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위성통신에서의 전파는 자유공간손실 외에 지구를 둘러싼 대기층 및 전리층과 강우에 의하여 영향을 받는다. 이에 대한 제반 영향을 설명하고 그 대책에 대하여 설명하시오

1. 전파의 창

2. 위성통신의 전파특성 영향 요인

3. 위성통신에서 강우 감쇠 보상기법

4. 결론

1. 전파의 창

 - 위성통신에서 수백 MHz 이하의 낮은 주파수대에서는 우주 잡음의 증가, 전리층에서의 감쇠와 신틸레이션의 영향이 크고, 10GHz 이상의 높은 주파수대에서는 대기가스나 강우 등에 의한 감쇠 및 이들 매질에서의 열잡음 등이 문제가 됨

 - 따라서 이들의 영향이 비교적 적은 300MHz~10GHz의 주파수 영역을 전파의 창이라 하여 이 주파수 대역에서 위성통신을 주로 행함

 - 실제의 위성통신에서 1~10GHz의 주파수 대역이 가장 많이 이용됨

2. 위성통신의 전파특성 영향 요인

 가. 대기의 영향

     - 대기에서는 흡수감쇠,  대기굴절율, 대기잡음에 의해 영향을 받음

      1) 흡수 감쇠

         - 전자파가 대기 중을 통과할 때 대기 중의 산소, 수증기, 안개와 구름 및 눈, 자유전자 등에 의해 흡수되거나 산란

         - 이 중에서 위성통신 대역에서는 수증기와 산소에 의한 감쇠의 영향이 크므로 수증기 , 산소에 의한 감쇠를 대기 감쇠라고 함

         - 수증기에 의한 대기 흡수 손실은 21GHz에서, 산소에 의한 흡수 손실은 60GHz에서 최대값을 가지며, 안테나의 지향 앙각이 작을수록 전파 경로가 길어져 손실이 커짐

      2) 대기 굴절율

         - 대기 굴절율은 지상에서의 높이에 비례하여 증가하므로 대기층을 통과하는 전자파에 대하여 오목렌즈와 같은 작용을 하여 전자파 발산 감쇠(De-focussing attenuation)를 가져옴

         - 또한 대기 불안정에 의한 대기 굴절율의 불규칙 변동은 전자파의 산란 작용을 일으키고, 도달하는 전자파의 진폭 및 위상을 불규칙하게 만드는 감쇠를 확산감쇠(Diffusive attenuation)이라고 함    

         - 대기 굴절율의 불규칙한 변동은 대기 신틸레이션 페이딩을 발생시킴

     3) 대기 잡음

         - 대기 가스가 전자파를 흡수하여 재방사함, 열잡음의 방사원으로 작용

 나. 강우의 영향

      - 강우 감쇠, 강우 잡음등으로 부터 영향을 받음

      - 3GHz 이하의 주파수에서는 강우에 의한 흡수 손실이나 잡음의 영향을 무시할 수 있으나, 3GHz 이상에서는 급격히 증가하여 18GHz 이상에서는 다른 요인에 의한 감쇠값보다 강우감쇠 값이 더 커짐 

      1) 강우감쇠

        - 강우 중인 공간을 전파하는 전파는 빗방울에 의한 흡수와 산란때문에 감쇠를 받음

      2) 강우잡음

        - 대기 가스와 마찬가지로 빗방울에 의한 전자파의 흡수 감소는 열잡음으로 지구국에 영향을 끼침

 다. 전리층의 영향

      - 비교적 낮은 주파수에서 전리층의 영향을 많이 받음

      1) 전리층 scintillation

         - 전파가 전리권을 통과할 때 전자밀도의 변동에 의하여 진폭, 위상, 편차 상태 등이 짧은 주기로 불규칙하게 변동하는 현상 

      2) 패러데이 회전

         - 전파가 전리권을 통과할 때 편파면이 회전하게 되는데 이것을 패러데이 회전이라 함

      3) 전리층에 의한 감쇠

         - 전리층의 임계 주파수에 가깝거나 낮은 주파수대의 전파는 전리권 내에서 흡수

      4) 전파 도래각의 변동

         - 대규모의 전자밀도 교란이 생긴 경우 발생

 라. 지상무선국과의 관계

    - 위성통신에 사용되는 주파수는 지상 무선중계국의 주파수와 공용되는 것이 많아 양자 사이의 간섭이 문제가 되는 경우 발생

3. 위성통신에서 강우감쇠 보상 대책

   - 위성 통신용으로 1~10GHz 주파수 대역이 주로 사용되어 왔으나, 최근 통화량의 증가로 10GHz 이상의 주파수 대역을 많이 사용하고 있음

  - 강우감쇠는 시스템의 사용주파수 대역이 높아짐에 따라 그 피해가 심각해짐, 이를 보상하기 위한 대책이 필요

 가. 고정 보상 기법

    - 강우 감쇠를 보상하기 위해서 여분의 지구국, 위성, 주파수 대역 등을 고정적으로 마련하여 할당해 놓은 방식

   - 강우 감쇠는 연중 발생률이 낮기 때문에 비효율적임

    1) 지역 다이버시티

       - 강우가 한정된 지역에서 발생한다는 점을 이용

       - 2개 이상의 지구국을 설치하여 감쇠량이 적은 지구국을 이용하여 통신하는 방식

    2) 주파수 다이버시티

       - 주파수가 커질수록 감쇠가 커진다는 점을 이용하여 강우 손실시 낮은 주파수대로 전송하는 기법

    3) 전력제어 기법

       - 강우 감쇠 시 그 값을 보상하기 위해 송신전력량을 증가시켜 수신 전력량을 일정하게 유지시키는 기법

 나. 적응형 보상 기법

    - 고정보상기법의 비효율성을 개선한 최근의 보상기법

    - 강우로 인하여 손실이 심해지면 효율적인 기법으로 전환하여 사용하는 기법

    1) 적응형 Data Rate 기법

       - 감쇠 정도에 따라 데이터 양을 줄이고, 줄어든 양만큼 리던던시로 채워 전송하여 강우로 인한 신호 감쇠를 보상하는 기법

       - 데이터 량이 변하므로 복조기 구조 복잡

    2) 적응형 부/복호 방식

       - 감쇠 정도에 따라 부/복호 방식을 적절하게 할당

    3) 적응현 변/복조 방식

       - 강우 감쇠 미 발생 시 8-PSK 변조기법 사용, 강우 감쇠 시 QPSK, BPSK 기법 사용

    4) 적응형 다원접속 방식

       - 시스템 타임슬롯을 강우감쇠를 겪고 있는 사용자에게 더 할당하는 방식

4. 결론

  - 적응형 전송기법은 고주파수 대역을 사용하는 시스템에서 매우 경제적이고 효율적인 보상기법임

  - 위성통신 시스템에서 사용주파수 대역이 점점 증가되는 추세로 볼 때 연구가 필요한 중요한 기술임

<참조>

http://rtocare.tistory.com/174