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위성통신

위성통신의 정의

위성통신이란 우주공간에 있는 인공위성 등에 설치한 우주국을 매개로 하여 지상의 복수지점 사이에서 이루어지는 무선통신을 말합니다.

국제전기통신연합(ITU)의 무선통신규칙에 따르면 우주국을 이용하는 통신을 총칭해서 우주무선통신이라고 하고, 여기에는 우주국과 지구국 사이의 통신, 우주국 상호간의 통신, 지구국 상호간의 통신 등 3가지 형태가 있으며, 이중 지구국 상호간의 통신형태를 특히 위성통신이라고 합니다.

지구 주위를 도는 세 개의 정지 위성이 통신 범위를 형성한 모습을 보여주는 그림. 우주 공간 배경 중앙에는 지구가 있고 그 주위를 녹색 원형 궤도가 감싸고 있다. 궤도 위에는 세 개의 통신 위성이 배치되어 있으며, 각각 Atlantic Ocean Satellite(대서양 위성), Indian Ocean Satellite(인도양 위성), Pacific Ocean Satellite(태평양 위성) 으로 표시되어 있다.
세 위성은 지구의 서로 다른 위치를 향해 빔을 보내고 있으며, 각각의 빔이 지구 표면 위에서 삼각형 형태로 겹쳐져 전 지구 통신 범위를 구성한다. 오른쪽 위에는 “36,000 ㎞”라는 문구가 쓰여 있으며, 이는 위성이 지구 적도 상공 약 36,000킬로미터 거리의 정지 궤도(Geostationary Orbit) 에 위치함을 의미한다. 세 개의 정지 위성이 서로 다른 지역(대서양, 인도양, 태평양)을 담당해 지구 전역에서 통신 서비스를 제공하는 위성 통신망의 글로벌 커버리지 구조를 설명한다.

위성통신의 특징

서비스 지역의 광역성: 넓은 지역을 동일한 통신 대상으로 설정; 동보성: 지점 대 다지점간의 통신 및 방송 서비스 제공; 통신거리에 무관한 경제성: 통신 거리에 따른 회선 비용 불변; 내재해성: 지진, 풍수해 등 지상 재해 대책; 통신품질의 균일성: 서비스 지역내의 동일 품질 제공; 회선설정의 유연성/신속성: 도서벽지, 산악지대 등 지리적 장애 극복; 0.25초 전파지연, 통일채널 주파수 사용에 의한 간섭

시스템 구성

위선체: 탑재체(payload) 및 버스(bus); 관제용 지구국: 위성운용상태 감시 및 명령; 이동통신용 단말: 이동형 및 휴대형 단말 등; 방송수신 단말: DBS(Direct Broadcasting Satellite),DTH(Direct-To-Home); 고정통신용 지구국: 고정통신업무용 지구국, 방송중계업무용 지구국, 이동통신업무용 지구국;

주파수 분배 및 활용분야

주파수 분배 및 활용분야 표
구분(Band)	주파수대역(㎓)	특 징	활용분야
L	1~2	전파손실이 적음 소형 단말 이용 가능	이동통신서비스
S	2~4	전파손실이 적음 소형 단말 이용 가능	이동통신서비스
C	4~8	적절한 대역폭 상용 위성 많음 강우감쇠 무시 가능 대형 지구국 안테나	고정통신서비스 DTH
X	8~12	적절한 대역폭 강우감쇠 발생 중형 지구국 안테나	고정통신서비스 이동통신서비스
Ku	12~18	적절한 대역폭 강우감쇠 심각 소형 지구국 안테나	고정통신서비스 DBS, DTH
K	18~27	넓은 대역폭 강우감쇠 매우 심각 초소형 지구국 안테나	고정통신서비스
Ka	27~40	넓은 대역폭 강우감쇠 매우 심각 초소형 지구국 안테나	고정통신서비스
V	40~75	연구실험단계	실험위성

인공위성의 분류

용도별로는 통신위성, 관측위성, 과학위성, 군사위성 등으로 분류할 수 있으며, 고도별로는 저궤도, 중궤도, 고궤도 위성으로, 궤도별로는 극궤도, 정지궤도, 경사궤도 위성으로 분류할 수 있습니다.

CDMA 통신 방식을 보여주는 그림. 상단에는 'CDMA Users are Separated by Codes’라는 제목이 있고, 왼쪽에는 두 대의 송신 휴대전화가 있다. 첫 번째는 보라색 코드(Purple Code)를 사용해 “HI” 신호를, 두 번째는 초록색 코드(Green Code)를 사용해 “GO” 신호를 전송한다. 두 신호는 중앙의 전송 구간에서 겹쳐 보이며 “H I G O” 형태로 혼합되어 있다. 오른쪽에는 두 대의 수신 휴대전화가 위치해 있으며, 보라색 휴대전화는 Purple Code를 통해 “HI” 신호만 복원하고, 초록색 휴대전화는 Green Code를 통해 “GO” 신호만 복원한다. 그림은 코드 분할 다중접속(CDMA) 방식에서 각 사용자가 서로 다른 코드로 구분되어 간섭 없이 통신하는 원리를 설명한다.

통신위성에는 고정통신위성, 방송위성 및 이동통신위성이 있습니다. 고정통신위성은 고정된 지상국간의 통신 중계에 이용되는 위성으로, 이용지역 범위에 따라 국제통신위성, 지역통신위성, 국내통신위성으로 분류되고, 방송위성은 지상국으로부터 수신한 TV프로그램 신호를 각 가정에서 직접 수신할 수 있도록 하는 위성방송에 이용되는 위성이며, 선박, 항공기, 차량 등 이동체간 및 이동체와 각 가정에서 직접 송수신할 수 있도록 하는 위성통신에 이용되는 것이 이동통신위성입니다. 우리나라의 대표적인 위성인 무궁화 위성은 통신과 방송위성 기능을 겸비한 복합위성입니다.

관측위성은 각종 지상변화의 관측에 이용되는 위성을 말합니다. 종류에는 선박, 항공기 등이 자신의 위치를 파악하거나 관제국측이 선박, 항공기 등 이동체의 위치를 측정하는데 사용되는 항행위성, 우주로부터 기상을 관측하는 기상위성, 지구측량을 목적으로 사용되는 측지위성, 지구표면에 대한 정확한 정보를 얻기 위한 지구관측위성 등이 있습니다.

과학위성은 우주의 관측을 목적으로 제작된 위성이며, 블랙홀과 관계 있는 X선 폭발, 신성의 폭발 등 다양한 관측목적을 지닌 우주관측위성과 외혹성 탐사를 목적으로 하는 탐사위성 두 가지 종류가 있습니다.
군사위성은 실용위성의 일종으로써 사진정찰위성, 전자정찰위성, 해상감시위성, 조기경계위성, 핵폭발탐지위성, 요격위성 등이 있으며, 이러한 특유의 군사목적 위성 외에도 민간의 통신, 기상해사, 측지위성 등이 군사적 목적으로 이용되기도 합니다.

우리나라의 인공위성

무궁화 위성(1,2,3,5호)
궤도 : 36,000㎞(정지궤도)
임무 : 통신 및 방송중계

무궁화 위성의 구성정보는 다음과 같습니다. 안테나주반사판, 안테나부반사판, 관제용 안테나, 열차폐판, 추진 연료탱크, 중계기판넬(폭 1956m, 높이 1, 736m), 태양전지판(위성업무 수행에 소요되는 전력을 공급한다. 길이 6, 79M)

우리별 위성(1,2,3호)
궤도 : 1,300㎞(1호), 820㎞(2호), 720㎞(3호)
임무 : 지구표면촬영, 통신 및 우주실험

다목적 실용위성(1,2호)
궤도 : 685㎞
임무 : 해양관측, 과학실험, 지구정밀관측 및 GIS구축

위성통신 기술의 발전전망

2001년, 2005년, 2010년을 기준으로 위성통신 기술의 발전 단계를 시간축으로 보여주는 그림. 세로축(Space)은 위성 서비스 영역을 구분하며, 아래에서부터 BSS (Broadcasting Satellite Service: 방송용 위성 서비스), MSS (Mobile Satellite Service: 이동 위성 서비스), FSS (Fixed Satellite Service: 고정 위성 서비스)로 나뉘어 있다.
가로축(Services)은 서비스 종류를 나타내며, 왼쪽부터 Telephone, Paging, Messaging, TV, Internet Backbone, Multi-media, HDTV, Supercomputer Network, 3DTV 등으로 이어진다. 아래에는 주파수 대역(C-band, Ku-band, Ka-band, mm-wave)이 함께 표시되어 있다.

그래프는 2001년의 Bent-pipe Satellite에서 시작해, 2005년 OBP ATM-switch Satellite, 2010년 광대역 초고속 위성/지상 통합망으로 발전하는 과정을 보여준다.
그래프 내부에는 1M, 10M, 155M, 622M, 1G, 10G 순으로 전송 속도가 점차 높아지는 흐름이 화살표로 표시되어 있다. 속도에 따라 1M영역에는 저속 디지털 위성통신, 10M영역에는 위성디지털 TV방송, 저궤도 이동위성통신, 대화형 위성 멀티미디어 통신, 초고속 위성통신이 위치해있고, 155M영역에는 위성 HDTV, IMT-2000가 있다. 622M영역에는 위성 DMB, 위성광대역 3D TV, 휴대/이동형 위성 멀티미디어 통신, 광대역 양방향 멀티미디어, 양방향 위성 인터넷 통신, 통신방송 통합망이 있고, 1G부터 10G사이 영역에는 광대역 초고속 복합 위성 멀티미디어가 있으며, 10G 이후 영역에는 광대역 초고속 유비쿼터스(통신·방송·유무선 통합)가 위치해 있다.

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