정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 85. 위성통신의 주요 기술

85. 위성통신의 주요 기술

 

가. 다원 접속 방식
위성통신에 할당된 주파수 대역을 다수의 지상국에서 효과적으로 이용하기 위해서
는 다원접속의 구조가 필요하며, 주파수분할 다원접속(FDMA)과 시분할 다원접속
(TDMA) 및 부호분할 다원접속(CDMA) 등의 방식이 사용되고 있는데, 필요한 통신용
량과 주파수 대역, 그리고 위성의 전력, 지구국의 규모, 무선 회선의 특성 등을 감안하
여 다원접속 방식을 결정해 사용한다.
[그림 7-9]는 다원접속 방식의 유형을 나타낸 것으로서, FDMA는 할당된 주파수
대역을 일정한 주파수 간격으로 분할하여 만든 f1, f2, f3 등의 신호를 각 지구국에 이용
하는 방식이며, 비교적 절차가 단순하고 동기가 불필요한 장점이 있지만, 간섭에 약하
고 속도가 다른 디지털 신호의 전송이 어려운 단점이 있다. 비교적 지구국의 설비가
간단하여 널리 사용되고 있다.
TDMA는 각 지구국에서 사용할 수 있는 시간을 T1, T2, T3로 나누어서 한 프레임
(frame)을 만들고, 프레임 주기 단위로 각 지구국은 할당된 시간동안에 해당되는 정보

다원접속 방식의 유형

신호를 송수신 하는 형태로서 즉, 한 프레임 동안에 여러 사용자가 할당된 시간 구간
을 번갈아 가면서 이용하는 방식이다. TDMA는 프레임 주기와 각 기지국에 할당된 시
간 등을 맞추기 위한 동기 기능이 반드시 필요하지만, FDMA와는 달리 원하지 않는
신호에 의해 진폭 또는 주파수가 바뀔 수 있는 혼변조 현상이 발생하지 않고, 중계기
송신 전력과 대역 이용효율이 높으며, 속도가 다른 디지털 신호의 전송이 쉬운 점 등
의 장점이 있어 많이 사용되고 있다. 특히 소용량의 지구국에 적합하다.
CDMA는 모든 지구국에 보내는 신호를 동일 주파수 대역에서 code1, code2,
code3 등으로 부호(코드)를 달리하여 광역 스펙트럼에 확산시켜 연속으로 전송하면,
각 지구국은 이들 부호에 의사(PN) 부호를 사용하여 자신의 신호를 선택 수신한다. 이
방식은 간섭이나 방해에 강하고 보안성이 우수한 장점이 있지만, 동기가 필요하고 넓
은 주파수 대역을 사용하기 때문에 주파수의 이용 효율이 낮다.

나. 단일빔과 멀티빔 위성통신 방식
서비스 지역을 하나의 전파 빔(beam)으로 커버하는 단일빔(single beam) 방식은
좁은 지역을 커버함으로써, 인접 지역 또는 국가 간의 전파 장애가 발생되지 않고 시
스템 구성 및 운영 방식이 간단하여 대부분 이 방식을 사용하고 있다.
이에 반해 멀티빔(multi beam) 방식은 서비스 지역을 복수의 좁은 지역으로 분할
하고, 위성으로부터의 전파 빔을 좁게 하여 각각의 지역을 개별 빔으로 방사하는 형태
이다. 멀티빔 방식은 지구국의 지역을 분할하는 형태이므로 공간분할 다원접속
(SDMA : Space Division Multiple Access) 방식이라고도 하며, 이들 방식을 비교하
면 [그림 7-10]과 같다.

단일빔 방식은 위성국에 소형 안테나를 사용해도 되지만, 다중빔 방식은 위성으로
부터 지상으로 보내는 전파 빔을 좁게 하기 위해, 위성의 안테나는 다수의 스폿빔
(spot-beam) 안테나로 구성된 대형 안테나를 사용해야 한다. 다중빔 방식은 일종의
셀룰러 방식과 같이 서비스 지역을 작은 셀로 구성한 것이며, 이를 통해 주파수의 효
율적인 이용과 전송 용량의 증대뿐만 아니라 지구국의 안테나를 소형화할 수 있다.
한편, 멀티빔 통신에서는 복수의 빔 간에 통신을 수행해야 하므로, 위성체상에서 빔
간 접속 기능을 하기 위한 매트릭스(matrix) 구조의 위성 스위치(satellite switch)가
필요하게 되며, TDMA 방식과 결합한 SS/TDMA(Satellite Switched TDMA) 방식
이 사용되고 있다. SS/TDMA 시스템은 고속으로 동작되는 다이나믹(dynamic) 스위
치로 구성되어 있으며, 다이나믹 스위치는 시퀀스(sequence)에 따라 절체되고, 같은
시퀀스가 TDMA 프레임마다 반복하게 된다. SS/TDMA 방식은 어떤 빔 접속도 가능
하기 때문에 스위칭 시퀀스를 적당히 선택하면 중계기(트랜스폰더)의 사용 효율을 높
일 수 있다.

다. 회선 할당 방식
회선 할당 방식은 다중접속 기술을 적용하는 절차 혹은 체계에 관한 사항으로서, 다
중접속 기술에 의해 각 지구국이 위성 중계기를 접속하는 방식에는 고정할당 방식
(FAMA : Fixed Assignment Multiple Access)과 요구할당 방식(DAMA : Demand
Assignment Multiple Access) 그리고 임의할당 방식(RAMA : Random
Assignment Multiple Access)으로 크게 분류할 수 있다.
고정할당 방식은 다중 접속 기술을 적용함에 있어 각 지구국이 사전에 주파수나 시
간 또는 부호 등의 자원을 할당받는 형태이며, 사전할당 방식이라고도 한다. 고정할당
방식은 한 번 할당된 체계가 시스템 전체적인 변경이 없는 한 고정되므로 시스템 구성
이 간단하나, 망의 확장성이나 유연성 측면에서 바람직하지 못하다. 이 방식은 일정
트래픽의 전송이 계속적으로 요구되는 지구국 간 중계나 또는, TV 방송 등과 같은 고
정채널 방식에 적합하다.
요구할당 방식은 각 지구국으로부터 접속 요구가 있을 때마다 중앙 지구국이 데이
터 량에 따라 한시적으로 채널을 할당해 주는 형태로서, 고정할당 방식에 비해 더 많
은 지구국이 중계기를 효율적으로 사용할 수 있다. 이 방식은 접속 요구에 따른 채널
할당의 방법에 따라 중앙제어 방식과 분산제어 방식으로 분류할 수 있다. 중앙제어 방
식은 각 지구국의 요구에 따른 채널의 할당을 중앙 지구국이 관리하는 방식이며, 망의
관리가 쉽고 각 지구국의 구성이 단순한 장점이 있으나, 중앙 지구국이 고장인 경우에는 전체 시스템의 운영이 어려워지는 단점을 가진다. 분산제어 방식은 요구에 따른 채
널의 할당 기능을 각 지구국에 분산시켜, 모든 지구국이 제어 기능을 가지고 같은 알
고리즘을 사용하여 채널의 요구 및 할당 기능을 수행하도록 하므로, 채널요구 절차가
간단하여 다수의 지구국 구성에 바람직하며, 고장이 발생한 경우의 대처가 중앙제어
방식에 비해 상대적으로 쉽게 대처할 수 있다. 그러나 모든 지구국에 제어 기능을 갖
추어야 하고 구성이 복잡하며, 여러 개의 지구국에서 같은 시간에 동일한 접속을 요구
하는 경우에는 재 할당 시간이 길어질 수도 있다.
임의할당 방식은 전송할 정보가 발생하였을 때 임의로 즉시 슬롯을 송신하는 형태
이다. 주로 정보의 성격이 실시간을 요구하지 않고 많은 지구국들로 구성된 망에 적합
한 방식으로, 임의로 데이터를 송신하므로 신호의 충돌이 발생할 수 있다. 주로 패킷
전송망에서 사용되며, 대표적인 사용 예가 하와이 대학에서 여러 대학들의 컴퓨터들을
임의 할당 방식으로 연결하여 구성한 ALOHA(Additive Links On-line Hawaii
Area) 시스템이다.