[eBook] 위성통신이론 및 시스템(2판)

1장 위성 통신의 개요

1-1 위성 통신의 정의

1-2 위성 통신의 역사

1-3 위성 통신의 기본 구성

1-4 위성 통신 시스템의 특성

1-5 위성 통신 시스템의 분류

1-6 위성 통신 시스템의 구성

1-7 위성 통신 시스템의 현황 및 전망

1-8 종합 문제

제2장 위성 통신의 기본 원리

2-1 위성 궤도 및 운영 원리

   2-1-1 위성 고도에 의한 분류

   2-1-2 궤도 운영 의한 분류

2-2 발사체 및 발사 원리

   2-2-1 발사체의 종류

   2-2-2 발사 절차

   2-2-3 발사 기지

2-3 위성 환경

2-4 위성 통신 주파수

2-5 위성 통신 주파수 재사용 기법

   2-5-1 공간 분할 다중 접속에 의한 주파수 재사용

   2-5-2 이중 편파에 의한 주파수 재사용

2-6 종합 문제

제3장 위성 통신 시스템의 구성

3-1 위성 통신 시스템의 구성 개요

3-2 탑재체(payload, 통신 부속 시스템)

   3-2-1 위성 안테나

   3-2-2 중계기 부속 시스템(Transponder Subsystem)

3-3 버스(BUS)

   3-3-1 자세 및 궤도 제어 부속 시스템
             (AOCS, Attitude and Orbit Control Subsystem)

   3-3-2 원격 상태 명령 거리 부속 시스템
             (TC&R, TT&C, TTC&M Subsystem)

   3-3-3 전력 부속 시스템(Power Subsystem)

   3-3-4 온도 제어 부속 시스템(Thermal Control Subsystem)

3-4 지상 관제소

   3-4-1 원격 상태 추적 명령 부속 시스템(TT&C Subsystem)

   3-4-2 위성 제어 센터(SCC)

   3-4-3 통신망 제어 센터(NCC)

   3-4-4 궤도 내 시험(IOT)부

   3-4-5 통신 시스템 감시(CSM)부

3-5 지구국

   3-5-1 지구국 안테나

   3-5-2 안테나 추적 방식

   3-5-3 통신 부속 시스템

   3-5-4 지구국 설치

3-6 종합 문제

제4장 위성 통신 성능 및 링크 해석

4-1 위성 통신 시스템의 특성 변수

   4-1-1 위성 통신 시스템의 성능

   4-1-2 유효 등가 방사 출력
             (EIRP, Effective Isotropic Radiated Power)

   4-1-3 수신 안테나 이득 대비 잡음 온도
             (G/T, Gain over Noise Temperature)

   4-1-4 기타 성능 변수

4-2 이상적인 가시거리(LOS, Line of Sight) 링크 해석

4-3 위성 통신에서의 링크 해석

   4-3-1 EIRP 계산

   4-3-2 수신 전력 계산

   4-3-3 강우 감쇠

   4-3-4 안테나 잡음 온도

   4-3-5 시스템 잡음 온도

   4-3-6 G/T 계산

   4-3-7 C/N 계산

   4-3-8 총(overall) C/N 계산

   4-3-9 디지털 링크 해석

4-4 링크 해석 연습

4-5 종합 문제

제5장 위성 통신 방식 및 적용 이론

5-1 아날로그 통신 방식

   5-1-1 FM 기본 이론

   5-1-2 FM 방식의 성능

   5-1-3 FM 방식 적용 예

5-2 디지털 통신 방식

5-3 디지털 변조 방식

   5-3-1 진폭 천이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying)

   5-3-2 주파수 천이 변조(FSK, Frequency Shift Keying)

   5-3-3 위상 천이 변조(PSK, Phase Shift Keying)

          5-3-3-1 BPSK의 비트 오율 계산

   5-3-4 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식

   5-3-5 차동 위상 천이 변조(DPSK)

   5-3-6 OQPSK(Offset QPSK) 방식

   5-3-7 MSK(Minimum Shift Keying) 방식

   5-3-8 OFDM 방식

5-4 다중화 및 다중 접속 방식

   5-4-1 주파수 분할(frequency division) 방식

   5-4-2 시분할(time division) 방식

   5-4-3 부호 분할(code division) 방식

   5-4-4 공간 분할(space division) 방식

   5-4-5 편파 분할(polarization division) 방식

5-5 회선 할당 방식

   5-5-1 고정 할당 방식(FAMA)

   5-5-2 요구 할당 방식(DAMA)

   5-5-3 임의 할당 방식(RAMA)

5-6 부호화 방식

   5-6-1 아날로그 신호의 디지털 변환
             (ADC, Analog-to-Digital Converter)

   5-6-2 원천 부호화

   5-6-3 채널 부호화

5-7 종합 문제

제6장 위성 통신 서비스 및 응용

6-1 일반적인 위성 통신 서비스

   6-1-1 고정 위성 서비스

   6-1-2 방송 위성 서비스

   6-1-3 위성 이동 서비스

6-2 VSAT

   6-2-1 VSAT 서비스 구성도

   6-2-2 VSAT 적용 기술

   6-2-3 VSAT 서비스의 발전 전망

6-3 GPS

   6-3-1 GPS 측위 원리

   6-3-2 GPS 측위 오차

   6-3-3 기타 GPS

6-4 국내 위성

   6-4-1 무궁화호 위성

   6-4-2 기타 과학 및 다목적 실용 위성

6-5 국제 위성

   6-5-1 국제통신위성기구(INTELSAT)

   6-5-2 국제해사위성기구(INMARSAT)

   6-5-3 INTERSPUTNIK8

6-6 지역 위성

   6-6-1 EUTELSAT(유럽통신위성기구)

   6-6-2 ARABSAT(아랍위성통신연맹)

   6-6-3 PALAPA

   6-6-4 ASIASAT(아시아위성기구)

6-7 GMPCS

   6-7-1 위성 이동 통신 시스템의 구성

   6-7-2 위성 이동 통신 서비스 시스템

6-8 DBS(직접 위성 방송)

   6-8-1 DBS 시스템의 구성

   6-8-2 DBS 주파수 배분 현황

   6-8-3 DBS의 특성

   6-8-4 DBS에 적용되는 MPEC 기술

   6-8-5 DBS의 현황 및 전망

6-9 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)

   6-9-1 지상파 DMB(T-DMB)

   6-9-2 위성 DMB(S-DMB)

6-10 종합 문제

1995년에 8월에 통신 위성인 무궁화 1호 위성이 발사되어 국내에 본격적인 위성 통신 서비스가 제공된 지가 10년이 넘어가고 있다. 무궁화호 위성뿐만 아니라 과학 위성인 우리별 위성과 다목적 실용 위성인 아리랑호 위성이 순차적으로 발사되어 위성 통신에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.

위성 통신 시스템은 전기, 전자, 통신 및 기계 등의 모든 공학 분야가 복합된 총체적인 시스템으로 이를 책 한권에 기술한다는 것은 상당히 어려운 작업이고 저자의 능력을 감안하면 불가한 일로 생각된다. 본 교재는 위성 통신 시스템을 통신 엔지니어 관점에서 통신 엔지니어가 알아야 할 기본적인 사항을 기술한 것으로, 대학의 1학기 교재로 혹은 위성 통신에 대해 알고자 하는 관련 분야 종사자와 일반인을 대상으로 생각하여 기술하였다.

특히 무선 통신에 대해 실무적인 기술을 배우고자 하는 학생들이나 관련 분야 종사자들에게 위성 통신은 무선 통신에 대한 개념과 실무적인 기술을 익히고 이해하는데 훌륭한 징검다리가 될 수 있으리라 생각된다. 위성 통신의 링크 해석과 시스템 구성 등이 무선 통신 시스템의 기본적인 요소로 이를 통하여 무선 통신에 대한 전반적인 이해 및 해석과 설계로 접근할 수 있을 것으로 기대한다.

제1장은 위성 통신의 일반적인 개요로 위성 통신의 정의, 위성 통신에 대한 개략적인 역사와 현황 및 전망, 그리고 위성 통신 시스템의 기본적인 특성 및 구성에 대하여 기술하였다.

제2장은 위성 통신의 공학적인 기본 원리인 위성 발사 및 궤도 운영, 그리고 위성 환경의 기본 사항을 기술하였다. 아울러 위성 통신의 주파수와 편파 특성 및 공간 분할을 통한 주파수 재사용 기법에 대하여 설명하였다.

제3장은 위성 통신 시스템의 구성과 각 구성 요소에 대한 기능과 특성에 대하여 기술하였다. 탑재체를 구성하는 중계기와 위성 안테나의 기술적 특성과 BUS와 지상 관제소에 대한 구성과 기능, 그리고 서비스 지구국에 대한 전기적 특성에 대하여 기술하였다.

제4장은 위성 통신 시스템의 성능과 연관된 특성 변수와 링크 해석(link budget)에 관하여 기술하였다. 위성 통신 시스템의 주요 특성 변수인 EIRP나 G/T 등의 계산과 성능 변수에 대한 개념을 기술하였다. 특별히 강우에 의한 영향을 포함한 위성 통신에서의 실무적인 링크 해석 및 설계 능력을 가질 수 있도록 실제적인 예와 연습을 통하여 학습할 수 있도록 하였다.

제5장은 위성 통신에서 사용하는 통신 방식과 적용되는 이론에 대하여 기술하였다. 아날로그 방식은 FM 방식에 대하여 기술하였다. 디지털 방식은 위성 통신에서 많이 사용되는 디지털 변조 방식, 다중화 및 다중 접속 방식과 회선 할당 방식, 그리고 원천 부호화와 채널 부호화를 포함하는 부호화 방식에 대하여 기술하였다.

제6장은 현재 운영 중인 위성 통신 서비스와 위성 통신 시스템에 대하여 통신 공학 관점에서 기술하였다. 먼저 일반적인 위성 통신 서비스에 대한 종류 및 기본 개념을 설명한 후에 현재 운용중인 VSAT, GPS, 국내의 무궁화호 위성, INTELSAT과 INMARSAT 등의 국제 위성, EUTELSAT과 ARABSAT과 같은 지역 위성, 범세계 위성 이동 통신 시스템인 GMPCS, DBS, 그리고 DMB에 대한 현황과 기술적 특성, 그리고 발전 전망에 대하여 기술하였다.

책을 저술하면서 책의 내용이 결국은 위성 통신 및 무선 통신 분야에서 앞서 연구하거나 저술하신 분들의 내용을 이 책을 학습하는 분들이 쉽게 이해하도록 정리하는 범주를 넘어서지 못한다는 것을 밝힘으로써 그분들에게 감사의 마음을 전하고 싶습니다. 이 책이 위성 통신에 대해 배우려는 학생들과 관련 분야 종사자들에게 미력하나마 도움이 되기를 기대해봅니다. 아울러 미진한 부분과 충고가 필요한 부분에 대한 아낌없는 고언을 부탁드립니다.

끝으로 이 책을 출판하는데 도움을 주신 복두출판사 송광헌 사장님과 임직원 여러분에게 감사의 마음을 전합니다.

2013년 1월

이 해 선(hslee@dongyang.ac.kr)