[논문]로컬 데이터를 이용한 지구-우주 통신 링크의 전파 예측 모델 분석

이화춘; 김우수; 최태일; 오순수

doi:10.13067/jkiecs.2019.14.3.483

초록
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국제 표준으로 사용되고 있는 지구-우주 통신 링크의 전파 예측 모델을 사용하여 통신 경로의 총 손실을 계산하고 분석하였다. 총 손실의 계산에 사용되는 각 파라미터(강우, 신틸레이션, 대기 가스, 구름에 의한 감쇠)에 대한 ITU-R의 표준 정의 및 적용 범위를 분석하였다. 각 파라미터별 표준 모델과 ITU-R에서 제공하는 통계 데이터를 사용하여 총 손실을 계산하였고, 그 결과를 검증 사례 데이터를 사용하여 분석하였다. 국내에서 측정된 장기간의 지역 강우 감쇠 통계 데이터를 사용하여 강우 손실을 계산하고, ITU-R 권고서의 강우율 지도를 사용한 계산 결과와 비교하였다. 강우 손실 계산에서는 천리안 위성의 L-대역과 Ka-대역에 대한 신호 측정 데이터를 사용하였다. 0.01%-0.1%의 범위에서 ITU-R의 모델에 의한 감쇠보다 지역 측정 데이터를 사용 했을 때 더 큰 감쇠 기울기를 갖는 것을 확인하였다.

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The propagation prediction model of the earth-space communication link used as an international standard was used to calculate and analyze the total losses on the communication path. The standard definition and scope of ITU-R Rec. were analyzed for each parameter(rain, scintillation, atmospheric gas...

The propagation prediction model of the earth-space communication link used as an international standard was used to calculate and analyze the total losses on the communication path. The standard definition and scope of ITU-R Rec. were analyzed for each parameter(rain, scintillation, atmospheric gas, clouds) used to calculate the total loss. The total losses were calculated using the standard model for each parameter and the statistical data provided by ITU-R, and the results were analyzed using the validation examples data. The rain losses were calculated using long-term local rainfall attenuation statistics data measured in the region, and compared with the calculation results using a rainfall map in the ITU-R Recommendation. The data of Cheollian satellites for the L-Band and Ka-Band were used to calculate the rainfall attenuation. In the range of 0.01% to 0.1%, it was found to have a greater attenuation slope when using local data than attenuation by the model of ITU-R.

주제어

표/그림 (6)

그림 그림 1. 평균 해수면 위의 평균 연간 0℃ 등온선 높이의 디지털 지도 Fig. 1 The digital map of the mean annual 0℃ isotherm height above mean sea level[6]
표 표 1. 특정 위치에서 경사경로 강우 감쇠의 장기 통계량 추정 절차 Table 1. Procedure for estimates of the long-term statistics of the slant-path rain attenuation at a given location
그림 그림 2. 총 감쇠의 누적 분포 Fig. 2 Complementary Cumulative Distribution of Total Attenuation[10]
표 표 2. 총 감쇠 CDF 사례에 대한 입력 값 Table 2. Input values for sample total attenuation CDF
그림 그림 3. 지역 강우율을 이용한 강우 감쇠의 계산 결과 비교 Fig. 3 Comparison of calculation results of rain attenuation using local rainfall rate
표 표 3. 강우 감쇠 계산에서 사용된 이천 전파감시센터와 천리안 위성에 대한 입력 값 Table 3. Input values of about Icheon CRMS and CHEOLLIAN sat. used in rainfall attenuation calculation

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 지구-우주 전파 예측 방법에 관련하여 권고서 ITU-R P.618-13에서 강우 감쇠를 중심으로 분석하였고, ITU-R SG3에서 제공하는 검증 사례 데이터를 사용하여 분석 내용을 확인하였다. 국립전파연구원의 장기간 지역 강우율 측정 데이터를 사용하여 강우 손실을 계산하고 ITU-R에서 제시하는 전파 예측 모델의 계산 결과와 비교하였다.

제안 방법

본 논문에서는 우리나라의 여러 지역에서 최근 장기간에 걸쳐 측정된 강우율을 사용하여 지구-위성 통신 링크의 강우 감쇠를 계산하고, 계산된 결과를 ITU-R의 예측 모델과 비교하였다. ITU-R에서 제공하는 데이터를 사용하여 권고서 ITU-R P.618-13의 전파 모델에 사용되는 각 파라미터에 대한 손실 값들을 계산하고 분석하였다. 가스, 강우, 구름, 신틸레이션 등에 대한 표준 모델을 보여주는 각 권고서의 통계 데이터 및 계산 과정을 사용하였으며, 검증 사례 데이터를 이용하여 총 손실을 분석하였다.
지구-우주 통신 링크의 강우 감쇠를 계산하기 위하여 천리안 위성의 신호 측정 데이터를 사용하였다. Ka 대역과 L 대역을 대상으로 지구-우주 전파 링크의 강우 감쇠를 계산하였고, 강우 초과율에 대한 감쇠율의 변화를 비교하고 분석하였다.
본 논문에서는 우리나라의 여러 지역에서 최근 장기간에 걸쳐 측정된 강우율을 사용하여 지구-위성 통신 링크의 강우 감쇠를 계산하고, 계산된 결과를 ITU-R의 예측 모델과 비교하였다. ITU-R에서 제공하는 데이터를 사용하여 권고서 ITU-R P.
지구-우주 링크의 경로 손실에 대한 계산에서 ITU-R에서 제공하는 강우율 데이터 지도에 의한 계산 결과와 국내 지역 장기간 강우율 측정 통계 데이터에 의한 손실 계산의 차이를 확인하기 위하여 다른 파라미터는 고정을 시키고 계산하였다. 이천 전파감시센터에서 수신한 천리안 위성의 신호대역(Ka, L)을 대상으로 지구-위성 링크의 강우 손실을 계산하였다. 손실 계산을 위해 사용된 이천 전파감시센터와 천리안 위성에 대한 입력 값은 표(3)과 같다.
그러나 아직 ITU-R에서 제공하는 강우율 통계 데이터는 2000년 이전에 측정된 데이터를 기반으로 하고 있다. 지구-우주 링크의 경로 손실에 대한 계산에서 ITU-R에서 제공하는 강우율 데이터 지도에 의한 계산 결과와 국내 지역 장기간 강우율 측정 통계 데이터에 의한 손실 계산의 차이를 확인하기 위하여 다른 파라미터는 고정을 시키고 계산하였다. 이천 전파감시센터에서 수신한 천리안 위성의 신호대역(Ka, L)을 대상으로 지구-위성 링크의 강우 손실을 계산하였다.

대상 데이터

가스, 강우, 구름, 신틸레이션 등에 대한 표준 모델을 보여주는 각 권고서의 통계 데이터 및 계산 과정을 사용하였으며, 검증 사례 데이터를 이용하여 총 손실을 분석하였다. 지구-우주 통신 링크의 강우 감쇠를 계산하기 위하여 천리안 위성의 신호 측정 데이터를 사용하였다. Ka 대역과 L 대역을 대상으로 지구-우주 전파 링크의 강우 감쇠를 계산하였고, 강우 초과율에 대한 감쇠율의 변화를 비교하고 분석하였다.

데이터처리

618-13의 전파 모델에 사용되는 각 파라미터에 대한 손실 값들을 계산하고 분석하였다. 가스, 강우, 구름, 신틸레이션 등에 대한 표준 모델을 보여주는 각 권고서의 통계 데이터 및 계산 과정을 사용하였으며, 검증 사례 데이터를 이용하여 총 손실을 분석하였다. 지구-우주 통신 링크의 강우 감쇠를 계산하기 위하여 천리안 위성의 신호 측정 데이터를 사용하였다.
618-13에서 강우 감쇠를 중심으로 분석하였고, ITU-R SG3에서 제공하는 검증 사례 데이터를 사용하여 분석 내용을 확인하였다. 국립전파연구원의 장기간 지역 강우율 측정 데이터를 사용하여 강우 손실을 계산하고 ITU-R에서 제시하는 전파 예측 모델의 계산 결과와 비교하였다. 이천의 위성전파감시센터에서 측정된 천리안 위성의 두 개 대역(Ka, L)의 데이터에 대하여 계산된 값과 권고서 ITU-R P.

성능/효과

국립전파연구원의 장기간 지역 강우율 측정 데이터를 사용하여 강우 손실을 계산하고 ITU-R에서 제시하는 전파 예측 모델의 계산 결과와 비교하였다. 이천의 위성전파감시센터에서 측정된 천리안 위성의 두 개 대역(Ka, L)의 데이터에 대하여 계산된 값과 권고서 ITU-R P.873의 데이터에 의한 계산된 손실 값의 결과에서 상당한 차이를 확인하였다.

후속연구

그러므로 점차 증가하는 지구-우주 통신 링크에 대한 전파 예측 방법의 정확한 결과를 위해서, 강우율 및 신틸레이션, 대기 가스, 구름에 의한 감쇠 등에 대하여 지속적인 장기간 측정 통계 자료를 확보하여 우리나라 기후 환경이 충분히 반영된 표준화 작업을 정기적으로 추진할 필요가 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	위성 통신 시스템 설계 중 Ku 대역 이상의 주파수 대역의 통신 링크에 미치는 중요한 사항은 무엇인가?	위성 통신 시스템 설계에서 Ku 대역 이상의 주파수 대역에서는 가스, 강우, 구름, 실틸레이션 등에 의한 전파 장애가 통신 링크에 가장 중요한 영향을 미치고 있다[2]. 이러한 장애는 전파 신호 서비스의 품질과 접근성에 영향을 미친다.
	ITU-R P.618-13은 무엇을 제시하고 있는가?	강우 감쇠의 영향이 다른 장애의 요인들 보다 심각하게 통신 품질에 영향을 주고 있지만, 지구-위성 통신 링크 설계에서는 다른 전파 손실도 고려해야 한다[3]. 현재 사용되고 있는 지구-위성 통신 링크에 대한 국제 표준의 손실 모델은 권고서 ITU-R P.618-13에서 제시하고 있다[4].
	위성 통신 시스템에서 전파 장애는 무엇을 발생시키는가?	위성 통신 시스템 설계에서 Ku 대역 이상의 주파수 대역에서는 가스, 강우, 구름, 실틸레이션 등에 의한 전파 장애가 통신 링크에 가장 중요한 영향을 미치고 있다[2]. 이러한 장애는 전파 신호 서비스의 품질과 접근성에 영향을 미친다. 강우 감쇠의 영향이 다른 장애의 요인들 보다 심각하게 통신 품질에 영향을 주고 있지만, 지구-위성 통신 링크 설계에서는 다른 전파 손실도 고려해야 한다[3].

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