정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 84. 위성통신 시스템의 구성요소

84.  위성통신 시스템의 구성요소

 

가. 위성통신 시스템의 기본 구성
위성통신 서비스를 제공하기 위한 기본적인 위성통신망의 구성은 [그림 7-5]와 같
이 위성국(위성체), 지상국, 지상망 및 지상관제소 등이 필요하다. 지상망은 공중전화
망과 방송망을 비롯하여 다양한 통신망이 이용될 수 있으며, 또한 지상관제소는 위성
체로부터 수신된 자료를 분석하여 위성체가 적절하게 임무를 수행하고 있는지를 감시
하고, 필요한 경우 위성체에 명령을 보내어 잘못된 부분을 교정하도록 하는 역할을 수
행한다.

위성통신망의 기본 구성

통신위성은 일반적으로 통신 중계를 위한 통신 시스템과 이를 보조하는 공용버스
(bus) 시스템으로 대별된다. 통신 시스템에는 중계기 역할을 하는 트랜스폰더
(transponder)와 안테나계로 구성되고, 공용 버스 시스템은 통신위성의 전체적인 운
용상태 감시와 조정하는 원격 지령조정계, 위성의 자세제어 및 안테나 방향 등을 제어 하는 위성제어계, 궤도상의 위치를 보정하는 추진계, 그리고 태양 전지판과 충전 배터
리로 이루어진 전원계로 구성된다.
통신 중계기능을 수행하기 위한 가장 기본적인 위성통신 시스템은 [그림 7-6]과 같
이 통신위성과 송신 지구국 및 수신 지구국으로 구성되며, 송신 지구국에서 위성을 향
해 상향링크(업링크)의 주파수로 변조하여 대전력의 전파를 송신하면, 통신위성은 그
전파를 수신하고 증폭한 후에 다시 지상을 향해 재송출한다. 수신 지구국은 위성으로
부터의 전파를 다운링크를 통해 수신하여 원래의 신호로 복조한다. 이때, 지구국 안테
나는 송수신용으로 사용되며, 송신 전파와 수신 전파의 분리는 안테나의 입구에 있는
분파기(branching filter)에서 주파수 차이를 이용하여 수행한다.
위성의 전파중계는 중계기, 즉 트랜스폰더가 수행하는데, 중계기는 지구국과 마찬
가지로 안테나와 증폭기로 구성되고, 위성에는 수 십 여대의 중계기가 설치되며 각각
다른 목적지로의 송신이나 서로 다른 용도로 구분하여 사용할 수 있다.
그리고 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)는 미약한 입력전파의 수신시
수신기 전체의 감도를 높이면서 잡음을 감소시킬 목적으로 사용되는 고주파 증폭기이
고, 고전력 증폭기(HPA : High Power Amplifier)는 신호를 송신하기 전에 대전력으
로 증폭시키는 고출력 증폭기이며, 이들 두 증폭기는 위성과 지구국에 모두 구성된다.

나. 위성국의 기본 구성
위성국은 위성체를 지칭하는 것으로 크게 중계기를 중심으로
하여 버스계와 전력계 및 안테나계로 구성되며, 중계기는 위성 안테나를 통하여 지구
국으로부터 신호를 수신하고, 수신된 신호를 증폭 및 주파수 변환 등의 신호 처리 과
정을 거쳐 처리된 신호를 다시 위성 안테나를 통해 지구국으로 전송하는 기능을 수행한다.

버스계는 위성국 내의 각종 기능들이 잘 수행할 수 있도록 지원하는 기능을 수행하
는데, 위성을 정해진 궤도 내에서 요구되는 지상의 영역과 통신할 수 있도록 위성의
자세를 유지시켜주고, 위성과 지상의 관제장비 간의 위성 상태신호인 텔리메트리
(telemetry) 정보와 지상관제 장비의 명령 및 위성체의 거리정보 신호 등을 송수신하
는 역할도 담당한다. 또한, 버스계는 위성체에 전력을 제공하기 위한 전력을 발생시키
고 제어하는 기능도 수행한다.
전력계는 위성체에 필요한 전기 전력을 제공하기 위한 시스템으로서 태양전지 판넬
(solar cell panel)을 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환 후 사용한다. 태양
전지는 중량을 가볍게 하기 위해 탄소섬유로 보강한 얇은 기판을 사용하며, 위성 일식
기간에는 태양으로부터 위성이 가려져 태양전지 판넬을 사용할 수 없으므로 축전기를
사용한다.

 

다. 지구국의 기본 구성
지구국은 위성국을 향하여 전파를 발사하거나 수신하는 지상시설로서, 대기권 밖에
있는 우주국과 통신을 실시하기 위해 지구의 표면상(지상, 선박, 항공기)에 설치된 무
선국을 말한다. 지구국에는 지상에 고정된 고정 지구국과 승용차, 선박, 항공기 등 이
동체에 탑재된 이동 지구국이 있다. 위성국과 직접 통신을 하기 위한 고정 지구국은
지형 및 기상 등 지구국 주변 환경 조건, 지상에 있는 다양한 통신망과의 연동 그리고,
다른 위성 시스템과의 상호간섭 등을 고려해서 설치해야 한다.
지구국은 다양한 지상망에 속한 가입자로부터 보내오는 신호를 수신하여 위성신호
전파로 변조하고 전력 증폭한 후 업링크를 통해 위성국으로 송신하고, 또한 위성국으
로부터 다운링크를 통해 수신되는 신호는 잡음을 제거하고 증폭한 후 지상망에 적합한
신호로 복조하여 수신 가입자가 속한 지상망으로 송신한다.
이와 같은 역할을 수행하기 위한 지구국은 [그림 7-8]와 같이 구성되며, 신호의 송
신 및 수신 계통 장비 외에 지상국과 위성국 간에 전파를 통해 신호를 송수신하기 위
한 카세그레인(cassegrain) 안테나 등의 안테나 부대장비가 있어야 하고, 지상국에
전원을 제공하기 위한 전원공급 장비들이 있다.

특히, 송신계는 변조된 신호의 전송 손실을 감안하여 큰 출력으로 증폭하기 위해 고
전력 증폭기(HPA)를 사용하고, 수신계는 수신된 변조신호가 대체적으로 크기가 미약 하여 잡음에 상당히 영향을 심하게 받게 되므로 잡음 특성이 우수한 저잡음 증폭기
(LNA)로 증폭한다.