위성 통신

• 위성 통신의 발전
  • 적도 상공 36,000Km의 원 궤도에서 지구의 자전과 같은 방향으로 이동하는 인공위성은 24시간 공전 주기를 가지기 때문에 지상에서는 정지되어 있는 것 처럼 보이는데, 이를 통신용 중계기로 사용하면 우주의 중계국이 됨
     
• 정지 위성의 원리
  • 인공위성이 지구의 주위를 계속해서 돌고 있는 것은 지구가 매 초 465m 속도로 자전하면서 태영의 주위를 매 초 30Km 속도로 공전하고 있기 때문
  • 정지 위성은 지구에서 볼 때 정지하고 있는 것처럼 보이지만 지구에서 약 36,000Km 상공의 궤도를 지구가 자전하는 속도와 같은 속도로 24시간 지구의 주위를 돌고 있음
  • 정지 위선은 파킹 궤도, 트랜스퍼 궤도, 드리프트 궤도를 거쳐 정지 궤도로 쏘아 올리며, 파킹 궤도는 우선 로켓을 수직으로 쏘아 올리고 점점 자세 제어를 실행해서 200 ~ 300Km 상공의 궤도를 지구 자전과 같은 방향으로 돌게 함
       
• 위성의 궤도 및 자세 제어
  • 정지 궤도 위성은 안테나를 항상 지구로 향해야 하고, 위성으로부터의 원격 계측 데이터에 의해 위성의 위치 및 자세를 감시하며, 태양 전지 발생 전력과 소비 전력 상태를 감시할 필요가 있음
  • 위성의 자세를 규정 범위 내에서 유지하기 위해서는 자세 제어를 실행해야 하는데, 위성의 자세 제어에 따라 스핀 안정형 위성과 세축 안정형 위성 두 가지가 있음
    • 스핀 안정형 위성
      • 팽이의 원리를 이용해 위성 본체를 회전시켜 자세 안정을 취하도록 하는 것
      • 통신, 방송, 기상 위성 등에 많이 실용화되고 있음
    • 세축 안정형 위성
      • 롤축(궤도 방향에 평행한 축), 요축(지구 방향에 평행한 축), 피치축(롤축과 요축에 직각인 축)의 세 축의 주위에 포일(foil)을 회전시켜 팽이의 원리에 의해 각 축의 자세를 안정시키는 것
      • 대형 위성에 실용화되어 있음
         
• 위성 궤도의 종류
  궤도의 종류는 정지 궤도, 저궤도, 중궤도, 장타원 궤도 등이 있으며, 정지 궤도 이외의 위성은 지상에서 볼때 지구의 주위를 돌고 있는 것처럼 보이기 때문에 주위 위성이라 부르며, 위성은 지구에서 가까운 궤도에서는 빨리 움직이고 멀리 떨어진 궤도에서는 천천히 움직임
  • 정지 궤도(GEO)
    정지 위선이 도는 적도 상공 36,000Km의 원 궤도로 위성이 항상 같은 위치에 있기 때문에 대단히 편리하나 위성까지의 거리가 멀고, 위도 지역(북구, 러시아,캐나다 등)에서는 안테나의 각도가 수평에 가까워 사용하기 어려움
  • 저궤도(LEO)
    • 고도 500 ~ 20,000km의 원 궤도로, 위성은 1 ~ 2 시간에 한번씩 지구의 주위를 공전하기 때문에 적어도 수 십개의 위성을 쏘어 올려 항상 어느 곳에서도 볼 수 있어야 함
    • 거리가 가깝기 때문에 전송 지연 시간이 짧고, 전파의 송신 전력이 약해도 괜찮다는 장점이 있으며, 이리듐(Iridium) 등의 이동통신 위성에 사용됨
  • 중궤도(ICO 또는 MEO)
    고도 1만 km 정도의 원 궤도로, 수 기 내지 수십 기의 위성으로 전 세계를 커버할 수 있으며, 저 궤도와 정지 궤도 위성의 중간에 해당함
  • 장타원 궤도(HEO)
    원지점의 고도가 약 40,000km, 근지점의 고도가 1,000km 정도의 가늘고 긴 타원형 궤도로 , 소련 등 고위도 지역에서 이용되고 있음
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• 위성 통신 시스템
• 위성 통신에서 사용하는 주파수
  • 우주 통신 업무에 사용하는 주파수는 통신, 방송 등 각 업무마다 국제적으로 분배되어 있음
  • 현재 고정 위성 업무의 대부분인 통신 위성은 통칭 C 밴드라고 불리고 있는 마이크로파대의 6/4GHz(업 링크 주파수/다운링크 주파수)와 Ku 밴드의 14/12GHz대를 사용하고 있음
  • C 밴드는 국제 통신 및 국내 통신에 널리 사용되고 있고, Ku 밴드는 위성 통신에서 가장 사용하기 쉬운 주파수

주파수 대	밴드
1.5/1.5 GHz 2.6/2.5 GHz 6/4 GHz 8/7 GHz 14/12 GHz 30/20 GHz	L 밴드 S 밴드 C 밴드 X 밴드 Ku 밴드 Ka 밴드 또는 밀리파대

• 통신 위성과 방송 위성
  • 방송위성은 위성의 송신 전력이 100W 이상의 큰 출력으로 송신하기 때문에 지상에서는 직경 40cm 전후의파라볼라 안테나로 수신할 수 있으나, 통신 위성은 송신 전력이 20 ~ 40W 정도이기 때문에 지상 수신국에 직경 75cm 정도의 대형 안테나가 필요함
       
• 위성 통신의 특징
  • 서비스 지역의 광역성
    • 위성으로부터 지상을 향해 발사한 전파는 넓은 지역에 미치기 때문에 폭넓은 지역을 통신의 대상으로 할 수 있음
    • 낙도, 오지,사막, 산악지대 등 지리적 장애에 좌우되지 않는 회선 구성이 가능하며, 통신 품질이 서비스 지역 내의 어느 지점에서도 거의 균일
  • 동보성 및 다원 접속성
    • 한 지점으로부터 여러 곳에 흩어져 있는 다수의 수신 대상 설비로 동시에 동일내용의 정보를 전송하는 통신, 즉 동보 통신에 적합
    • 널리 분포된 다수의 지구국이 다원 접속을 통해 공동 이용이 가능하기 때문에 회선 효율을 향상 시킬 수 있음
  • 내재해성
    통신 지점 간에는 우주 공간에 있는 위성의 중계점만을 지나기 때문에 지진, 풍수해 등 지상 재해의 영향을 받지 않음
  • 통신망 설정의 신속성
    지구국을 설치하는 것만으로 통신회선의 구성이 가능하기 때문에, 넓은 지역에 걸친 통신망 구축이 비교적 단기간에 가능
  • 통신 거리에 대한 경제성
    설치비와 유지비는 통신 거리와 관계없기 때문에 지상 거리가 멀어도 지상 방식보다 경제적임
     
• 위성 통신의 제약 조건
  • 지연 시간의 영향
    회선 길이가 위성까지 왕복으로 약 7만 ~ 8만 km 에 달하기 때문에 왕복 약 0.5초의 지연 시간이 생기므로 통화 시에 부자연스러운 느낌을 줌
  • 보안 대책
    위성에서 보내는 전파는 지역 내의 어느 곳이라도 미칠 수 있기 때문에, 안테나를 설치하면 누구나 수신할 수 있어 통신의 비밀을 확보하기 위해서는 암호화 등 보안 대책이 필요