KR20100036668A - 위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법 - Google Patents

위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법 Download PDF

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KR20100036668A
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전동훈
정정화
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Abstract

강우량 정보를 포함하는 날씨 정보 서버로부터 날씨 데이터를 수신하고 상기 날씨 데이터를 변환하는 외부DB 정합부; 사용자가 입력한 정보를 수신하는 사용자 정합부; 상기 외부DB 정합부로부터 수신된 상기 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부로부터 입력된 정보를 수신하여 강우 감쇠량을 계산하는 신호 감쇠 연산부; 상기 외부DB 정합부로부터 수신된 상기 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부로부터 입력된 정보, 및 상기 계산된 강우 감쇠량을 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 외부DB 정합부, 상기 사용자 정합부, 상기 신호 감쇠 연산부, 및 상기 데이터 저장부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법이 제공된다.
외부 DB 정합부, 사용자 정합부, 신호 감쇠 연산부, 데이터 저장부, 위성통신 시뮬레이터

Description

위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법{SATELLITE COMMUNICATION SIMULATOR AND METHOD OF CALCULATING SIGNAL ATTENUATION DUE TO RAINFALL}
본 발명은 위성통신의 통신 건전성을 확인할 수 있는 위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법에 관한 것이고 보다 상세하게는 소정 지역에 대한 날씨 DB를 입력받아 그 지역에서의 위성통신의 강우량에 대한 신호 감쇠량를 파악하여 그 지역의 통신 건전성을 확인할 수 있는 위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법에 관한 것이다.
최근, 데이터 신호가 미치지 못하는 도서지역이나 전국에 포설된 중요 통신 지역에 대한 유선 네트워크의 리던던시 네트워크로서 위성통신이 널리 이용되고 있다.
이러한 위성통신은 유선 네트워크가 천재지변이나 전쟁 등으로 두절이 되더라도 위성을 통해 통신을 하게 되므로 그러한 천재지변 또는 전쟁에 불구하고 통신 이 가능하다는 장점이 있다.
위성통신을 수행하기 위해서는 위성으로 신호를 송신하는 송신 센터 및 위성으로 부터 신호를 수신하는 수신 센터가 있어야 한다. 여기서 송신 센터는 대체로 수신 센터로서도 기능할 수 있고 위성은 송신 센터와 수신 센터간의 신호의 송수신을 중계하게 된다.
이러한 위성통신을 정확하고 감도좋게 행하기 위하여 상기 송신 센터와 수신 센터는 위성 신호가 적절한 감도를 가지고 송수신될 수 있는 곳에 설치될 필요가 있다. 이러한 위성 신호는 날씨, 특히 강우량에 영향을 많이 받고 있음이 밝혀졌고 따라서 이러한 강우량과 신호 감도간의 관계를 밝혀 최적의 장소에 상기 송신 센터 및 수신 센터를 설치할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 일반적인 목적은 강우량에 따른 위성 신호의 감쇠량를 파악하여 최적의 위성 통신 환경을 제공할 수 있는 위치를 효과적으로 파악할 수 있는 위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 태양에 따라, 강우량 정보를 포함하는 날씨 정보 서버로부터 날씨 데이터를 수신하고 상기 날씨 데이터를 변환하는 외부DB 정합부; 사용자가 입력한 정보를 수신하는 사용자 정합부; 상기 외부DB 정합부로부터 수신된 상기 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부로부터 입력된 정보를 수신하여 강우 감쇠량을 계산하는 신호 감쇠 연산부; 상기 외부DB 정합부로부터 수신된 상기 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부로부터 입력된 정보, 및 상기 계산된 강우 감쇠량을 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 외부DB 정합부, 상기 사용자 정합부, 상기 신호 감쇠 연산부, 및 상기 데이터 저장부를 제어하는 제어부를 포함하는 위성통신 시뮬레이터가 제공된다.
상기 위성통신 시뮬레이터는 상기한 데이터들의 수신 및 입력 현황, 및 상기 강우 감쇠량을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 감쇠 연산부는,
Figure 112008068737171-PAT00001
(dB) [식 1]
(여기서, A0.01는 시간율 0.01%에서의 (이하 동 기호를 포함하는 약자에 대하여 마찬가지) 신호의 강우 감쇠량, γR은 강우강도 R에서의 신호의 강우 감쇠계수, 그리고 LE는 실제 신호가 강우에 의해 영향을 받는 거리)
Figure 112008068737171-PAT00002
(km) [식 2]
(여기서, θ 는 위성의 앙각, hs 는 해발 고도, hR 은 강우 수직 거리, Ls 는 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리)
Figure 112008068737171-PAT00003
(km) [식 3]
(여기서, LG는 강우 수평 거리)
Figure 112008068737171-PAT00004
[식 4]
Figure 112008068737171-PAT00005
[식 5]
(여기서, r은 수직 감쇠값, v는 수평 적용값)
Figure 112008068737171-PAT00006
(km) [식 6]
Figure 112008068737171-PAT00007
(dB/km) [식 7]
에 따라 구하고, 상기 [식 1] 내지 상기 [식 7]은 프로그램화 될 수 있다.
본 발명의 다른 일 태양에 따라, 외부 날씨 정보 서버로부터 강우량 정보를 포함하는 날씨 정보로부터 신호의 강우 감쇠량을 판단하는 방법이 제공되고, 상기 방법은 상기 날씨 정보를 수신, 변환, 및 저장하는 단계; 사용자로부터 데이터를 수신하여 저장하는 단계; 및 상기 사용자로부터 연산 명령을 수신하여 상기 사용자로부터의 데이터와 상기 날씨 정보로 부터 강우 감쇠량을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 신호의 강우 감쇠량을 판단하는 방법은 상기 계산 결과를 저장하고 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 강우 감쇠량을 계산하는 단계는,
Figure 112008068737171-PAT00008
(dB) [식 1]
(여기서, A0.01는 시간율 0.01%에서의 (이하 동 기호를 포함하는 약자에 대하여 마찬가지) 신호의 강우 감쇠량, γR은 강우강도 R에서의 신호의 강우 감쇠계수, 그리고 LE는 실제 신호가 강우에 의해 영향을 받는 거리)
Figure 112008068737171-PAT00009
(km) [식 2]
(여기서, θ 는 위성의 앙각, hs 는 해발 고도, hR 은 강우 수직 거리, Ls 는 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리)
Figure 112008068737171-PAT00010
(km) [식 3]
(여기서, LG는 강우 수평 거리)
Figure 112008068737171-PAT00011
[식 4]
Figure 112008068737171-PAT00012
[식 5]
(여기서, r은 수직 감쇠값, v는 수평 적용값)
Figure 112008068737171-PAT00013
(km) [식 6]
Figure 112008068737171-PAT00014
(dB/km) [식 7]
에 따라 계산할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 위성통신 시뮬레이터 및 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법에 의하여 날씨DB로부터 강우량에 대한 정보를 입력받아 위성 신호의 감쇠량를 파악하여 최적의 위성 통신 환경을 제공할 수 있는 위치를 효과적 으로 파악할 수 있다.
이하 도면 전반에 걸쳐 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
위성의 통신환경을 정확하게 재현할 수 있는 시스템을 설계할 때 중요한 요소 중 하나가 날씨 변화에 따른 시스템 성능 감쇠를 예측하는 것이다. 따라서 현재 날씨의 변화에 따라 위성 통신의 신호세기 변화를 예측하는 많은 모형들이 소개되고 있다.
현재 ITU-R, Global, Simple, DAH, ETRI 등, 각종 국제표준이나 통신 연구 단체의 논문에서는 이러한 날씨를 고려하는 위성 통신 시스템 설계 시 가장 널리 사용되고 있는 모형들을 제공하고 있다.
특히 이 모델들은 날씨정보 중 강우량이 위성통신 시스템의 성능 감쇠에 가 장 큰 영향을 준다는 것을 밝혔고 그에 따른 신호세기 감쇠를 예측하는 모델이다.
이 중 본 발명에 따른 위성통신 시뮬레이터는 ITU-R 모델을 사용하여 강우량에 따른 위성 통신의 신호세기 변화를 예측하였고 그것을 기반으로 각 지역 정보를 입력하여 각 지역에서의 강우 감쇠량을 계산하였다.
ITU-R 모델에서는 기본적으로 아래의 [식 1]과 같이 강우에 따른 성능 감쇠를 실제 신호가 강우에 의해 영향을 받는 거리와 그 거리에 따른 일정한 감쇠 값을 이용한다.
Figure 112008068737171-PAT00015
(dB) [식 1]
여기서, A0.01는 시간율 0.01%에서의 (이하 동 기호를 포함하는 약자에 대하여 마찬가지) 신호의 강우 감쇠량을, γR은 강우강도 R에서의 신호의 강우 감쇠계수를, 그리고 LE는 실제 신호가 강우에 의해 영향을 받는 거리를 나타낸다.
도 1은 해발고도, 강우 수직 거리, 강우 수직 거리, 및 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리의 상호 관계를 나타낸 ITU-R 모델에 따른 기본 모형을 도시하고 있다.
도 1에서, θ 는 위성의 앙각을, hs 는 해발 고도를, hR 은 강우 수직 거리를 나타내며 Ls 는 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리를 의미한다. 실제 Ls 는 이하의 [식 2]와 같이 구해질 수 있다.
Figure 112008068737171-PAT00016
(km) [식 2]
또한 LG는 강우 수평 거리를 나타내며 Ls 를 수평상으로 내적한 값으로 이하의 [식 3]과 같이 구해질 수 있다.
Figure 112008068737171-PAT00017
(km) [식 3]
여기서 각각 수직 감쇠 값 r 과 수평 적용 값 v 를 구하면 식 4-5 와 같다.
Figure 112008068737171-PAT00018
[식 4]
그리고
Figure 112008068737171-PAT00019
[식 5]
상기 값 들을 이용하면 이하의 [식 6]과 같이 최종 강우 영향 거리를 구할 수 있다.
Figure 112008068737171-PAT00020
(km) [식 6]
다음으로 km당 신호 감쇠 계수인 rR은 이하의 [식 7]과 같이 구할 수 있다.
Figure 112008068737171-PAT00021
(dB/km) [식 7]
여기서, R은 시간당 강우량, 즉 강우 강도를 나타내고, k와 α는 위성 통신을 하는 지역마다 정해져 있는 상수값이다.
도 2에 상기한 바와 같이 구한 수식으로 ETRI, SAM, Global, DAH, 및 ITU-R(97)의 각 모델에 따른 위성통신의 성능 감쇠를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성통신 시뮬레이터(1)의 블록도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위성통신 시뮬레이터(1)는 외부DB 정합부(10), 신호 감쇠 연산부(20), 데이터 저장부(30), 표시부(40), 사용자 정합부(50), 및 제어부(60)를 포함한다.
상기 외부DB 정합부(10)는 외부의 전국 각지에 대한 강우량 정보를 포함하는 날씨 정보 서버(도시 안됨)로부터 날씨 데이터를 수신하여 본 위성통신 시뮬레이터(1)의 신호체계에 맞는 데이터로 변환한다.
상기 신호 감쇠 연산부(20)는 상기 외부DB 정합부(10)로부터 수신된 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부(50)로부터 입력된 정보, 예컨대, 각 지역에 대한 해발고도, 위성 신호의 세기, 위성 신호 주파수, 대역, Bit율 등을 수신하여 상기한 ITU-R에 규정되어 있는 프로그램화된 수식을 통하여 강우 감쇠량을 계산한다. 상기 프로그램화된 수식은 상기 데이터 저장부(30)의 소정 위치에 저장되거나 (도시 안된) 전용ROM등에 저장될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
상기 데이터 저장부(30)는 상기 외부DB 정합부(10)로부터 수신된 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부(50)로부터 입력된 정보, 예컨대, 각 지역에 대한 해발고도, 위성 신호의 세기, 위성 신호 주파수, 대역, Bit율 등을 저장할 수 있고, 또한 상기 신호 감쇠 연산부(20)에서 연산한 결과를 저장할 수 있다.
상기 표시부(40)는 사용자에게 상기한 데이터들의 수신 및 입력 현황, 및 상기 신호 감쇠 연산부(20)의 연산 결과를 표시한다.
상기 사용자 정합부(50)는 키보드 또는 마우스 등의 소정의 I/O장치를 통해 사용자가 입력한 신호를 수신할 수 있도록 한다.
상기 제어부(60)는 상기한 위성통신 시뮬레이터(1)의 각 구성요소, 즉 외부DB 정합부(10), 신호 감쇠 연산부(20), 데이터 저장부(30), 표시부(40), 사용자 정합부(50)의 동작 등 전반적 제어를 수행한다.
이후 본 발명에 따른 위성통신 시뮬레이터(1)를 통하여 강우량과 위성 신호의 감쇠량를 파악하여 소정 지역에서의 위성 통신 환경의 적합성 여부를 판단하는 방법을 기술하기로 한다.
먼저, (도시 안된) 외부 날씨 정보 서버로부터 강우량 정보를 포함하는 날씨 정보가 수신되면 제어부(60)는 외부DB 정합부(10)가 날씨 정보를 본 위성통신 시뮬레이터(1)에서 사용되는 데이터체계에 맞도록 변환하게 하고 이렇게 변환된 데이터를 데이터 저장부(30)에 저장한다(단계 S1).
다음, 제어부(60)는 사용자 정합부(50)를 통해 사용자로부터 소정 지역에서의 강우량과 위성 신호 감쇠량를 파악하기 위한 각종 데이터, 예컨대 그 지역의 해 발고도, 신호의 주파수, 비트율 등을 수신하여 데이터 저장부(30)에 저장한다(단계 S2).
제어부(60)는 상기 사용자로부터 사용자 정합부(50)를 통해 연산 명령을 수신하면 신호 감쇠 연산부(20)로 하여금 상기한 ITU-R에 정의된 프로그램화된 식을 실행하여 그 식에 따라, 상기 사용자로부터 입력된 각종 데이터와 상기 외부 날씨 정보 서버로부터 입력된 날씨 정보를 데이터 저장부(30)로부터 받아 각 지역의 강우량에 따른 신호 감쇠량를 연산한다(단계 S3).
이후, 제어부(60)는 상기한 연산 결과를 데이터 저장부(30)에 저장하고 표시부(40)에 사용자가 볼 수 있도록 표시한다(단계 S4).
상기 표시는 우리나라의 지도를 제공하고 각 지역에 대한 상기한 데이터를 일괄 지급받아 각 지역 전부에 대한 강우량 대 신호 감쇠량를 표시할 수도 있다.
이와같이, 본 발명에 따른 위성통신 시뮬레이터(1)에 따르면 각 지역에서의 강우량 정보로부터 위성 신호의 감쇠량를 효과적으로 파악할 수 있으므로 송수신 센터 설치에 적절한 위치인가를 안정성있게 파악할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 해발고도, 강우 수직 거리, 강우 수직 거리, 및 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리의 상호 관계를 나타낸 ITU-R 모델에 따른 기본 모형을 도시한 도면;
도 2는 ETRI, SAM, Global, DAH, 및 ITU-R(97)의 각 모델에 따른 위성통신의 성능 감쇠를 도시한 도면; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위성통신 시뮬레이터의 블록도.

Claims (6)

  1. 강우량 정보를 포함하는 날씨 정보 서버로부터 날씨 데이터를 수신하고 상기 날씨 데이터를 변환하는 외부DB 정합부;
    사용자가 입력한 정보를 수신하는 사용자 정합부;
    상기 외부DB 정합부로부터 수신된 상기 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부로부터 입력된 정보를 수신하여 강우 감쇠량을 계산하는 신호 감쇠 연산부;
    상기 외부DB 정합부로부터 수신된 상기 날씨 데이터와 상기 사용자 정합부로부터 입력된 정보, 및 상기 계산된 강우 감쇠량을 저장하는 데이터 저장부; 및
    상기 외부DB 정합부, 상기 사용자 정합부, 상기 신호 감쇠 연산부, 및 상기 데이터 저장부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시뮬레이터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기한 데이터들의 수신 및 입력 현황, 및 상기 강우 감쇠량을 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위성통신 시뮬레이터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 신호 감쇠 연산부는,
    Figure 112008068737171-PAT00022
    (dB) [식 1]
    (여기서, A0.01는 시간율 0.01%에서의 (이하 동 기호를 포함하는 약자에 대하여 마찬가지) 신호의 강우 감쇠량, γR은 강우강도 R에서의 신호의 강우 감쇠계수, 그리고 LE는 실제 신호가 강우에 의해 영향을 받는 거리)
    Figure 112008068737171-PAT00023
    (km) [식 2]
    (여기서, θ 는 위성의 앙각, hs 는 해발 고도, hR 은 강우 수직 거리, Ls 는 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리)
    Figure 112008068737171-PAT00024
    (km) [식 3]
    (여기서, LG는 강우 수평 거리)
    Figure 112008068737171-PAT00025
    [식 4]
    Figure 112008068737171-PAT00026
    [식 5]
    (여기서, r은 수직 감쇠값, v는 수평 적용값)
    Figure 112008068737171-PAT00027
    (km) [식 6]
    Figure 112008068737171-PAT00028
    (dB/km) [식 7]
    에 따라 구하고, 상기 [식 1] 내지 상기 [식 7]은 프로그램화 되어 있는 것을 특징으로 하는 위성통신 시뮬레이터.
  4. 외부 날씨 정보 서버로부터 강우량 정보를 포함하는 날씨 정보로부터 신호의 강우 감쇠량을 판단하는 방법으로서,
    상기 날씨 정보를 수신, 변환, 및 저장하는 단계;
    사용자로부터 데이터를 수신하여 저장하는 단계; 및
    상기 사용자로부터 연산 명령을 수신하여 상기 사용자로부터의 데이터와 상기 날씨 정보로 부터 강우 감쇠량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 강우 감쇠량을 판단하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 계산 결과를 저장하고 표시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신호의 강우 감쇠량을 판단하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 강우 감쇠량을 계산하는 단계는,
    Figure 112008068737171-PAT00029
    (dB) [식 1]
    (여기서, A0.01는 시간율 0.01%에서의 (이하 동 기호를 포함하는 약자에 대하여 마찬가지) 신호의 강우 감쇠량, γR은 강우강도 R에서의 신호의 강우 감쇠계수, 그리고 LE는 실제 신호가 강우에 의해 영향을 받는 거리)
    Figure 112008068737171-PAT00030
    (km) [식 2]
    (여기서, θ 는 위성의 앙각, hs 는 해발 고도, hR 은 강우 수직 거리, Ls 는 실제 신호의 각도를 고려한 강우 거리)
    Figure 112008068737171-PAT00031
    (km) [식 3]
    (여기서, LG는 강우 수평 거리)
    Figure 112008068737171-PAT00032
    [식 4]
    Figure 112008068737171-PAT00033
    [식 5]
    (여기서, r은 수직 감쇠값, v는 수평 적용값)
    Figure 112008068737171-PAT00034
    (km) [식 6]
    Figure 112008068737171-PAT00035
    (dB/km) [식 7]
    에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는 신호의 강우 감쇠량을 계산하는 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101283750B1 (ko) * 2010-12-01 2013-07-08 한국전자통신연구원 위성 통신 시스템에서 강우감쇠 및 강우강도 데이터를 수집 및 관리하는 시스템
CN115296719A (zh) * 2022-07-27 2022-11-04 亚太卫星宽带通信（深圳）有限公司 高通量卫星网内天气预警监测方法、装置、设备及介质

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