국제통신위성기구(INTELSAT) 위성통신 및 멀티빔 위성통신

국제통신위성기구(INTELSAT) 위성통신 및 멀티빔 위성통신

 

 

1. 국제통신에 사용되는 INTELSAT 위성

지정된 지점간을 연결하는 고정위성통신 시스템으로는 국제통신을 취급하는 인텔셋(INTELSAT : International Telecommunications Satellite Organization)이 가장 유명하다. INTELSAT은 각국의 전기통신사업자에 대해 우주부분(궤도상의 정지통신위성과 이를 제어하는 시설의 총칭)을 제공하는 국제기관으로서 "국제통신위성기구"로 번역되고 있다.

INTELSAT의 설립은 1961년 7월 24일 John F. Kennedy 미국 대통령의 제안으로 구체화되어 1973년 2월에 "INTELSAT에 관한협정" 및 "동 운동협정"이 발효되어 항구적인 국제기관이 되었다. 1995년 1월말 현재 가맹국수는 131개국에 이르고 있다.

세계 최초의 상업위성통신 Intelsat 1호는 1965년에 대서양상의 정지궤도로 발사되었으며 미국과 유럽간에 위성통신서비스가 시작되었다. Intelsat II호에 이어 1969년에는 Intelsat III호(합계 8기)가 대서향, 태평양, 인도양 3대양의 정지궤도에 발사되어 전세계를 커버하는 위성네트워크가 완성되었다.

1995년 3월 시점에서는 대서양, 태평양, 인도양상에 22기(주로 V호계와 VI호계)를 운용중이며 전세계를 커버하고 있다. 뒤이어 VII호, VIII호계가 개발되고 있다.

Intelsat 위성은 기술의 진보와 국제간 통신수요의 증대에 따라 점차로 대형화, 대용량화되어 가고 있다(그림). I 호 위성의 통신용량은 전화 240회선 또는 TV 1채널이었던 것이 V호계 위성은 전화 15,000회선 + TV 2채널, VI호계 위성은 전화 33,000회선 + TV 4채널로 비약적으로 증대되었다.

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고정위성통신에서는 지구국은 육상에 설치되기 때문에 해상에 전파를 조사하는 것은 낭비가 된다. 따라서 V호계 위성 이후는 위성전파의 빔폭을 타이트하게 하여 육지 부분만을 照射하는 Spot Beam(집중빔) 안테나 또는 멀티빔 안테나가 사용되고 있다. V호계 위성에서는 6G/4㎓대의 半球빔과 Zone Beam이 각각 동서의 대륙을 조사하며, 통신량이 많은 북반구의 일부만을 조사하는 스폿빔이 있다.

 

 

2. INTELSAT 위성을 사용한 주된 서비스

TV방송, IBS(INTELSAT Business Service), INTELNET, 중계기의 리스 또는 매매 등이다.

통신량의 절반이상은 전화회선으로 아날로그(4㎑)와 디지털(64Kbps)이 있다. 대용량의 아날로그 전화회선에는 FM/FDMA(주파수변조/주파수분할 다원접속)방식이 사용된다. 반면에, 대용량의 디지털전화회선에서는 TDMA/DSI(Digital Speech Interpolation)를 사용한다. DSI는 어느 음성신호의 틈사이에 별개의 음성신호를 삽입하여 회선의 이용효율을 높이는 방식이다.

IBS기업을 대상으로 디지털통합통신회선(64~8448Mbps)을 제공하는 것이다. INTELSAT은 모지구국과 다수의 소형지구국(VSAT) 사이에 네트워크를 구성하여 저,중속의 데이터전송서비스를 제공하는 것이다.

국제 위성통신 시스템으로서는 INTELSAT 이외에도 구소련권 국가들로 구성된 Inter Sputink가 있다. 또한 유럽국가들이 가맹하고 있는 Eutelsat과 아랍연맹 국가들이 가맹하고 있는 Arabsat이 있다. 이들도 각각 2~4기의 위성을 보유하고 있다.

 

 

3. 국내에서의 위성통신

위성통신은 1960년대에 대륙간을 연결하는 국제통신분야에서 발전을 시작하여 1970년대에는 각국의 국내통신이나 지역통신분야로 확대되었다.

일본에서는 1983년부터 통신위성 CS-2가 오가사와라제도 등 낙도의 전화회선, 차량 탑재국에 의한 재해시의 통신이나 이벤트 회의장에서의 TV 전송 등의 임시회선에 이용되었다. 또한 비즈니스용으로 위성통신의 특징인 광역 동보성과 다지점 엑세스성을 활용하여 데이터나 영상을 전송하는 전용회선으로도 이용되어 왔다.

1988년에는 CS-2의 후속 위성으로 중계기 수를 늘리고 성능면에서도 향상을 꾀한 CS-3가 발사되어 CS-2와 마찬가지 용도로 이용되고 있다. 이 밖에도 지상의 시외중계선의 트래픽 변동분이나 폭주된 통신을 우회시키기 위한 회선으로서도 사용되고 있다. 낙도지역의 회선이나 시외 중계회선의 우회회선에는 TDMA기술을 활용하고 있다.

이 위성회선은 디지털회선이기 때문에 공중망의 중계회선뿐만 아니라 가입자계에도 적용하여 ISDN 서비스를 전국 어디에서든 곧 바로 제공할 수 있는 가능성을 지니고 있다.(그림)

1989년에는 민간 통신위성이 발사되었고 지금은 CS-3와 함께 JCSAT와 Super bird가 각각 2기씩 운용되고 있다. 주파수대는 CS-3가 Ka-band(30G/2㎓)와 C-band(6G/4㎓)를, FCSAT는 Ku-band(14G/12㎓)를, Super Bird는 Ku-band와 Ka-band를 사용하고 있다. CS-3의 Ka-band는 중계회선과 가입자회선에, C-band는 낙도지역의 회선 등에 사용되고 있다.

민간통신위성은 CATV 프로그램 분배(Space Gathering), 팩시밀리나 데이터전송, 영상회의 등을 위한 기업내 네트워크 등에 이용되고 있다.

세계에서 가정 먼저 국내위성통신시트템을 구축한 나라는 광대한 지역을 커버할 필요가 있는 구소련이다. 1965년에 "모르니아"가 소련 최초의 통신위성으로 발사되었다.

오늘날 통신위성의 대다수는 정지위성을 사용하고 있다. 정지위성은 적도상공에 발사되어 있어 구소련과 같이 위도가 높은 지역에서는 안테나가 수평쪽으로 향하기 때문에 장해물 등의 영향을 받기 쉽고, 전파가 공기중을 통과하는 거리가 길어져서 약해지는 문제가 있다. 따라서 모르니아 위성은 고위도 지역에서의 통신에 유리한 장타원 궤도의 주회위성을 사용하고 있다(그림) 이는 현재도 세계유일의 특수한 궤도를 가진 통신위성이다.

 

소련에 이은 나라는 캐나다로서 1972년에 Anik 위성을 쏘아올렸다. 이것은 정지위성의 국내 통신용으로는 세계 최초이다. 미국은 1974년에 국내 통신용의 웨스터 1호를 쏘아 오렸고 현재(1996년) 32기가 운용중이다.

아시아에서는 인도네시아가 1976년에 Palapa 위성으로 국내 통신을 개시했다. 세계에서 4번째이다. 14,000개나 되는 섬들로 구성되어 있는 인도네시아로서는 위성통신이 효과적이다. 1980년대에 들어와 일본외에 오스트레일리아,프랑스,독일,인도,멕시코,브라질 등이 국내 위성통신을 개시했고 현재 십수개국이 운영하고 있으며, 한국에서도 무궁화위성이 1995년에 발사되어 운영되고 있다.

 

 

4. 멀티빔 위성통신 방식

정지궤도상에서 쏘아올려진 위성은 지구표면의 약 1/3을 커버할 수 있다. 국제 위성통신은 이런 광역성을 살린 것이다. 그러나 국내용 위성통신이나 위성방송에서는 그렇게 넓은 지역을 커버할 필요는 없다. 오리려 인접국가에 여분의 전파가 송출되어 전파의 월경문제를 야기시킬 수도 있다. 또한 이용되지 않는 지역에 전파를 보낸다는 것은 전력의 낭비이기도 하다.

 

위성통신에 사용될 정도로 주파수가 높은(2G~3㎓이상) 전파는 성질이 빛(광)과 유사해 직진하는 경향이 강해진다. 그렇기 때문에 송신안테나의 반사면의 방향을 조절하면 발사한 전파를 자국 영토내만을 커버할 수 있도록 조정할 수 있다. 이와같이 서비스 지역전체를 하나의 전파 빔으로 커버하는 방법을 싱글빔방식이라하며, 현재 운용중인 위성의 대부분은 이 싱글빔 방식을 사용하고 있다.

이에 대하여 서비스 지역을 복수의 지역으로 분할하고  위성으로부터의 전파빔을 좁게하여 각각의 지역을 개별빔으로 조사하도록 한 것이 멀티빔 방식이다. 마치 자동차/휴대전화의 작은 존구성과 닮은 것이다. 위성으로부터 지상으로 보내는 전파빔을 좁게하기 위해서는 위성의 안테나를 크게한다.

빔을 좁게하면 조금 떨어진 지역에서 같은 주파수의 전파를 반복하여 사용할 수 있어 주파수의 효율적 이용을 꾀할 수 있다. 또한 전력을 집중하여 전송할 수 있어 수신신호의 전력이 커진다, 그 결과 전송용량을 증대시킬 수 있게 되고, 수신안테나의 소형화가 가능해져 지구국을 경제적으로 구축할 수 있다. 이처럼 같이 멀티빔 위성통신 방식은 많은 이점을 갖고 있어 세계각국에서 이의 개발에 박차를 가하고 있다. 일본에서는 1994년 8월에 쏘아올린 기술시험위성 키쿠 6호(ETS-VI)에서 머티빔 방식의 실험이 예정되어 있었다. 키쿠 6호에 탑재한 안테나는 지름이 3.5m로서, CS-3의 싱글빔 안테나의 지름 0.95m에 비해 10배 이상의 면적을 갖고 있었으며, Ka-Band(30G/20㎓대)를 사용하여 일본 전역을 13개 빔으로 커버하기로 되어있었다. 하지만, 위성의 정지궤도 진입에 실패하여 실험은 중지되었다.

이와같은 멀티빔 방식에서는 빔의 폭이 0.3도로 대단히 좁아진다. 그렇지만 위성에 탑재한 안테나는 열에 의한 변형이나 해와 달의 인력, 태양풍(태양으로부터의 荷電粒子의 흐름) 등의 영향을 받아 방향에 오차가 생기기 마련이다. 그 때문에 안테나의 방향을 빔 폭의 1/20의 고정도로 제어할 필요가 있다. 이는 싱글빔 방식인 CS-3의 精度에 비해 13배나 높은 精度이다.

멀티빔 통신에서는 복수의 빔간에 통신을 실행하므로 위성간에 빔간 접속스위치가 필요하게 된다. 시분할 다원접속방식과 조합한 것을 SS(Satellite Switched)/TDMA라 부르고 있다.

SS/TDMA의 기능

먼저 위성으로부터의 클럭에 동기하여 각 지구국이 TDMA 버스트 신호파를 위성을 향해 송출한다. 복수의 지구국에서 온 신호가 다중되어 있는 TDMA신호는 위성에 탑재된 스위치메트릭스를 경유함으로써 각 지구국별의 신호로 분해된다. 위성은 이들 신호를 중계기에 접속하여 각 지구국으로의 빔으로 송신한다.

어떤 지구국에서 보내져 온 빔 중에는 다른 지구국의 빔에 접속하기 위해 복수의 신호가 시분할 다중되어 있기 때문에, Satellite Switch에서는 버스트 신호를 하나하나 목적하는 빔에 접속할 수 있도록 각 신호의 동기를 취하여 제어하는 것이 중요하다. SS/TDMA방식은 1986년에 발사된 Intelsat VI호에서 사용되고 있다.