정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 81. 위성통신의 분류

81. 위성통신의 분류

 

가. 용도에 따른 분류
위성의 용도가 일반적인 통신용이면 통신위성(CS : Communication Satellite),
방송용이면 방송위성(BS : Broadcasting Satellite), 해상통신용이면 해상위성(MS :
Maritime Satellite)가 있으며, 특수 사용 목적에 따라 기상위성, 항법위성, 지구 관
측위성, 과학위성 및 군사위성 등이 있다.
통신위성은 지상의 통신 기기에서 나온 전파 신호를 받아 다른 통신 기기와 연결해
주는 위성으로서, 우주 공간상에서 중계국 역할을 한다. 지구의 한 지점에서 다른 지
점으로 통신에 필요한 텔레비전 신호나 음성 신호 등의 각종 데이터를 전달하는 것이
다. 통신위성은 지역에 따른 이용 범위에 의해 지역통신과 국내 통신위성 및 국제 위
성통신으로 분류하며, 고정되어 있는 지상국과의 통신을 중계하는 고정 통신위성과 차
량, 선박, 항공기 등의 이동체와 고정국 간에, 그리고 이동체 상호 간에 통신을 하는
이동 통신위성이 있다. 통신위성을 통해 지구 반대편에서 실시되는 축구 경기를 생중
계하거나, 전화 통화, 전자 우편 등을 주고받을 수 있으며, 최근에 다양한 형태의 통신
위성 서비스가 활발하게 개발 및 제공되고 있다.
방송위성은 지상국으로부터 발사된 TV 프로그램 신호를 수신하여 증폭기 등을 통
과한 후, 다시 지상의 각 가정에 설치되어 있는 파라볼라(parabola) 안테나를 거쳐서
직접 수신할 수 있다. 일반 시청자의 직접 수신을 목적으로 위성을 통하여 방송을 중
계하는 직접위성방송(DBS : Direct Broadcasting Satellite) 서비스가 대표적이며, 난시청 지역 해소와 방송파의 직접 도달로 선명한 화질을 수신할 수 있다.
기상위성은 우주에서 일어나는 모든 기상에 관한 자료를 분석하여 지상국으로 송신
하면, 지상에서는 이러한 자료를 분석하여 기상 상태를 알 수가 있다. 즉, 기상에 관한
연구와 일기 예보에 필요한 자료로서 구름의 분포량과 온도, 기압, 강수량 등의 대기
를 측정하며, 구조와 탐사에도 사용한다.
항법위성은 비행기, 배, 자동차 등에서 현재 위치를 알아내기 위해 사용되며, 통신
망을 여러 개 관리하기 때문에 지구 어느 곳에서나 위성 신호를 받을 수 있다. 미국 공
군에서 운영하는 위성항법장치(GPS)는 24개의 GPS 위성을 이용한 것으로, 미사일과
같은 무기 유도, 항법, 지도 제작 등에 이용되고 있으며, 현재 민간에서도 무료로 사용 할 수 있다.
지구 관측위성은 광산과 수원지의 위치를 알아내는 등 지구의 자원 분포를 조사하
여 지도를 만드는 일을 하며, 오염원 및 농작물과 숲에 번지는 병충해를 찾아내는 데에도 이용된다.
과학위성은 지구 근처 우주의 구성과 지구에 미치는 영향에 관한 자료를 수집하거
나, 지구 대기의 변화를 기록하고, 행성과 항성 등을 관측한다. 과학위성에는 행성 탐
사위성과 우주 관측위성 등이 있는데, 행성 탐사위성은 우주에 떠 있는 행성을 탐사할
목적으로 사용되고, 우주 관측위성은 우주의 X선 폭발 등 다양한 관측목적에 이용된
다. 우주 탐사와 각종 실험을 목적으로 사용되는 우주왕복선이나, 우주 탄생의 비밀이
나 구조를 밝히기 위해 우주에 설치한 허블 우주 망원경 등이 해당된다.
또한, 군사위성은 위도와 경도와 같은 위치를 확인하여 상대국의 군사 위치 및 행동
을 감시하며, 미사일 발사 적외선 탐지기, 항공 전함 추적 레이더, 지상 감시용 초고성
능 렌즈 등을 갖추고 있다. 미사일을 요격하기 위한 요격위성, 사진 등을 촬영해서 분
석하는 정찰위성, 핵폭발을 감지할 수 있는 핵 탐지위성, 해상에서 일어나는 모든 사
항을 감지하는 해상 감지위성, 전쟁에 대비한 조기 경보위성 등이 있다.

나. 궤도에 따른 분류
위성 궤도는 정지궤도(GEO)와 비정지 궤도로 대별할 수 있으며, 정지궤도는 지구
의 자전 주기와 지구 주위를 회전하는 위성의 공전주기가 일치하여 지상에서 바라보면
항상 동일한 위치에 있는 것과 같이 느끼는 궤도로서, 적도상의 고도 약 36,000Km에
해당된다. 그리고 비정지 궤도는 정지궤도를 제외한 모든 궤도를 말하며, 저궤도
(LEO)를 비롯해서 중궤도(MEO : Medium Earth Orbit), 고궤도(HEO : High
Earth Orbit) 등이 있으며, 이들은 [그림 7-3]과 같이 나타낼 수 있다. 그리고 궤적의 모양에 따라 원궤도(circular orbit)와 타원궤도(elliptical orbit)가 있다.

정지궤도 위성은 통신 및 방송 위성으로 적합하여 가장 많이 사용되고 있으며, 지상
에서 높이 떠 있기 때문에 지상을 담당하는 커버리지(coverage)가 넓어서 [그림 7-4]
와 같이 3개의 위성으로 지구 전체를 담당할 수 있다.

정지궤도 운영 시스템

그러나, 정지궤도는 위성까지의 거리가 멀고 높은 위도 지역에서는 안테나의 각도
가 수평에 가까워 사용하기가 어려울 뿐만 아니라, 발사 비용이 비싸고 자유 공간 전
송 손실도 크며, 안테나 지향성이 매우 엄격히 제한 받고, 적도 주변에 통신위성 대부
분이 밀집되어 있어 이웃 위성과의 간섭 등의 문제가 있다.

특히, 정지궤도와 지상 간의 전송거리가 길기 때문에 지상에서 위성을 거쳐 다시 지
상으로 오기까지의 왕복시간, 즉 전파지연이 약 0.25초로 크고, 전송 손실도 매우 커
서 지상의 위성 지구국 설비를 초대형으로 시설해야 한다. 이러한 지연과 손실은 고속
의 멀티미디어 서비스를 제공할 때 큰 문제가 될 수 있다. 따라서, 위성과 지상의 휴대
용 이동위성 단말기와의 전파지연을 줄이고 전송 손실을 감소시키고자, 위성의 궤도를
낮춘 저궤도 위성과 중궤도 위성 등을 사용하게 되었다.
저궤도(LEO)는 지상 500~2,000[㎞]의 원궤도로서 위성은 1~2시간에 한 번씩 지
구 주위를 회전하며, 거리가 가깝기 때문에 전송 지연 시간이 짧고 전파의 송신 전력
이 약해도 가능하다. 저궤도 위성은 주로 지구에 근접하여 사진촬영을 하거나 정밀지
도 작성 등 군사적 목적에 사용된다. 최근에는 글로벌 로밍을 필요로 하는 초고속 멀
티미디어 서비스를 제공하기 위한 이동위성통신 서비스에 많이 사용되고 있는데, 그러
나 이 경우에는 위성의 커버리지가 좁아 지구 전체를 담당하기 위해 최대 60개 이상의
위성을 필요로 하며, 위성과 지상의 단말 간에 끊김 없는 서비스를 위해서는 위성 간
의 핸드오프가 이루어져야 하는 등 위성망의 구조가 복잡하다. <표 7-1>은 GEO와
LEO의 특징을 비교한 것이다.

 

GEO와 LEO의 위성방식비교

구 분	GEO	LEO
위성 고도	약 36,000Km	약 300∼1,500Km
위성 수	3개	약 18∼66개
장점	·3개의 위성통신으로 전세계 위성통신 서비스가 가능 ·위성의 추적이 불필요 ·1일 24시간 연속통신이 가능	·전파지연이 작음 ·전송 손실이 작음 ·이동국 안테나 크기가 감소 ·극지방에서의 통신 가능
단점	·전파지연 시간이 큼 (약 0.25초) ·전송 손실이 매우 큼 ·점대점 통신만 가능 ·극지방은 통신이 여려움	·위성수가 증가하여 투자비 상승 ·통화중 핸드오프가 자주 발생되어, 호 처리가 복잡

위성통신 및 방송은 대부분 정지궤도를 사용해 왔으나, 최근에는 저궤도를 이용한
이동위성통신망들이 구축되고 있다. 그리고 인텔샛(INTELSAT)은 대서양, 태평양,
인도양 상공 수 십 개의 정지궤도 위성으로 130여개 이상의 회원국가간 국제 위성통
신 서비스를 제공하고 있으며, 인마샛(INMARSAT)도 정지궤도 위성을 사용하며 선
박통신을 중심으로 한 전 세계적인 해상, 육상, 항공 이동위성통신을 제공하고 있다.
중궤도(MEO)는 주로 고도가 약 5,000~15,000㎞이며, 궤도 주기가 약 7시간 정도
로서 3시간 정도 관측 가능하며, 지구 전체를 담당하기 위해 10개 이상의 위성이 소요
된다. 특히, 중궤도 위성은 태양이 떠 있을 때 출현하므로 태양동기 위성이라고도 한
다. 고궤도(HEO)는 궤도의 한쪽 끝은 약 600㎞ 정도로 지구 중심에 가장 근접하고,
궤도의 다른 한쪽 끝은 약 40,000㎞로 지구 중심으로부터 매우 멀리 떨어져 있어서
전체적으로 가늘고 긴 타원형 궤도를 형성한다.
한편, 경사각이 약 90°로 북극과 남극을 통과하는 궤도를 극궤도라 하며, 극궤도 위
성은 지구가 태양을 회전하는 것에 맞춰 조금씩 움직여서 항상 그곳 시간으로 같은 시
간에 적도를 통과하므로, 지구의 모든 경도를 통과하기 때문에 지구 표면 전체에 대한
자료를 얻을 수 있어, 지구관측위성에 사용된다.