신안테나의 -10 dB 빔폭 내의 평균 수신전력 및 간섭기준 초과확률에 대해 이론해석과 시뮬레이션 분석을 수행하였다. 그 결과 이론해석의 타당성을 보여주며, 동일 대역의 FS를 보호하기 위해서는 ESIM 이동 터미널의 보어사이트에 대한 이동경로 기울기 각도, 운영시간, 이동속도 등을 종합적으로 고려해서 간섭기준이 마련되어야 한다.
In recent years, owing to the growing user demand for the two-way internet service based on the mobile global broadband communications, a new type of satellite terminal has been developed, known as ESIM(Earth Station in Motion). This service was required by Resolution 158(WRC-15) to study on the coe...
In recent years, owing to the growing user demand for the two-way internet service based on the mobile global broadband communications, a new type of satellite terminal has been developed, known as ESIM(Earth Station in Motion). This service was required by Resolution 158(WRC-15) to study on the coexistence with the co-primary FS(Fixed Service) in 27.5-29.5 GHz as a FSS(Fixed Satellite Service) uplink. In this paper, the average received power on ESIM within -10 dB of beam width of FS and its outage probability was analyzed theoretically and also simulated to account for the azimuth angle with uniform distribution. From the results, it can be concluded that this theoretical analysis is very useful to analyze the interference from ESIM into FS based on the statistical and probabilistic method. Therefore, it is necessary to control the azimuth angle due to a moving terminal as well as the inclination angle of moving path, the operation hours, and the speed of ESIM to protect the co-primary FS.
In recent years, owing to the growing user demand for the two-way internet service based on the mobile global broadband communications, a new type of satellite terminal has been developed, known as ESIM(Earth Station in Motion). This service was required by Resolution 158(WRC-15) to study on the coexistence with the co-primary FS(Fixed Service) in 27.5-29.5 GHz as a FSS(Fixed Satellite Service) uplink. In this paper, the average received power on ESIM within -10 dB of beam width of FS and its outage probability was analyzed theoretically and also simulated to account for the azimuth angle with uniform distribution. From the results, it can be concluded that this theoretical analysis is very useful to analyze the interference from ESIM into FS based on the statistical and probabilistic method. Therefore, it is necessary to control the azimuth angle due to a moving terminal as well as the inclination angle of moving path, the operation hours, and the speed of ESIM to protect the co-primary FS.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 기존의 FSS 지구국이 FS에 미치는 간섭영향 분석 기법에 근거하면서 ESIM 이동터미널의 방위각 특성을 랜덤 변수인 일양분포(uniform distribution)로 가정하여 확률통계에 기반한 FS에 미치는 간섭영향을 분석한다. 이를 통 해 향후 27-30 GHz 업링크 FSS 대역에서의 ESIM과 공동업무 FS간의 호환성을 확보하고자 한다.
조정영역의 한 세그먼트가 그림 1과 같이 FSR(Fixed Service Receiver) 안테나의 메인빔 축을 교차할 때, 메인 빔(main beam) 을 통과하는 ESIM의 이동에 의한 간섭영향이 평균 간섭전력 대부분을 차지하게 된다. 따라서 여기서는 FS 메인 빔에 영향을 주는 ESIM의 최대 간섭전력에 대해 그 영향을 평가한다. ESIM 시스템은 항상 존재하지 않으므로 전파모델 입력 파라미터, p(Rec.
본 논문에서는 향후 27.5-29.5 GHz 대역에서 운영 예정인 ESIM이 기존의 FS에 미치는 간섭영향을 분석하기 위해 육상 ESIM의 이동특성을 랜덤 일양분포 특성으로 가정하여 FS 수신안테나의 -10 dB 메인 빔에 수신되는 평균 간섭전력 및 간섭 기준 초과확률에 대해 분석하였다. ESIM 안테나의 앙각에 따라 평균 수신전력에 대한 이론해석과 시뮬레이션 결과에서 차이를 보이며, 앙각이 낮은 20°에서는 간섭 기준치에서 약 10 km의 분리거리 오차를 보이고 있다.
따라서 본 논문에서는 기존의 FSS 지구국이 FS에 미치는 간섭영향 분석 기법에 근거하면서 ESIM 이동터미널의 방위각 특성을 랜덤 변수인 일양분포(uniform distribution)로 가정하여 확률통계에 기반한 FS에 미치는 간섭영향을 분석한다. 이를 통 해 향후 27-30 GHz 업링크 FSS 대역에서의 ESIM과 공동업무 FS간의 호환성을 확보하고자 한다. 이를 위해 2장에서는 간섭 시나리오를 설정하고, 3장에서는 기존 14.
가설 설정
<표 1>에 주어지는 파라미터 값들은 28.5 GHz ESIM 시스템 간섭영향으로부터 FS를 보호하기 위한 기준을 제공하는데 고려될 수 있는 대표적인 특성들을 가정한다.
제안 방법
본 연구에서는 FS를 보호하기 위한 간섭기준치로 잡음전력 –158 (dBW/40kHz)과 I/N = -10 dB을 고려하여, 기준치 Lthr= -168 (dBW/40kHz)을 사용하였다.
한편, 해상 ESIM과 유사한 기술적 특성을 갖는 ESV(Earth Station on board Vessel)가 FS에 미치는 간섭영향 평가는 해안 거리 내의 제안된 조정영역(contour)에서 운영하는 ESV로부터의 장기간(long-term) 간섭을 고려하기 위해 조정영역을 여러 세그먼트(segment)로 나누어 계산하고 있다[5],[6]. 이 방법은 평균 간섭전력을 결정하는데 필요한 모든 CCP(Critical Contour Point)를 결정하는 기본 데이터를 제공하며, 평균 간섭전력은 운영 조정영역의 각 세그먼트로부터 간섭전력의 합으로 개발 되었다. 참고문헌 [6]에서 사용된 파라미터에 따라 1년당 운영 조정영역을 횡단하는 ESIM의 운영시간, ESIM의 속도 등을 사용한다.
대상 데이터
본 연구에서는 향후 ESIM 서비스를 위해 고려하고 있는 27.5–29.5 GHz 대역의 FSS 업링크 주파수 대역을 고려한다.
성능/효과
ESIM 안테나의 앙각에 따라 평균 수신전력에 대한 이론해석과 시뮬레이션 결과에서 차이를 보이며, 앙각이 낮은 20°에서는 간섭 기준치에서 약 10 km의 분리거리 오차를 보이고 있다.
또한, 간섭기준 초과확률에 의한 간섭영향 분석을 위해 ESIM의 e.i.r.p. 특성에 의한 수신전력과 간섭 기준치와의 비, β에 따른 이론적 해석과 시뮬레이션에 의한 결과는 초과확률이 작을수록(Pout = 10-3이하) 이론해석과 시뮬레이션 결과가 일치하고 있지만, 그 확률이 클수록 오차가 점점 증가함을 알 수 있다.
초과확률이 작을수록( Pout = 10-3이하) 이론해석과 시뮬레이션 결과가 일치하고 있지만, 그 확률이 클수록 오차가 점점 증가함을 알 수 있다.
후속연구
결론적으로 ESIM의 이동성에 의해 FS를 향하는 방위각의 변동이 랜덤 특성으로 인해 그 간섭영향은 확률적 통계에 의해 이루어져야 하며, ESIM 이동터미널의 이동경로 기울기, 이동속도, 운영시간 등을 종합적으로 판단하여 동일 대역에서 운용하는 FS를 보호하기 위한 간섭기준이 마련되어야 한다.
특성에 의한 수신전력과 간섭 기준치와의 비, β에 따른 이론적 해석과 시뮬레이션에 의한 결과는 초과확률이 작을수록(Pout = 10-3이하) 이론해석과 시뮬레이션 결과가 일치하고 있지만, 그 확률이 클수록 오차가 점점 증가함을 알 수 있다. 이 결과로부터 ESIM의 이동성 특성을 고려한 확률적 통계해석을 도입하여 일양분포에 의한 이론해석이 타당하다는 점을 보여주고 있으며, 특히 간섭 기준치와의 수신전력의 비를 고려함으로서 향후 간섭마진을 설정하는데 유용한 데이터를 제공하게 될 것이다.
참고문헌 (11)
E. G. Cuevas, and C. V. Weerackody, "Technical characteristics and regulatory challenges of communications satellite earth stations on moving platforms," Johns Hopkins APL Technical Digest, Vol. 33, No. 1, pp. 37-51, 2015.
International Telecommunication Union, "Methodologies to estimate the off-axis e.i.r.p. density levels and to assess the interference towards adjacent satellites resulting from pointing errors of vehicle-mounted earth stations in the 14 GHz frequency band," Recommendation ITU-R S.1857, Jan. 2010.
Y. H. Kang, and D. S. Oh, "Analysis of interference effect of ESIM on FS system considering the antenna pointing error," The Journal of Korea Navigation Institute, Vol. 20, No. 6, pp.503-510, Dec. 2016.
F. Guidolin, M. Nekovee, L. Badia, and M. Zorzi, "A study on the coexistence of fixed satellite service and cellular networks in a mmWave scenario," in IEEE ICC 2015, Wireless Communication Symposium, pp.2444-2449, June 2015.
International Telecommunication Union, "Guidance for determination of interference from earth stations on board vessels to stations in the fixed service when the earth station on board vessels is within the minimum distance," Recommendation ITU-R SF.1649-1, Aug. 2008.
International Telecommunication Union, "The minimum distance from the baseline beyond which in-motion earth stations located on board vessels would not cause unacceptable interference to the terrestrial service in the bands 5925-6425 MHz and 14-14.5 GHz," Recommendation ITU-R SF.1650-1, Feb. 2005.
International Telecommunication Union, "Prediction procedure for the evaluation of interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0.1 GHz," Recommendation ITU-R P.452-16, July 2015.
International Telecommunication Union, "Reference radiation patterns for fixed wireless system antennas for use in coordination studies and interference assesment in the frequency range from 100 MHz to about 70 GHz," Recommendation ITU-R P.699-7, Apr. 2006.
International Telecommunication Union, "Propagation by diffraction," Recommendation ITU-R P.526-13, Nov. 2013.
International Telecommunication Union, "Attenuation by atmospheric gases," Recommendation ITU-R P.676-11, Sep, 2016.
International Telecommunication Union, "Maximum permissible levels of off-axis e.i.r.p. density from earth stations in geostationary-satellite orbit networks operating in the fixed-satellite service transmitting in the 6 GHz, 13 GHz, and 30 GHz frequency bands," Recommendation ITU-R S.524-9, Apr. 2006.
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