KR101595830B1 - 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법 및 장치가 개시된다. 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법은 단파 수신 장치가 표준 시보 무선국에서 발생되는 표준 단파 신호를 수신하는 단계, 단파 수신 장치가 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 산출하는 단계, 단파 수신 장치가 신호대잡음비 및 간섭 기준을 기반으로 단파 통신 두절의 발생 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법 및 장치{Method and apparatus for monitoring HF(high frequency) signal for determination of communications interruption based on HF signal}
본 발명은 스펙트럼 모니터링 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
태양 흑점 폭발로 방출되는 전자파는 X선을 포함한 모든 전파 스펙트럼에 걸쳐 나타난다. 빛의 속도로 지구에 날아온 태양 전자파는 지구상 낮 지역의 전리층을 교란시켜 단파 통신 장애를 유발시킨다. 단파 통신은 전리층의 반사 특성을 이용하는 원거리 통신이다. 태양 흑점 폭발로 인한 태양 전자파는 전리층에 존재하는 이온이 빠르게 움직이도록 직접적인 영향을 준다. 이 때 지상에서 쏘아올린 단파는 전리층에서 반사되지 못하고 우주 공간으로 통과하므로 단파 통신이 두절되는 것이다. 미 해양대기청의 Space Weather Scale 보고서에 따르면 전 세계 공통으로 적용하는 태양 흑점 폭발인 Radio blackout 경보의 등급은 정지 궤도의 미 GOES(Geostationairy Operational Environmental Satellite) 위성에서 관측된 X선 세기에 따라 1~5단계로 분류될 수 있다. 또한 경보 등급의 단계에 따라 단파 통신 장애 정도는 약한 감쇄에서 완전 두절까지 분류되어 있다. 하지만 지구가 자전하고 계절이 변함에 따라 지구상의 태양 직하점이 변하기 때문에 전리층 이온의 변화 또한 달라져 태양 X선 세기가 동일할지라도 단파 통신 장애 정도가 매번 다를 수밖에 없다.
따라서, 태양 흑점 폭발이 발생되었을 때 단파 통신 두절 여부를 판단하기 위한 방법이 필요하다.
한국공개특허 2008-0032143
본 발명의 일 측면은 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법은 단파 수신 장치가 표준 시보 무선국에서 발생되는 표준 단파 신호를 수신하는 단계, 상기 단파 수신 장치가 상기 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 산출하는 단계, 상기 단파 수신 장치가 상기 신호대잡음비 및 간섭 기준을 기반으로 단파 통신 두절의 발생 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 신호대잡음비는 상기 단파 신호를 기반으로 결정된 진폭 확률 분포의 평균을 잡음 레벨로 결정하여 산출될 수 있다.
또한, 상기 표준 단파 신호의 중심 주파수는 5MHz이고, 상기 신호대잡음비는 상기 중심 주파수를 기준으로 -5kHz 범위 내지 +5kHz 범위의 전파 스펙트럼을 기반으로 결정되고, 상기 신호대잡음비는 상기 표준 단파 신호의 상기 중심 주파수를 중심으로 대역폭 1kHz 구간을 제외하고 결정될 수 있다.
또한, 상기 신호대잡음비는 1분 단위로 5초 간격의 12회의 측정을 기반으로 결정된 하나의 평균 전파 스펙트럼을 기반으로 결정될 수 있다.
또한, 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법은 상기 단파 수신 장치가 상기 단파 통신 두절을 예측한 경우, 상기 신호대잡음비를 고려하여 조정된 단파 신호의 출력 세기를 기반으로 다른 단파 통신 장치와 통신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 수신 장치는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 표준 시보 무선국에서 발생되는 표준 단파 신호를 수신하고, 상기 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 결정하고, 상기 신호대잡음비 및 간섭 기준을 기반으로 단파 통신 두절의 발생 여부를 결정하도록 구현될 수 있다.
한편, 상기 신호대잡음비는 상기 단파 신호를 기반으로 결정된 진폭 확률 분포의 평균을 잡음 레벨로 결정하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 표준 단파 신호의 중심 주파수는 5MHz이고, 상기 신호대잡음비는 상기 중심 주파수를 기준으로 -5kHz 범위 내지 +5kHz 범위의 전파 스펙트럼을 기반으로 결정되고, 상기 신호대잡음비는 상기 표준 단파 신호의 상기 중심 주파수를 중심으로 대역폭 1kHz 구간을 제외하고 결정될 수 있다.
또한, 상기 신호대잡음비는 1분 단위로 5초 간격의 12회의 측정을 기반으로 결정된 하나의 평균 전파 스펙트럼을 기반으로 결정될 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 단파 통신 두절을 예측한 경우, 상기 신호대잡음비를 고려하여 조정된 단파 신호의 출력 세기를 기반으로 다른 단파 통신 장치와 통신하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단파 스펙트럼 수신 모니터링 방법 및 장치는 단파 신호를 모니터링하여 단파 통신의 두절 여부를 판단하여 특정 지역 내에 발생한 단파 통신 장애를 분석할 수 있다.
도 1은 태양 직하점에 따라 변하는 전파 흡수 지도를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치의 단파 신호의 모니터링하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전파 스펙트럼과 잡음 레벨 산출값을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단파 통신 방법을 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단파 통신 방법을 나타낸 개념도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조 부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
미 해양대기청의 Space Weather Scale에 따르면, 태양 흑점 폭발 경보는 미 GOES 위성에서 관측된 플럭스 세기를 기반으로 5단계로 구분되고 있으며 태양 흑점 폭발 경보의 각 단계에 따른 통신 장애 정도가 정의된다.
보다 자세하게는 파장이 1~8 옹스트롬(=1nm)인 X선을 측정한 플럭스 크기가 ?10-5 W/m2이상인 경우, R1 경보이고, 단파 통신의 약한 감쇄가 발생한다고 알려져 있다. X선을 측정한 플럭스 크기가 5×10-5 W/m2 이상인 경우, R2 경보이고, 제한된 지역에 단파 통신 두절이 발생될 수 있다. X선을 측정한 플럭스 크기가 10-4 W/m2이상인 경우, R3 경보이고, 넓은 지역에 단파 통신 두절이 발생한다. X선을 측정한 플럭스 크기가 10-3 W/m2이상인 경우, R4 경보이고, 대부분의 지역에 단파 통신 두절이 발생한다. 마지막으로 X선을 측정한 플럭스 크기가 2×10-3 W/m2이상인 경우, R5 경보이고, 모든 지역에 단파 통신의 완전 두절이 발생된다.
이는 다른 조건을 고려하지 않은 최악의 상황을 설명한 것이다. 하지만 태양 전자파가 도달하는 지역 시간대와 지역 시간대에 따른 위·경도에서 전파 흡수 정도가 상이하다. 또한, 태양 전자파는 평상시에도 방출되고 있어 낮 지역 전리층에서는 밤 지역보다 이온의 변화가 많고 전파 흡수 정도가 높다.
태양 흑점 수가 가장 많은 태양 활동 극대기를 지나면서 보다 큰 규모의 태양 활동 경보 상황의 발생이 예측되고 있다. 태양 흑점 폭발의 세기가 커지는 것을 고려하여 3단계 이상의 폭발로 인한 심각한 수준의 통신 장애를 대비해야 할 필요가 있다. 전 세계는 태양흑점 폭발에 대비하기 위하여 우주 환경 예·경보 항목을 미 해양대기청의 Space Weather Scale로 분류하고 각 단계별 통신 영향을 규정하고 있다. 하지만 지구의 자전에 따라 태양 직하점이 달라지기 때문에 각국에서 발생되는 통신 장애 여부와 그 정도는 다를 수 밖에 없다.
따라서, 한반도에서 발생되는 단파 통신 장애 정도를 알아보기 위해 단파 통신을 전파 스펙트럼으로 수신하고 통신 두절 여부를 모니터링하는 단파 수신 장치가 필요하다. 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치를 사용한 분석 결과, 태양 이벤트 발생으로 국내 단파 통신은 1분씩 일시적인 장애가 발생되고 있으며, 태양 흑점 폭발 R2 경보 상황에서는 국내 단파 통신이 12분 동안 두절되었음을 확인할 수 있었다.
우리나라도 태양흑점 폭발로 인한 단파 통신 두절이 자주 발생되고 있다. 단파 통신은 최후의 통신 수단이기도 하지만 항공·선박에서 안전 운항을 위한 필수 통신 수단이기도 하다. 단파 통신 두절 정보를 서비스함으로써 태양활동 영향을 인지할 수 있다면 안전사고를 대비한 통신 수단을 보다 안정적으로 운용할 수 있을 것이다.
도 1은 태양 직하점에 따라 변하는 전파 흡수 지도를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전리층 이온 변화에 따른 전파 흡수 지도를 참조하면, 태양 흑점이 폭발할 경우, 높은 세기의 전자파가 순간적으로 방출되기 때문에 전파 흡수 정도가 평상시보다 훨씬 더 많아지게 된다.
태양 직하점에 따라 전파 흡수 정도의 차이가 발생하게 되는데, 심할 경우는 전파 흡수 정도가 높아져 단파 통신의 완전 두절이 발생하게 된다. 단파 통신은 보다 낮은 전력으로 원거리까지 도달 가능한 통신으로 통신 장비 비용이 상대적으로 저렴하고 가장 오래 사용되고 있다. 구체적으로는 단파 통신을 위해 주파수를 자동으로 맞추는 적응형 단파 통신 시스템과 수동으로 맞추는 비적응형 단파 통신 시스템이 사용될 수 있다. 대부분 음성이나 전신을 보내고 받으며 수십 초 내지 수분 이내 전송이 이루어지고 있다. 이러한 단파 통신은 원거리 어업 선박의 운항 방송과 아태지역 저가 항공사의 단구간 운항 교신을 위해 사용되고 있다. 또한, 단파 통신은 항공기·선박의 필수 보유 장비로 긴급 상황의 비상 통신을 위해 사용되고 있다.
태양 흑점 폭발로 인해 낮 지역에서 단파 통신 장애가 발생되었더라도 한반도에서 실제 단파 통신이 완전 두절되었는지 확인하기 어렵다. 그 이유는 앞서 언급한 단파 통신 특성상 수십 초 내지 수분이라는 짧은 시간 동안, 다수 사용자의 필요에 따라 전파를 송신하는 관계로 몇 명이 그 순간 통신이 이루어졌는지, 장애가 발생했는지 여부를 확인하기가 불가능하기 때문이다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 특정 지역의 단파 통신 상태를 모니터링하기 위한 단파 수신 방법 및 장치가 개시된다.
전파를 24시간 계속 송출하는 단파 통신을 모니터링할 수만 있다면 전파 스펙트럼 측정을 통해 통신 두절의 시간과 정도를 파악할 수 있을 것이다. 예를 들어, 단파 수신 장치에서 송신 출력이 큰 전파가 수신되지 않는다면 한반도의 모든 단파 통신이 장애가 발생하였다고 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모든 단파 통신 장애의 발생 여부를 판단하기 위해 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 발생된 단파 신호의 수신 및 수신 단파 신호의 스펙트럼에 대한 분석이 수행될 수 있다.
국내에 24시간 동안 전파 발사를 수행하는 주파수로는 방송용과 시보용 주파수가 있다. 대부분의 방송용 무선국은 현재 미운용 상태이고 국제적으로 분배된 시보용 주파수 5, 10,15㎒ 중 우리나라는 5㎒만을 운용하고 있었다. 5㎒ 표준 시보 무선국은 한국 표준 과학 연구원에서 운용하는 무선국으로 5kW 고출력의 단파 신호를 송신하고 있다. 일반적인 경우라면 한반도 전역에서 정상적으로 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 송신된 단파 신호가 수신될 수 있다. 이하, 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 송신된 단파 신호는 표준 단파 신호라는 용어로 표현될 수 있다.
만일 태양 흑점 폭발로 인해 한반도에서 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 발생된 표준 단파 신호가 수신되지 않는다면 국내에 있는 모든 단파 무선국의 통신이 완전 두절되었다고 판단할 수 있다.
단파 수신 장치는 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 전송되는 5kW 고출력의 표준 단파 신호를 수신하여 단파 통신 상태를 판단할 수 있다. 단파 수신 장치는 doublet 안테나 2조로 설치되어 표준 단파 신호를 수신하여 스펙트럼에 대한 분석을 수행할 수 있다. 아래의 표 1은 단파 수신 장치의 예이다.
<표 1>
Figure 112015091491846-pat00001
단파 수신 장치는 태양 흑점 폭발로 인해 단파 통신이 언제 얼마나 오래 두절되었는지에 대해 판단하기 위해 표준 단파 신호를 1분 단위의 트래픽으로 계산할 수 있다. 1분 단위의 대푯값은 1분 동안 연속되는 표준 단파 신호를 약 5초 간격으로 12회 측정한 후 이를 평균한 값이다. 즉, 단파 수신 장치는 1일에 해당하는 1440분 동안 1440개 표준 단파 신호 대푯값을 생성하여 태양 흑점 폭발 당시 단파 통신이 몇 분간 두절되었는지를 판단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치의 표준 단파 신호의 모니터링하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2에서는 1분 단위로 표준 단파 신호를 모니터링하여 단파 통신 상태를 판단하는 방법이 개시된다.
도 2를 참조하면, 표준 단파 신호를 모니터링한다(단계 S200).
단파 수신 장치는 표준 시보 무선국에 의해 전송된 표준 단파 신호를 모니터링하여 표준 단파 신호의 중심 주파수 5MHz를 기준으로 +/-5kHz 범위의 전파 스펙트럼을 측정할 수 있다. 표준 단파 신호와 잡음이 구별되도록 단파 수신 장치의 스펙트럼 분석기의 계측 파라미터를 아래의 표2와 같이 설정할 수 있다.
<표 2>
Figure 112015091491846-pat00002
전술한 바와 같이 1분 동안 12회의 표준 단파 신호의 전파 스펙트럼에 대한 측정이 수행될 수 있고, 12회의 전파 스펙트럼에 대한 측정을 통해 1분 단위의 대표값이 생성될 수 있다. 1분 단위의 대푯값은 1분 동안 연속되는 표준 단파 신호를 약 5초 간격으로 12회 측정한 후 이를 평균한 값이다.
신호 레벨과 잡음 레벨을 산출한다(단계 S210).
1분 단위의 대표 전파 스펙트럼에서 중심 주파수의 신호 레벨과 진폭 확률 분포의 잡음 레벨을 산출할 수 있다.
태양 흑점 폭발은 수신기 잡음 레벨 자체를 상승시키기도 하기 때문에 단파 수신 장치에서 측정된 전파 스펙트럼의 trace 데이터에서 매 분마다 잡음 레벨이 산출될 수 있다. ITU-R 권고 P.372에 따르면 랜덤 잡음 파형의 외형은 균일해야 하기 때문에 수신된 외형의 진폭 확률 분포(amplitude probability distribution, APD)가 사용될 수 있다. 또한 ITU-R 권고 SM.1753에 따르면, 주파수 영역에서 진폭 확률 분포의 37% 값이 수신기의 레벨인 백색 잡음 레벨일 수 있다.
따라서, 잡음 레벨은 진폭 확률 분포의 37%인 mean값으로 결정될 수 있다. 측정된 전파 스펙트럼의 trace 데이터에서 잡음 파형을 추출하기 위해 표준 시보 신호가 포함된 중심 대역폭 1㎑ 구간을 제거할 수 있다. 나머지 trace 데이터는 잡음 파형 외형으로 진폭 확률 분포를 산출한 후 시간율 37%에 해당하는 잡음 레벨을 계산할 수 있다.
잡음 레벨을 측정을 기반으로 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 결정하고 신호대잡음비와 간섭기준으로 비교하여 통신 두절 여부를 판단한다(단계 S220).
단파 수신 장치는 잡음 레벨을 측정을 기반으로 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 결정하고 신호대잡음비와 간섭기준으로 비교하여 통신 두절 여부를 결정할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전파 스펙트럼과 잡음 레벨 산출값을 나타낸 그래프이다.
도 3의 (A)에서는 주파수에 따른 단파 수신 출력이 개시된다.
도 3의 (A)를 참조하면, 측정된 전파 스펙트럼의 trace 데이터에서 잡음 파형을 추출하기 위해 표준 단파 신호가 포함된 중심 대역폭 1㎑ 구간이 제거될 수 있다. 나머지 trace 데이터는 잡음 파형 외형으로 진폭 확률 분포를 산출한 후 시간율 37%에 해당하는 잡음 레벨이 계산될 수 있다.
도 3의 (B)에서는 잡음 레벨의 진폭 확률 분포가 개시된다.
도 3의 (B)를 참조하면, 잡음 레벨은 진폭 확률 분포의 37%인 mean값으로 결정될 수 있다.
만일 태양 흑점 폭발 등 외부의 요인으로 단파 신호의 세기가 현저히 떨어져 잡음 레벨까지 낮아진다면 통신이 불가능해질 수 있다. 표준 단파 신호의 세기가 수신기가 허용하는 일정 기준인 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR) 이하로 낮아진다면 이러한 경우도 또한 통신이 두절되는 것으로 판단할 수 있다.
대부분 단파 수신 장치의 잡음 레벨은 스펙트럼 분석기에서 측정하는 잡음 레벨보다 높다. 즉, 스펙트럼 분석기가 표준 단파 신호를 수신할 경우 일반적인 단파 수신 장치보다 상대적으로 큰 신호대잡음비를 얻을 수 있다. 수신된 신호대잡음비가 외부 요인으로 인해 낮아진다는 것은 표준 단파 신호의 감쇄가 커진다는 것과 동시에 잡음 레벨이 상승한다는 것을 의미한다. 즉, 스펙트럼 분석기로 수신된 표준 단파 신호의 신호대잡음비가 간섭 기준 이하로 낮아지면 시보용 수신국뿐만 아니라 모든 단파 통신이 완전 두절되었다고 말할 수 있다.
단파 통신의 간섭 기준은 ITU-R 권고 F.339에 따르며 통신의 전파형식과 대역폭 그리고 조건을 적용하여 간섭 기준인 신호대잡음비를 산출할 수 있다.
표 3은 단파 무선국 특성을 적용한 간섭 기준을 나타낸다.
<표 3>
Figure 112015091491846-pat00003
다이버시티 수신을 통해 성능이 개선된다고 하더라도 측정된 표준 단파 신호의 신호대잡음비가 8dB이하가 된다면 모든 단파 통신의 두절로 판단할 수 있다. 대부분의 선박용 무선국은 저출력의 송신기와 낮은 감도의 수신기를 사용하고 있어 신호대잡음비가 8dB 이하로 내려가기도 전에 이미 통신은 불가능해질 수 있다.
만일, 선박국과 해안국을 운용하는 사용자가 통신이 불가했던 시간을 기록할 수만 있다면 본 데이터와의 통계적인 처리를 통해 현 운용중인 무선국의 간섭 기준인 신호대잡음비를 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 선박국과 해안국을 운용하는 다양한 사용자의 통신 두절 상태 시간을 알 수 있다면, 간섭 기준이 보다 구체적으로 설정되어 사용자의 통신 두절 여부가 보다 정확하게 판단될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 단파 수신 장치에서 분석된 평상시 및 태양 흑점 폭발시의 표준 단파 신호의 특성이 개시된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 표준 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4에서는 평상시 24시간 동안 수신된 표준 단파 신호의 세기를 나타내는 그래프가 개시된다.
도 4를 참조하면, 2015년 2월 27일 오전 9시(UT 0시)에 수신된 표준 단파 신호의 세기는 -45 ~ -50 dBm에서 시작해서 전리층의 이온 활동이 가장 활발한 정오에 -60 ~ -65 dBm로 하루 중 가장 낮았다. 또한 해가 진 후 -40 dBm ±5dB 수준으로 표준 단파 신호가 가장 높았다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 표준 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5에서는 태양 이벤트가 발생한 경우, 태양 X 선과 전파 레벨의 특성이 개시된다.
도 5를 참조하면, 그래프 상에서 태양 이벤트가 발생한 경우 수신된 표준 단파 신호의 레벨이 개시된다. 도 5의 그래프는 2015년 4월 19일에 발생한 태양 이벤트는 미국 GOES 위성이 측정한 X선 플럭스를 근거로 한 것이다.
그래프를 참조하면, R1 경보 기준인 10-5 W/m2 미만인 태양 흑점 폭발이 UT 1시, 3시, 7시 (KST 10시, 12시, 16시) 경에 발생하였다. 그래프를 참조하면, 오전 9시(UT 0시)의 단파 신호는 평상시보다 15dB정도 낮은 -60dBm에서 시작해 이벤트가 발생된 정오에 -70 ~ -80dBm로 가장 낮았으며 해가 진 후 -40dBm 수준으로 높아졌다. X선 측정값과 비교하여 단파 스펙트럼이 전반적으로 평상시보다 15dB정도 낮았으나 단기 이벤트에 따른 뚜렷한 표준 단파 신호의 변화를 찾아보기 어렵다.
아래에서는 단파 수신 장치의 단파 통신 장애 영향에 대한 분석이 개시된다.
전술한 바와 같이 단파 수신 장치는 매분 관측되는 표준 단파 신호의 전파 스펙트럼에서 진폭 확률 분포의 mean값을 산출하여 잡음 레벨로 선정한 후, 표준 단파 신호 레벨과 잡음 레벨의 차이를 간섭 기준(예를 들어, 8dB)와 비교하여 통신 두절 여부를 분석할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 표준 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6에서는 태양 이벤트가 발생한 경우, 태양 X 선으로 인한 단파 통신의 두절 여부가 개시된다. 태양 이벤트는 전술한 도 5의 태양 이벤트와 동일한 태양 이벤트이다.
도 6을 참조하면, 통신 두절은 UT 3시에서 5시(KST 10시 ~ 16시) 사이인 194분, 211분, 213분, 255분, 300분에 집중적으로 발생하였다. UT 3시에 발생한 R0급인 1.2×10-6 W/m2 의 태양 X선이 한반도 내의 단파 통신에 간섭을 주었음을 알 수 있다.
또한, UT 3시에 발생된 태양 X선보다 크게 발생한 UT 1시와 UT 7시경의 태양 X선은 태양 직하점 차이로 인해 한반도 내의 단파 통신에 간섭을 주지 않았음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단파 수신 장치에 의해 분석된 표준 단파 신호 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7에서는 태양 이벤트가 발생한 경우, 태양 X 선으로 인한 단파 통신의 두절 여부가 개시된다. 도 7에서는 2015년 3월 10일에 발생한 또 다른 태양 이벤트를 대상으로 한 태양 X선과 표준 단파 신호의 신호대잡음비가 개시된다. 태양 X선과 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 기반으로 통신 두절 여부가 실시간 모니터링될 수 있다.
2015년 3월 10일에는 태양 흑점 폭발 2단계인 R2 레벨인 5.3×10-5 W/m2의 태양 X선이 발생하였다. 단파 수신 장치는 표준 단파 신호 레벨과 잡음 레벨의 차이를 간섭 기준과 비교하여 통신 두절을 분석할 수 있다. 분석 결과, 한반도 상에서 약 12분간 단파 통신의 두절이 발생한 것으로 분석되었다.
또한 UT 0시 이전에 발생한 태양 흑점 폭발은 태양 X선 세기가 크게 관측되었지만 이른 아침 시간에 발생되어 한반도 통신 영향은 없는 것으로 분석된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단파 통신 방법을 나타낸 개념도이다.
도 8에서는 단파 통신의 두절이 예상되는 경우, 예상 통신 두절 상황을 알리는 방법이 개시된다.
도 8을 참조하면, 제1 단파 통신 장치(800)는 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 발생된 표준 단파 신호를 수신하고 수신된 표준 단파 신호의 크기를 기반으로 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 알 수 있다. 단파 수신 장치는 측정된 표준 단파 신호의 신호대잡음비의 크기와 설정된 간섭 기준을 분석하여 단파 통신의 두절을 예측할 수 있다.
단파 통신 두절이 예측되는 경우, 제1 단파 통신 장치(800)는 통신을 수행하는 제2 단파 통신 장치(820)로 단파 통신의 두절이 예측됨을 알릴 수 있다. 단파 통신의 두절이 예측됨을 알리기 위한 정보는 단파 통신 예측 정보라는 용어로 표현될 수 있다. 즉, 제1 단파 통신 장치(800)는 제2 단파 통신 장치(820)로 단파 통신 예측 정보를 전송할 수 있다.
제2 단파 통신 장치(820)는 단파 통신 예측 정보를 수신하고, 단파 통신을 위한 단파 신호의 출력 세기를 조정할 수 있다. 단파 통신 예측 정보는 표준 단파 신호의 신호대잡음비 및 설정된 간섭 기준에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제2 단파 통신 장치(820)는 표준 단파 신호의 신호대잡음비 및 설정된 간섭 기준에 대한 정보를 기반으로 이후 제1 단파 통신 장치(800)와 통신을 위해 사용할 단파 신호의 세기를 결정할 수 있다. 제1 단파 통신 장치(800)도 마찬가지로 측정된 표준 단파 신호의 신호대잡음비 및 설정된 간섭 기준에 대한 정보를 기반으로 이후 전송할 단파 신호의 세기를 결정할 수 있다.
이러한 제1 단파 통신 장치(800) 및 제2 단파 통신 장치(820)의 단파 신호 세기의 재조정을 기반으로 단파 통신의 두절이 예측되는 상황에서도 보다 간섭에 강한 단파 신호를 전송함으로써 단파 통신이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 단파 통신 장치(800) 및 제2 단파 통신 장치(820) 각각이 모두 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 발생된 표준 단파 신호를 수신하고 수신된 표준 단파 신호의 크기를 기반으로 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 알아내어 단파 통신의 두절을 예측할 수 있다.
예를 들어, 제1 단파 통신 장치(800)는 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 발생된 표준 단파 신호를 수신하고 단파 통신의 두절이 예측되는 경우, 통신을 수행하는 제2 단파 통신 장치(820)로 제1 단파 통신 예측 정보를 전송할 수 있다. 제1 단파 통신 장치(800)와 통신을 수행하는 제2 단파 통신 장치(820)도 5㎒ 표준 시보 무선국에 의해 발생된 표준 단파 신호를 수신하고 단파 통신 두절이 예측되는 경우, 통신을 수행하는 제1 단파 통신 장치(800)로 제2 단파 통신 예측 정보를 전송할 수 있다.
제1 단파 통신 장치(800)는 직접 측정한 표준 단파 신호의 신호대잡음비에 대한 정보 및 제2 단파 통신 장치(820)에 의해 측정된 표준 단파 신호의 신호대잡음비에 대한 정보를 기반으로 송신할 단파 신호의 세기를 결정할 수 있다. 제2 단파 통신 장치(820)도 직접 측정한 표준 단파 신호의 신호대잡음비에 대한 정보 및 제1 단파 통신 장치(800)에 의해 측정된 표준 단파 신호의 신호대잡음비에 대한 정보를 기반으로 송신할 단파 신호의 세기를 결정할 수 있다. 이때 단파 통신 장치는 자신이 측정한 신호대잡음비와 다른 단파 통신 장치가 측정한 신호대잡음비 중 작은 값을 기준으로 송신할 단파 신호의 세기를 결정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 단파 통신 방법을 나타낸 개념도이다.
도 9에서는 단파 신호의 세기가 증가된 경우, 단파 신호를 기반으로 한 송신 및 수신을 수행하는 방법이 개시된다.
도 9를 참조하면, 단파 통신 장치가 송신하는 단파 신호의 세기를 증가시킨 경우, 송신한 단파 신호에 대한 응답 신호를 요청하여 단파 신호를 기반으로 한 송신 및 수신이 가능한지 여부를 확인할 수 있다.
예를 들어, 제1 단파 통신 장치(900)가 단파 통신 두절을 예측한 경우, 제1 단파 통신 장치(900)는 송신하는 단파 신호의 세기를 증가시켜 전송할 수 있다. 이때 단파 신호에는 단파 신호에 대한 응답 신호를 전송할 것을 요청하는 응답 신호 요청 지시자를 포함할 수 있다. 응답 신호를 요청함으로써 증가시킨 송신 세기의 단파 신호의 전송이 에러없이 제2 단파 통신 장치(920)로 수행되었는지 여부를 확인할 수 있다.
제2 단파 통신 장치(920)에 의해 전송되는 응답 신호에는 제1 단파 통신 장치(900)에 의해 전송된 단파 신호의 수신단에서의 신호대잡음비에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제1 단파 통신 장치(900)는 응답 신호에 포함되는 신호대잡음비에 대한 정보를 기반으로 송신하는 단파 신호의 세기를 조정할 수 있다.
예를 들어, 제1단파 통신 장치(900)는 응답 신호에 포함되는 신호대잡음비가 임계 신호대 잡음비보다 크거나 같은 경우, 추가적인 조정을 하지 않을 수 있다. 반대로 제1단파 통신 장치(900)는 응답 신호에 포함되는 신호대잡음비가 임계 신호대 잡음비보다 작은 경우, 송신하는 단파 신호의 세기에 대한 조정을 하여 보다 강한 세기로 단파 신호를 송신할 수 있다.
제1 단파 통신 장치(900)가 응답 신호를 수신하지 못한 경우, 제1 단파 통신 장치(900)는 송신하는 단파 신호의 세기를 증가시키거나 다른 통신 네트워크를 통해 단파 통신이 불가함을 제2 단파 통신 장치로 알릴 수 있다.
반대로, 제1 단파 통신 장치(900)가 단파 통신 두절의 예측 이후, 표준 단파 신호를 기반으로 단파 통신 두절이 되지 않을 것으로 예측할 수도 있다. 이러한 경우, 제1 단파 통신 장치(900)는 송신하는 단파 신호의 세기를 다시 감소시켜 전송할 수 있다. 이때 단파 신호에는 단파 신호에 대한 응답 신호를 전송할 것을 요청하는 응답 신호 요청 지시자를 포함할 수 있다. 응답 신호를 요청함으로써 감소시킨 송신 세기의 단파 신호의 전송이 에러없이 제2 단파 통신 장치(920)로 수행되었는지 여부를 확인할 수 있다.
제2 단파 통신 장치(920)에 의해 전송되는 응답 신호에는 제1 단파 통신 장치(900)에 의해 전송된 단파 신호의 수신단에서의 신호대잡음비에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제1 단파 통신 장치(900)는 응답 신호에 포함되는 신호대잡음비에 대한 정보를 기반으로 송신하는 단파 신호의 세기를 조정할 수 있다.
예를 들어, 제1단파 통신 장치(900)는 응답 신호에 포함되는 신호대잡음비가 임계 신호대 잡음비보다 크거나 같은 경우, 추가적인 조정을 하지 않을 수 있다. 반대로 제1단파 통신 장치(900)는 응답 신호에 포함되는 신호대잡음비가 임계 신호대 잡음비보다 작은 경우, 송신하는 단파 신호의 세기에 대한 조정을 하여 보다 강한 세기로 단파 신호를 송신할 수 있다.
제1 단파 통신 장치(900)가 응답 신호를 수신하지 못한 경우, 제1 단파 통신 장치(900)는 송신하는 단파 신호의 세기를 다시 증가시킬 수 있다.
전술한 단파 수신 장치, 단파 통신 장치의 동작은 단파 수신 장치, 단파 통신 장치 각각에 구현된 프로세서를 기반으로 수행될 수 있다.
이와 같은 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 신호 모니터링 방법은,
    단파 수신 장치가 표준 시보 무선국에서 발생되는 표준 단파 신호를 수신하는 단계;
    상기 단파 수신 장치가 상기 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 결정하는 단계; 및
    상기 단파 수신 장치가 상기 신호대잡음비 및 간섭 기준을 기반으로 단파 통신 두절의 발생 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 신호대잡음비는 상기 단파 신호를 기반으로 결정된 진폭 확률 분포의 평균을 잡음 레벨로 결정하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단파 신호 모니터링 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표준 단파 신호의 중심 주파수는 5MHz이고,
    상기 신호대잡음비는 상기 중심 주파수를 기준으로 -5kHz 범위 내지 +5kHz 범위의 전파 스펙트럼을 기반으로 결정되고,
    상기 신호대잡음비는 상기 표준 단파 신호의 상기 중심 주파수를 중심으로 대역폭 1kHz 구간을 제외하고 결정되는 산출되는 것을 특징으로 하는 단파 신호 모니터링 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호대잡음비는 1분 단위로 5초 간격의 12회의 측정을 기반으로 결정된 하나의 평균 전파 스펙트럼을 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 단파 신호 모니터링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단파 수신 장치가 상기 단파 통신 두절을 예측한 경우, 상기 신호대잡음비를 고려하여 조정된 단파 신호의 출력 세기를 기반으로 다른 단파 통신 장치와 통신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단파 신호 모니터링 방법.
  6. 단파 통신 두절의 판단을 위한 단파 수신 장치에 있어서,
    상기 단파 수신 장치는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 표준 시보 무선국에서 발생되는 표준 단파 신호를 수신하고,
    상기 표준 단파 신호의 신호대잡음비를 결정하고,
    상기 신호대잡음비 및 간섭 기준을 기반으로 단파 통신 두절의 발생 여부를 결정하도록 구현되며,
    상기 신호대잡음비는 상기 단파 신호를 기반으로 결정된 진폭 확률 분포의 평균을 잡음 레벨로 결정하여 결정되는 것을 특징으로 하는 단파 수신 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 표준 단파 신호의 중심 주파수는 5MHz이고,
    상기 신호대잡음비는 상기 중심 주파수를 기준으로 -5kHz 범위 내지 +5kHz 범위의 전파 스펙트럼을 기반으로 결정되고,
    상기 신호대잡음비는 상기 표준 단파 신호의 상기 중심 주파수를 중심으로 대역폭 1kHz 구간을 제외하고 결정되는 산출되는 것을 특징으로 하는 단파 수신 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신호대잡음비는 1분 단위로 5초 간격의 12회의 측정을 기반으로 결정된 하나의 평균 전파 스펙트럼을 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 단파 수신 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 단파 통신 두절을 예측한 경우, 상기 신호대잡음비를 고려하여 조정된 단파 신호의 출력 세기를 기반으로 다른 단파 통신 장치와 통신하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 단파 수신 장치.
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