Transcript 정보통신기기(08장).

제8장 위성통신기기
8.1 개 요
8.2 위성통신의 개요
8.3 위성통신의 종류
8.4 위성통신의 현황
8.5 위성통신 방식
8.6 지구국의 기본 구성과 기능
◐ 연습문제
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개요
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위성통신의 역사
국제위성과 지역위성은 급속도로 발전되었으며, 통신위성 방식에 있어서
도 기존의 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 바뀌게 되었다. 이것은 지
상계 통신망이 해결할 수 없는 보완적 수단은 물론이요, 각종 첨단 정보전
달수단으로서의 활용가치가 국제적으로 크게 인정받아 정보통신시대의 주
요 매체로 위성통신이 등장하게 되었다.
우리나라도 세계적인 추세에 맞추어 선진과학기술을 도입하고 국내의 사
회문화적 요구에 부응하기 위하여 국가적 차원에서 국내용 통신위성을 보
유하기 위해 검토하여 오던 중 1992년 과학위성인 우리별 1호(KISTSAT- 1)
를 발사한 후 이듬해인 1993년 우리별 2호(KISTSAT-2)를 지상 820[km] 상
공에 발사하였으며 본격적인 통신위성인 무궁화 1호(KOREASAT-1)를
1995년 8월 발사하였고 1996년 1월 무궁화 2호를 정지궤도에 진입시켜 고
속․저속 데이터통신, 비디오 중계, 국간중계, 도서벽지/비상재해 통신, TV/
CATV 프로그램 중계 등 본격적인 서비스를 제공함으로써 21세기 정보통
신국가로서 면모를 갖추게 되었다.
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위성통신의 특징
[1] 위성통신의 장단점
(1) 장점
① 동보성(broadcasting) ② 광역성(wide area)
③ 정지위성의 경우 이론적으로 한 개로 지구의 1/3을 커버할 수 있다.
④ 이동성(mobility)
⑤ 안정한 대용량(large capacity)의 통신이 가능
⑥ 재해에 안전함 ⑦ 유연한 회선설정이 가능
(2) 단점
① 장거리 통신 방식이므로 송신측 지상국에서 수신측 지상국까지 약 240
～320[ms] 정도의 전파지연이 발생
② 위성에서 발사한 전파가 지구에 도착하면 신호가 약해지므로 안테나의
크기를 크게 해야 정보 전달이 원활해지므로 지구국의 크기가 커진다.
③ 정보의 보안성이 없다.
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위성통신의 분류
(1) 용도별 서비스
① 정지위성 서비스(FSS：Fixed Satellite Service)
② 이동위성 서비스(MSS：Mobile Satellite Service)
③ 방송위성 서비스(BSS：Broadcast Satellite Service)
(2) 영역별 서비스
① 국제위성 서비스(INTELSAT, INMARSAT)
② 지역위성 서비스(EUTELSAT, PANAMSAT)
③ 국내위성 서비스(KORESAT, BS)
(3) 응용 시스템별 서비스
① 광대역전송：국제전화 중계망, SNG, 원격 진료
② 방송：DBS, DAB, ISDB
③ 이동통신：개인휴대통신, 지상 이동통신, 항공 이동통신, 해사통신
④ 원격감시 및 제어：홍수통제 및 예보, 하천 감시, 기상 관측 및 대기 환
경측정
⑤ GPS：측위, 자동항행
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위성통신의 종류
세계 최초의 인공위성 스프트니크(Sputnik)가 발사된 이래 소련, 미국, 일본,
그외
ESA(European Space Agency), 캐나다, 인도, 이태리, 영국, 독일, 프랑스 등
에서
위성을 소유
[1] 통신위성
(1) 고정통신위성
(2) 방송위성
(3) 이동통신위성
[2] 관측위성
[3] 해사위성(INMARSAT)
[4] 군사위성
[5] 과학위성
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위성통신의 현황
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[2] 위성통신 주파수 대역
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▪ 정지궤도 위성
정지궤도 위성은 적도상의 원 궤도로 지구의 자전속도와 같이 돌기 때문에
지상에 있는 관측자에게는 하늘공간에 고정되어 있는 것처럼 보인다.
▪ 극궤도 위성
극궤도는 저궤도위성의 특별한 형태이다. 유일한 차이점은 극궤도상의 위성
이 일반적으로 동에서 서쪽방향으로 움직이는 것보다 더 많이 북에서 남쪽방
향으로 치우쳐 움직인다는 것이다.
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▪ 타원궤도 위성
- 길쭉한 계란모양의 진행경로를 움직임
- 궤도의 한쪽 끝은 지구중심에 가장 근접(근지점)
- 다른 한쪽 끝은 가장 멀리(원지점)
- 이 궤도상의 위성은 지구를 한 바퀴 도는데 약 12시간
- 극궤도 위성과 같이 북-남 방향으로 움직인다.
- 우리별 위성：인공위성센터
- 아리랑 위성：항공우주연구소
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해사 위성통신
[1] 인말새트-A 지구국 현황
∙시설수：인말새트-A 시스템 1식
- 회선용량：50회선(전화：30, 텔렉스：20)
∙주요 서비스기능
- 아날로그 선박전화(팩스, 전자메일), 텔렉스, 조난통신
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[2] 인말새트-C 지구국 현황
∙시설수：인말새트-C 시스템 1식
- 회선용량：20회선(텔렉스：10, 데이터：5, PSTN：5)
∙주요 서비스기능
- 선박발신 FAX, 텔렉스, 선박위치정보, 기상정보, 조난통신
- 데이터통신(X.25, X.75), EGC(동보통신)
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[3] 인말새트-B/M 지구국 현황
∙시설수：인말새트-B/M 시스템 1식
- 회선용량：50회선(전화：28, 텔렉스：20, HSD：2)
∙주요 서비스기능
- 디지털 선박전화(FAX, 전자메일), 텔렉스, 조난통신, 고속 데이터
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우리나라 위성통신
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무궁화 위성의 주요기능
∙방송 채널의 탑재
∙기업 활동에 활용
∙원격교육, 그룹 CATV, 화상회의, POS 시스템 구축 등
∙홍수방지
∙군사용도이동통신：GPS(위치확인 시스템), 쌍방향 데이터통신, 위성을 이
용한 무선호출 시스템 등에 적용.
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위성통신 방식(Satellite Communication System)
[1] 랜덤위성 방식(Random Satellite System)
초기의 위성통신 방식으로 지구 상공 수백～수천[km]의 궤도상을 수 시간
의 주기로 선회하는 위성을 이용하는 방식
[2] 위상위성 방식(Phased Satellite System)
지구상공에 등간격으로 여러 개의 통신위성을 배치하고, 지구국은 안테나
를 사용하여 차례로 위성을 추적하여 항상 통신망을 확보하는 방식
[3] 정지위성 방식(Stationary Satellite System)
현재 주로 사용되고 있는 위성통신 방식으로, 지구 적도상의 상공 고도 약
36,000[km]에 지구의 회전에 동기되어 동쪽으로 회전하는 통신위성을 이
용하는 방식
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다원접속 방식
[1] 주파수분할 다원접속 방식(FDMA)
◈장점
① 지구국의 장치(안테나, 고전력증폭기, 변복조장치)가 간단하고 저렴하다.
② 초기 투자비용이 적다.(재래식 기술 적용)
◈단점
① 비선형 증폭기에 의한 영향으로 분할 채널수의 제약을 받는다.
② 회선이용 효율이 낮고 간섭에 대해 약하다.
③ 주파수 스펙트럼 효율이 저하된다.(가드밴드가 필요함)
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[2] 시분할 다원접속 방식(TDMA)
TDMA(Time Division Multiple Access) 방식은 다수의 지구국에서 송․수신
하는 디지털화된 신호를 시간적으로 분할하여 각 지구국에 할당하는 방식
다수의 사용자에게 일정한 시간간격을 제공함으로써 공동의 주파수 대역을
사용하는 방식
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① 고정할당 방식(pre-assigned multiple access system)
각 지구국 사이에 필요한 회선수를 미리 고정적으로 할당해 두는 방식
② 요구할당 방식(demand-assigned multiple access system)
각 지구국이 필요로 하는 시간만큼 회선할당을 받는 방식
◈장점
① 요구할당 방식이 쉽게 실현된다.
② 상호변조에 의한 간섭이 없다.(TDMA는 단일 반송파)
③ 회선의 유연성, 융통성이 우수하다.
④ 상향 회선의 전력조정(사용자의 최대 수)이 불필요하다.
◈단점
① 구성이 복잡하고 가격이 비싸다.
② 정확한 망동기 기술이 요구된다.
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[3] 코드분할 다원접속 방식(CDMA)
대역확산 방식을 이용하여 필요로 하는 정보량의 대역폭보다 넓은 대역으
로 신호를 확장시켜서 여러 신호를 동시에 송신하는 방식
◈장점
① 통신보안을 유지할 수 있다.
② 페이딩의 영향을 감소시킬 수 있다.
③ 전송시간 변화에 의한 영향이 적어서 전송시간에 유연성이 있다.
◈단점
① 광대역이 필요하다.
② 장비를 구현하기 위한 경제성이 요구된다.
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[4] 공간분할다중 방식(SDMA)
◈장점
① 대용량 전송이 가능하다.
② 주파수 이용효율이 좋다.
③ 지구국의 안테나가 소형이어도 된다. ]
◈단점
① 위성의 안테나가 대형으로 된다.
② 중계기나 안테나의 구조가 복잡하다.
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인텔세트 위성통신
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위성통신 시스템의 기본 구성과 기능
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지구국의 기본 구성과 기능
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
안테나계
추미계
저잡음 증폭기(LNA)계
지상 인터페이스계
통신관제 서브 시스템
측정장치
무정전 전원장치
변복조계
출력 증폭기(HPA)
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송신부
송신장치는 대전력증폭기(HPA：high power amplifier)를 말하며, 지상의
다른 지역 통신장비로서 수신된 RF(Radio Frequency) 신호를 안테나를 통
하여 위성으로 전송할 수 있을 정도로 충분한 증폭하는 역할을 수행
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수신부
수신장치는 저잡음 증폭기(LNA：low noise amplifer)를 말하며, 안테나로
부터 수신된 미세한 전파를 받아서 잡음이 극히 적도록 증폭을 하고 또한
이를 신호 대잡음비(S/N)를 높일 수 있도록 잡음을 억제
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안테나부
안테나의 기능
ㅇ 송수신을 겸하고 있으며, 송신시 도파관을 통해서 온 전자파를 방사
ㅇ 수신시에는 인간의 귀와 같이 공간을 통해 전파되어온 전자파를 모아
도파관으로 보냄
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위성위치정보 시스템(GPS)
ㅇ 인공위성을 이용하여 지구상 어디에서나 위치, 속도, 시간 측정을 가능
하게 해주는 시스템
ㅇ 초기에는 미 국방성에서 자국의 군사목적을 위하여 개발
ㅇ 현재는 여러 분야에서 민간 사용이 확대
ㅇ 해외는 GPS 측위 정밀도 향상 기술과 이를 응용한 연구가 진행 중
ㅇ 국내는 고성능, 저가격의 하드웨어 설계를 위한 기초 연구, 수신기 하드
웨어 설계를 위한 성능 분석
ㅇ 최근에는 GPS를 이용한 응용 연구 활동중
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GPS의 영역
[1] 공간(space) Segment
① 전체 24대 위성고도：20,200km
② 궤도 경사각：55
③ 궤도간 간격：60°
[2] 제어(Control) Segment
① 주 관제국：방송 궤도력(Broadcast Ephemerides)과 원자 시계오차
(Clock-bias) 보정값을 위성에 송신(1개)
② 부 관제국：위성 신호를 추적, 저장한 후 주관제국에 전송(4개)
[3] 사용자(User) Segment
① 기능：위성 신호를 수신하여 위치, 속도, 시간 계산
② 조건：4개 이상 위성의 동시 관측 필요
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GPS 신호의 구조 및 특성
[1] GPS 신호의 특성
① 반송파는 각 위성의 독특한 PRN 부호와 항법 메시지와 함께 Spread
Spectrum에 의해 변조
② 모든 위성은 동시에 2개의 반송파를 전송
③ CDMA에 의해 변조, 분리
[2] GPS 반송파
① L1 신호：1.57542[GHz]
② L2 신호：1.2276[GHz]
[3] PRN(Pseudo-Random Noise) 부호
① C/A 부호(Course Acquisition)：1.023[MHz]
② P 부호(Precise Code)：10.23[MHz]
[4] Navigation Data Stream：50Hz
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GPS 신호의 원리
[1] GPS 신호의 위치 결정 원리
인공위성과 수신기의 거리 측정
거리(rp) = 빛의 속도(C) × 경과시간(⊿t)
[2] Differential GPS의 동작원리
(1) 구 성
일반 GPS 체계 + 기준국(Base Station)
(2) 기준국 역할
① 자신의 정확한 위치를 알고 있음
② GPS 위성신호를 받아 오차 계산(오차=정확한 위치 - 계산 위치)
③ 오차를 수신기에 송출
(3) 효 과
① 움직이는 물체：수 m 이내
② 정지한 대상：1m 이내
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[3] GPS의 측위오차
① 구조적인 요인에 의한 오차
=> 위성 시계의 오차
=> 위성 궤도의 오차
=> 대기권의 전파 지연
=> 수신기에서 발생하는 오차
② 선택적 이용성에 의한 오차(Selective Availability：SA)
=> 미국방성이 의도적으로 오차를 증가시킴
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GPS 신호의 특징
(1) 장점
① 3차원의 위치, 고도, 시간의 정확한 측정
② 전 세계적으로 24시간 연속 서비스
③ 무제한 사용 가능
④ 기상 조건 및 간섭의 영향을 적게 받음
(2) 단점
① 극초단파를 사용하므로 장애물에 가릴 때는 곤란
② 소프트웨어 호환성이 적고 장비가 고가
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(3) 응용분야
① 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System；ITS) 상용화준비
② 우리나라의 GPS 응용기술은 매우 진취적이며 현재 응용분야가 해양선박
의 위치결정 시스템, 지리정보 시스템, 위치정보 등 매우 다양
③ 항공 네비게이션(Navigation)
–항공기 자신의 위치 파악, Air Traffic Control(ATC)
④ 해상 네비게이션(Marine Navigation)
–Vessel Traffic Services(VTSs)
–Local Area DGPS
–Wide Area DGPS
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