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❖ 위성통신 (Satellite Communication)
▒ SB / 위성방송
SB는 Satellite Broadcasting의 약어로 위성방송을 말하며 적도상공 약 3만6천키로미터의 궤도에 쏴올린 방송위성(BS: Broadcasting Satellite)을 이용해 텔리비전 방송이나 PCM(Pulse Code Modulation)방송 등의 각종방송을 하는 것을 말한다.
위성방송은 일반공중에 의해 방송이 직접 수신되도록하기 위한 것으로 인공위성에 탑재된 우주국에 의해 신호를 전송 또는 재송신하는 방송방식이며 방송위성은 수신측이 개별수신이냐 공동수신이냐에 따라 고출력형과 중출력형으로 대별되며 세계 각국의 위성방송은 개별수신형태인 전자가 주류를이루고 있으나 공동수신형태인 CATV(유선TV)등에의 분배를 목적으로 한 중출력형의 통신위성도 있다.
위성방송의 장점으로는 첫째, 위성으로부터 직접 전파를 송신하기 때문에 화질의 첨화가 적고 화상이 깨끗하다. 둘째, 적도상공에 한반도를 향해 전파를 송신하기 때문에 제주도나 울릉도까지도 포함하는 전국 일재방송이 가능하며 난 시청지역에도 깨끗한 영상을 제공할 수 있다. 셋째, PCM(펄스부호 변조)장치를 사용하기 때문에 고음질의 방송이 가능하다. 넷째, 위성을 중계매체로하여 방송을 하기 때문에 지구상에서 발생하는 자연 또는 전쟁 등의 재해를 입지 않고 긴급시에도 전국에 일제히 방송할 수 있다는 것 등을 꼽을수 있다.
위성방송은 음성신호를 디지틀화하고 있는데 그 전송모드에는 A모드와 B모드의 두종류가 있으며 이 모드는 각각 방송국측 프로의 내용에 따라 선택해 사용한다. A모드는 14비트, 샘플링 주파수 32KHz라고 하는 포맷으로 FM방송과 동등의 음질을 갖는다. 이에 대해 B모드는 16비트, 샘플링주파수 48KHz라고 하는 CD(컴팩트디스크)정도의 음질을 실현시킨다.
▒ 위성통신의 기술
위성통신기술은 지난 30년간 눈부신 발전을 거듭해 왔으며 우리나라에서도 1995년 8월에 통신방송 위성인 무궁화호 위성을 발 사하게 됨으로써 본격적인 위성통신시대를 맞이하게 되었다.
제 1세대 무궁화호 위성 시스템은 미국 Lockheed Martin사를 주계약자로, 한국의 금성정보통신(주)과 영국의 Matra Marconi사를 부계약자로 선정, 위성체와 관제시설을 제작하여 지난 8월 발사되었다.
무궁화호 제작업체에 국내 연구인력 30명이 장기 파견되어 설계, 제작 및 시험의 전 과정에 참여하였고 현장기술을 습득하고 귀국한 바 있다.
무궁화 위성 통신망에 사용될 저속데이터 전용 지구국(VSAT) 및 행정통신 지구국(DAMA/SCPC)의 장비는 우리 나라 연구소에 의해 개발이 성공리에 완료되어 시험 서비스를 마쳐 1996년 중 서비스가 시작될 예정이며 무궁화 위성용 디지털 위성방송 송신기 시스템도 개발 완료 단계에 이르러 1996년 초에 시험 방송에 들어갈 예정이다.
위성통신기술의 주요 연구개발 추진 내용 중 위성망 설계기술 분야는 무궁화 위성망의 독자 설계 능력 확보를 목표로 위성망 최적 설계를 위한 Tool 들을 연차적으로 개발하고 있으며, 위성망 치국 설계를 위한 전파 간섭분석 시스템 s/w 프로그램의 통합 시험을 추진하였다.
위성 중계기 기술 분야는 1992년도에 위성중계시험장치를 구현하였고, 1994년도에는 Ka/Ku 대역 실험모델 위성중계기 시스템 및 구성핵심 부품기술을 개발 완료하여 설계, 종합화, 시험에 대한 기초 기반 기술을 확보하였다.
축적된 기술울 바탕으로 1995년도 부터 1998년도 까지 Ka/Ku 대역의 인증 및 비행 모델 위성중계 시스템 기술 및 핵심부품 기술 개발을 수행할 것이다.
위성 관제 기술분야는 1990년부터 1994년까지 실험실 모델 관제시스템을 개발완료하여 설계, 제작, 종합화 및 시험에 대한 기반 기술을 확보하였다.
축적된 기술을 바탕으로 1995년부터서는 1999년 발사될 다목적 위성을 목표로 한 실시간 시스템, 임무분석 시스템 및 시뮬레이터 시스템 등 저궤도 위성관제 시스템 개발을 시작하였다.
도서벽지/행정통신 지구국(DAMA/SCPC)시스템 분야는 1991년 6월부터 1993년 6월까지 우리 나라 연구소 주관으로 대우통신(주), 동양전자 통신(주)과 이태리 Alenia Spazio 사간의 국내 및 국제 공동연구로 이태리 현지에서 개발한 시스템을 국내에 반입, 일부 기능을 보완하여 상용 시제품을 개발 완료하여 1994년 중반부터 임차위성(Intelsat-VII)을 통한 시험 서비스망을 설치 운용중에 있으며, 1995년에는 기 개발 완료된 시스템에 대해 화상전송 등 최대 2Mbps 까지의 서비스를 제공하기 위한 추가 기능개발을 국내 업체와 공동으로 수행하였다.
또한 1996년부터 무궁화위성을 이용한 상용서비스시 필요한 한국통신의 DAMA-SCPC 시스템 상용시제품 시험에 대한 기술적 지원을 수행하였다.
저속 데이타 전용지구국(VSAT) 시스템 분야는 1991년 6월부터 1993년 6월까지 우리 나라 연구소 주관으로 금성정보통신(주), 삼성전자(주), 현대전자산업(주)과 캐나다 MPR Teltech사간 국내 및 국제공동연구로 캐나다 현지에서 개발한 시스템을 국내에 반입, 일부기능을 보완한 상용 시제품을 개발 완료하여 1993년 9월부터 임차위성(Intelsat-VII)을 통한 VSAT 시범망을 정보통신부, 한국통신, 현대전자(주), 서울대학교를 연결한 시험서비스망 운용을 실시하였다.
VSAT 시스템을 응용 개발한 무선호출 데이터 전송 지구국시스템(PAGES)은 1994년 6월부터 우리 나라 연구소 주관으로 시스템을 설계하고 1 995년 1월부터 서브시스템 설계 및 제작에 대하여 현대전자와 공동연구를 통하여 시스템 개발을 1995년 11월 완료하였으며, 여기에 부품의 국산화를 위해 자네트시스템(주)과 서호전기(주)가 참여하였다.
무궁화 사업의 일환으로 국내 무선 호출망 사업자들이 PAGES 시스템을 이용하여 고품질의 무선호출 전송로를 구축할 예정이다.
위성방송 전송 기술개발 분야는 1993년 말부터 우리 나라 연구소가 LG 정보통신 및 캐나다 MPR Teltech사와 공동개발을 통하여 MPEG-2 압축방식과 ETSI 표준전송 방식을 적용한 디지털 위성방송 시스템 개발에 착수하여 1995년도 말 개발을 완료하여 1996년 1월 현재 한국통신의 인증시험에 있다.
디지털 위성방송 수신기 분야는 우리 나라 연구소가 제공한 송.수신기 정합규격에 따라 국내 9개사가 개발하고 있다. 또한 고선명 TV 위성전송 시스템을 1998년 말까지 개발 완료하여 1999년 초부터는 방송시험을 실시할 계획이다.
이상과 같은 연구개발 실적을 기반으로 제1세대 무궁화호 발사를 위해 습득한 위성통신 시스템 기술과 핵심부품 기술을 응용 제2세대 무궁화호 위성의 독자개발을 성공적으로 수행하기 위한 준비를 철저히 해 나가고 있다.
▒ 위성 통신 방식의 원리 및 특성
1) 위성통신
지상 약 35,900[km]의 상공에 인공 위성을 쏘아 올리고, 이것으로 전파의 반사(수동 위성) 또는 증폭(능동 위성) 중계를 해서 무선통신을 행한다. 보통 임계 주파수 이상으로서 감쇠가 적은 1-10[GHz]대 (전파의 창)의 주파수를 사용한다.
2) 위상국용 통신장치
지상국에서 발사하는 전파를 수신하고 이것을 중계하기 위해 증폭, 주파수 변환을 하여 다시 지상국을 향해서 전파를 발사하는 것이다.
☯ 위성통신을 위해 필요한 장치
- 통신 중계용 장치
- 송,수신을 하기 위한 안테나계
- 지상국에서 위성을 제어하기 위한 지령 장치
- 위성 내의 모든 정보를 지상에 전송하기 위한 텔레미터(telemeter)장치
- 위성에 설치한 각 기기를 동작시키기 위한 태양 전지 등의 전원 장치
☯ 지상국(또는 지국구)용 통신장치
- 위성 통신 송,수신 장치
- 송,수신을 하기 위한 안테나계
- 안테나를 통신 위성의 방향에 정확히 향하게 하는 추적 장치
- 지령 장치
- 텔레비젼 및 다중 전화용 단국(terminal) 장치
3) 인텔샛 위성 통신
그림과 같이 우주 상공에 배치되어 지구국에서 발사한 전파를 중계한다. 지구국의 송신출력은 50-20[kW]정도의 마이크로파이고, 중계 전파의 주파수를 달리하여 지상으로 보낸다.우리나라의 지구국은 충남의 금산에 있으며, 태평양과 인도양 상공에 있는 통신 위성과 중계를 한다.
▒ 위성방송 방식
1) 방송 위성 업무
일반 공중에 의해 직접 수신되는 것을 목적으로 하여 신호를 우주국(인공 위성에 탑재된 국)에 의해 전송하고 또는 재송신하는 무선 통신의 업무를 말한다. 이 업무에 있는 "직접 수신"에는 개별 수신 및 공동 수신의 쌍방이 포함된다.
개별 수신이란 방송 위성 업무의 우주국에서 발사된 전파를 수신하는 데 있어 간단한 가정용 설비, 특히 소형 안테나(WARC-77의 기술 기준에 의하면 수신용 접시형 안테나의 직경은 90cm 이하로 되어 있다)를 갖는 설비로 수신하는 것이며, 공동 수신이란 방송 위성 업무의 우주국에서 발사된 전파를 수신하는 데 있어 어느 경우에는 복잡하며 또 개별 수신에 사용되는 안테나보다도 대형 안테나를 갖는 수신 장치에 의해 다음 용도를 목적으로 하는 것이다.
- 어느 장소에 있어서 일반 대중의 한 집단에 의한 수신
- 한정된 구역을 대상으로 한 분배 통신계를 경유하는 수신
개별 수신과 공동 수신의 규모에 대해서 ITU의 국제 무선 통신 자문 위원회(CCIR)는 아래 표와 같은 Service area 끝에서 수신 안테나 빔폭과 직경을 표시하고 있다.
2) 궤 도
방송위성의 정지 위치는 지구 표면에서 약 36,000km 높이의 원궤도로 지구의 자전을 고려하여 적도 상공으로, 위성은 지구의 자전과 같은 주기, 같은 방향으로 회전하며 지구상에서 위성을 보아 언제나 하늘 한 곳에 정지해 있는 것처럼 보이므로 이 정지 위성 궤도에 있어야 하며 서비스 지역 내에서 위성을 보았을 때의 앙각(仰角)과 위성의 식(食) 발생 시각 등을 고려하여 결정한다. 앙각이 높으면 산악 지역의 산그림자, 도시에서의 높은 빌딩에 있어서도 전파의 수신이 가능하게 된다.
WARC-BS에 있어서도 수신 안테나의 앙각이 통상 20도 이상, 산악 지역 30도 이상, 열대 다우 지역에서는 40도 이상으로 할 것을 원칙으로 하여 채택하고 있다.
우리나라의 산악 형태, 인구 분포 등을 고려하여 검토한 결과, 앙각 30도 이상 방향에서 전파를 발사하면 우리나라 전역을 커버할 수 있다고 한다.
한편, 위서의 식(食) 시간에는 방송이 중단되므로 이 시간을 한밤 중에 오게 할 필요가 있으며 우리 나라의 경우, 정지 위치가 동경 110도 부근에 있으면 식의 발생 시간은 한밤 중인 2시경이 된다.
3) 주파수대
방송 위성 업무의 주파수대는 1971년에 WARC-ST에서 처음으로 분배되어 1979년 WARC-79 및 1985년 WARC-ORB에서 추가 수정되었다.
주파수대의 분배 및 그 이용은 다음의 표로 나타내었다.
4) 전송 방식
TV위성방송을 위한 전송 방식으로서는 방송 위성의 송신 전력면에서 기술적, 경제적으로 실현 가능한 것으로 하기 때문에 지상 USB-AM 변조 방식에 비해 같은 화질을 얻는데, 송신 출력이 약 20dB정도되는 FM변조 방식이 이용되고 있다.
음성의 다중 방식으로서는 음성 부반송파를 영상 신호로 주파수 다중하는 방법이나, 영상 신호의 수평, 수직 동기 신호에 음성 신호를 시분할 다중하는 방법 등이 있다.
최근엔 디지탈 음성 기술의 눈부신 발달로 위성의 음성 자동 방식으로 PCM 음성 방식의 도입이 추진되고 있다.
▒ 디지털 위성방송 기술 (Korean Broadcasting System)
방송국은 화상, 음성, 데이터 등의 프로그램 정보를 압축부호로 만들고 압축된 복수 신호를 다중화한다. 그 다음 전송시의 오류정정부호를 부가해서 디지털 변조를 한 뒤 위성중계기를 거쳐 수신기로 보내면 송신의 역처리 과정을 거쳐 시청자들이 시청할 수 있게 된다. 관련 기술로는 압축기술, 양자화, 다중화, 오류정정부호화, 변조가 있으며, 디짙털 기술의 기준은 디지털 TV 위성방송송신 표준방식 관련 기술기준에 의거한다.
① 영상 압축기술
아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키면 데이터 양이 크게 증가한다. 예를 들어 현재 우리 가 보고 있는 TV 방송은 한 채널당 4.2Mhz의 대역폭으로 아날로그 상태의 비디오와 오디오 정보가 전송되는데 이 정보를 디지털로 변환하면 720 x 480해상도, 컬러신호는 1초당 약 125Mbps의 데이터 양이 되므로 이 디지털 데이터를 최신의 전송방법으로 전송한다 하여도 30Mhz 이상의 대역폭이 필요하게 된다. 따라서 데이터의 압축기술은 필수 조건이다.
데이터 압축은 크게 무손실압축과 손실압축으로 구분할 수 있다. 무손실압축은 정보의 손실이 전혀 없이 데이터 양만 감소시키는 방법으로 압축률이 약 2:1에서 3:1정도밖에 되지 않는데, 진단을 위한 의료 영상을 예로 들 수 있다. 손실압축은 정보의 손실은 있더라도 데이터 양을 대폭 줄이기 위해 필요한 방법으로 수십대 일에서 수천대 일까지 압축할 수 있다. 이 압축률은 그 용도에 따라서 정할 수 있으며, 압축방법도 아주 다양하여 그 응용분야에 가장 적합한 방법을 취하는 것이 중요하다.
이러한 데이터의 압축은 여러 사람이 사용할 경우, 압축방법이나 형식이 일정해야 압축된 정보를 원래의 모양대로 복원할 수 있으므로 데이터 압축에 대한 세계 표준안이 필요하며 여러 분야에 있어서 표준안이 준비되었거나 현재 표준안 제정을 진행하고 있다. 정지영상 압축을 위한 'JPEG1', 동화상과 음향의 압축을 위한 'MPEG1', 'MPEG2', 'MPEG4' 등이 그 예이며 국제 표준안은 아니지만 고해상도 TV방송을 위한 미국의 'HDTV 표준안' 등도 예로 들 수 있다.
☯ MPEG
동화상과 음향의 압축을 위한 국제표준 MPEG는 ISO와 IEC가 정보표현의 표준화를 위하여 구성한 공동위원회 산하의 작업반인 'JTCI / SC29 / WG11'의 별칭으로 동영상과 음향의 압축, 그리고 다중화에 관한 표준을 제정하여 왔다. 멀티미디어 컴퓨터의 필수품인 시디롬과 같은 디지털 저장 매체에 VHS 테이프 수준의 동영상과 음향을 최대 1.5Mbps로 압축 저장하기 위한 목적으로 완성된 것이 'MPEG-1'이다. 이 압축방식은 근래 영화를 시디롬에 담아 상품화시킨 Video-CD와 CD-I/FMV에 쓰이고 있다.
MPEG-1에 이어, 디지털 TV 방송이나 HDTV, 대화형 TV, DVD등 보다 높은 화질과 음질을 필요로 하는 응용 분야를 고려하여, 보다 높은 비트율에서 영상과 음향을 압축하기 위한 목적으로 MPEG-1을 확장 개선한 것이 'MPEG-2'로 미국의 HDTV, 유럽의 DVB, VOD, 일본에서 개발경쟁이 치열한 DVD등에 이미 채택이 결정되었고, 우리나라에서도 1995년 8월 발사된 무궁화호 위성을 통한 직접위성방송(DBS)에 채택되었다. 기술적인 면에 있어 MPEG-2에는 그동안 학계에서 연구되어 왔던 많은 영상과 음향 압축기술들이 망라되었으며, 이 과정에서 구현 가능성을 함께 감안하여 현재의 디지털 기술로 구현이 어려운 알고리즘(연산법)들은 성능의 우수함에도 불구하고 탈락되었다.
반면 1998년중에 표준화가 끝날 예정인 'MPEG-4'는 차세대 멀티미디어 통신 및 데이터베이스 액세스를 위한 데이터 압축표준으로서, MPEG-2를 포함한 이제까지의 표준과는 달리 단일 표준이 아니라 여러 알고리즘이 공존하면서 응용 분야에 따라 선택하여 쓰도록 되어 있어, 많은 새로운 방식들이 MPEG-4에 포함될 것으로 보인다. 또한 MPEG 디코더는 세트당 3달러 정도로 합의가 이루어져 가고 있다.
② 양자화
아날로그양을 유한개의 불연속적인 값들로 나타내는 것으로 일반적으로 표본값은 어떤 진폭의 범위에서 연속적인 값을 취하지만, 이것을 정해진 구간으로 구분, 그 범위내의 값은 모두 한개의 대표값으로 표시하는 조작을 말한다. 이것으로 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되어 부호전송이 가능하게 되는데, 특히 레벨수가 2인 경우를 '2진 부호화'라 한다.
③ Multiplexing
④ 오류정정부호화
전송로를 디지털 신호가 잡음 등의 영향에 의해 에러가 발생하는 것을 피하기 위해 작은 에러가 포함되어도 원래의 신호를 복원할 수 있는 성질을 가진 에러정정부호를 변환하여 전송한다. 오류정정 부호화에 따라서 전송한 신호량은 원래의 신호량에 비해 어느 정도 증가한다.
⑤ 변조 (modulation)
정보신호(음성, 영상)를 반송파에 실어 정보전송에 적합한 형태로 만드는 것으로 변조방법에는 반송파의 진폭을 변화시키는 주파수 변조(FM), 위상을 변화시키는 위상변조(PM)등이 있다.
▒ 방송위성과 통신위성
위성방송은 적도상공 36,000km의 정지제궤도상에 있는 위성으로부터 지구상의 특정지역내의 일반 대중에게 직접 방송하는 것으로, 지상의 전파가 미치지 않았던 도서 벽지 등에도 방송을 내보낼 수 있다.
방송위성은 지상에 있는 지구국으로부터 방송 프로그램의 전파를 받아 내장하고 있는 방송용 중계기에서 증폭한 다음 지상의 서비스 지역을 향해 재송신한다. 그 구성은 기본적으로는 통신위성과 같다. 다른 점은 통신위성의 지상수신국이 대형 안테나를 구비하고 있는데 비하여, 방송위성에서는 수신자는 일반가정이기 때문에 직경 수십 cm의 소형 안테나밖에 사용할 수 없다는 점이다. 때문에 통신위성의 송신전력이 20~40W 정도인데 비해, 방송위성은 120W 이상의 전파를 송신할 필요가 있다. 방송위성의 전력은 태양전지에서 얻고 있다. 하지만 정지위성에서는 춘분과 추분을 중심으로 약 44일간은 지구의 그림자에 들어가 태양광이 쬐이지 않는 [식기(蝕旣)] 현상의 시간대가 생긴다.
이 시간대에는 태양전지로부터 전력을 얻을 수 없기 때문에 위성에 탑재되어 있는 전지만으로 필요한 전력을 충당할 수없어 방송이 중단된다. 식기현상이 없는 기간은 24시간 방송이 가능하다.
위성방송에 사용하는 주파수는 지상국에서 위성으로는 14GHz, 위성에서 지상으로는 12GHz(8채널)를 사용한다. 대단히 높은 주파수를 사용하고 지상에서 수신하는 전파도 대단히 약하기 때문에 수신측에서는 지향성이 강한 파라볼라 안테나나 여러개의 작은 안테나 소자를 집합시킨 평면 안테나를 사용한다.
영상신호는 지상방송과 같은 아날로그 전송이지만 상공으로 부터 전파가 보내져 오기 때문에 건물이나 산으로 인한 반사파의 영향은 없다. 그렇기 때문에 같은 화상이 몇겹으로 겹쳐 나타나는 고스트(ghost)현상 등이 일어나지 않아 깨끗한 화면을 얻을 수 있다. 또한 12GHz대를 사용하므로 전송대역폭을 넓게 확보할 수 있어 일반 TV 방송뿐만 아니라 HDTV 방송도 실현할 수 있다.
음성은 디지털로 전송되기 때문에 고품질이다. 최근에는 통신위성에 의한 영상통신이 성행되고 있다. 여러지역에 산재해 있는 CATV 사업자를 대상으로 통신위성을 이용하여 TV 프로그램을 전송하는 네트워크(space cable network)가 구축되어 CATV의 다채널화가 진행되고 있다.
이 전까지 각 가정이 위성으로부터 전파를 직접 받아 TV프로그램을 수신할 수 있는 것은 방송위성에 한정되어 있었으나, 90년대 들면서 통신위성을 이용한 방송(CS방송)이 가능하게 되었다. 통신위성은 방송위성에 비해 출력이 작아 수신안테나는 방송위성의 안테나보다 대형이 필요하지만 많은 채널을 확보할 수 있어 다 채널화에 매우 유력한 후보로 부상되고 있다.
일본에서는 민간통신위성의 JCSAT와 Super Bird가 12GHz의 방송위성과는 다른 주파수를 사용하여 TV방송과 음악방송을 내보내고 있다. 다만, 이들 통신위성의 위치가 멀리 떨어져있고 방송위성과도 상당히 벗어나 있어 수신 안테나는 별도로 준비할 필요가 있다. 목표하는 위성으로 방향을 바꾸도록 머리끝을 돌리는 형태의 안테나를 사용하는 사람도 있다. 위성을 사용한 방송에는 유료방송이 있다. 유료방송에서는 그대로는 내용을 알 수 없도록 스크램블러(scrambler)로 신호의 내용을 랜덤(random) 신호로 변환하여 송신하며 계약 수신자는 디스크램블러(descrambler)로 원래의 신호로 되돌려 수신한다.
▒ DirecPC (디렉PC)
디렉PC는 미국 휴즈사가 개발한 위성 통신서비스로서 가입자들은 기존 PC에 위성정보를 수신할 수 있는 초소형 안테나와 수신용 카드를 설치하면 위성을 통해 인터넷을 접속할 수 있다. 이 서비스를 이용하는 개인 가입자들은 위성에 직접 접속, 기존의 일반 전화선을 이용한 28.8kbps급 모뎀보다 최고 14 배, ISDN(종합정보통신망)보다 3배 빠른 4백kbps의 속도로 인터넷을 즐길 수 있다.
이 서비스는 디지털 광대역 위성을 이용, TV에 부착된 위성신호 해독 수신기 (디코더)를 PC에 부착하면 TV와 똑같이 디렉TV의 위성프로를 볼수 있게 하는 것이다. 즉 현재 디렉TV가 가정의 TV에 부착된 셋탑 박스 의 DSS(디지털 위성시스템) 수신기에 다 1백75개의 채널신호를 보내는 데 사용하고 있는 18인치 크기의 접시안테나를 그대로 이용, 동시에 PC수신기에 보내는 것이다.
향후 DSS신호를 해석하는 수신기를 내장한 PC가 나올 전망이며 기존 PC에 다는 수신기와 이미 설치된 DSS디코더를 연결해 주는 add-on board를 장착하면 된다.
이에 따라 최소한 디렉TV의 위성방송 서비스 가입자들중 PC를 가지고 있는 사람은 위성 신호 디코더만 장착하면 위성방송이나 영화, 스포츠채널 등 디렉TV의 다양한 프로그램뿐만 아니라 스포츠 관련 각종 통계나 멀티미디어 매거진 등 TV로는 받아 볼수 없는 데이터 서비스를 디지털로 받아 볼 수 있고 전송된 파일을 다운받을 수 있게 되는 것이다.
위성신호의 주파수 대역폭은 그래픽, 음성, 화상정보를 수초내에 전송, 수분씩 걸리는 모뎀이나 전화선보다 전송속도가 월등히 빠르다. PC에 내장하는 디코더 보드의 가격은 2백달러 미만이며 데이터 서비스를 받을 경우 현재 위성방송 시청료에 월 5∼10 달러가 추가된다.
국내서도 빠르면 오는 상반기 중으로 위성을 통한 무선 인터넷 접속 서비스가 곧 선보인다. 현대정보기술의 인터넷 서비스인 아미넷은 올상반기에 이 회사가 임대한 무궁화위성 채널을 통해 전국 어디서나 초고속으로 인터넷 접속이 가능한「디렉 PC」서비스에 나설 계획이다. 아미넷의 뒤를 이어 한국통신도 올하반기에 기존의 인터넷망 대신 무궁화위성을 통한 인터넷 시범 서비스를 제공할 예정이다.
이 서비스는 이용자가 일단 일반 전화망을 통해 코넷에 접속, 필요한 인터넷 정보를 요청하면 코넷 호스트 컴퓨터에서 위성을 통해 각종 인터넷 자료를 송출받을 수 있다. 외국의 경우 미국 휴즈사는 지난해 말 디렉PC 서비스를 시작한 상태다. 또 마이크로소프트사와 미국 AT&T와 합병한 거대 무선전화회사인 맥코이 셀룰러사가 공동으로 설립한 텔리데식(Teledesic)사는 2002년 서비스를 목표로, 지구 주위에 840개의 저궤도 위성을 띄워 전세계 어디서나 무선으로 인터넷에 접속할 수 있는 글로벌 네트워크를 구축하고 있다.
▒ Intercast (인터캐스트)
인텔사가 개발한 것으로 공중파TV신호의 VBI(Vertical Blanking Interval) 대역 10개 라인을 이용한 것으로 PC, TV수신카드, 모뎀, 인터캐스트 SW를 활용해 지상파나 위성을 통해 제공되는 아날로그 TV방송 및 데이터를 수신하도록한 서비스다. 인터캐스트는 미국의 AOL, CNN, NBC, QVC, 컴캐스트, 컨티넨털 케이블비전, DBC 등 방송사와 케이블TV사, PC제조업체, PC소프트웨어 제공업체들이 “인텔 인터캐스트 그룹”을 형성, 서비스 중이며 우리나라의 경우도 97.3.31에 MBC가 최초로 도입했다. 인텔인터캐스트와 비슷한 개념으로 일본의 인포시티사가 개발한 “비트캐스트”도 주목의 대상이다. 비트 캐스트는 지상파TV의 VBI 대역을 이용해 PC에서 TV를 수신하는 한편 인터넷사가 제공하는 정보를 저장, 검색할 수 있도록했으며 양방향 서비스가 가능하다. 이밖에 "웨이브포시스템"도 있다.
▒ Inmarsat과 Iridium (인마샛과 이리듐)
광역을 커버할 수 있는 위성통신은 고정국간 뿐만 아니라 이동통신에도 안성맞춤이다. 최초로 선박을 대상으로 한 해사위성통신은 1976년 미국 콤샛(Comsat)사가 Marisat 위성을 이용하여 개시하였다. 그후 1979년에 국제조직으로 설립된 국제해사위성기구(International Maritime Satellite Organization: INMARSAT)에 승계되었으며, 선박통신 외에 항공기통신과 육상 이동통신도 운용하고 있다. Inmarsat은 트래픽이 많은 대서양지역을 동서로 나누고 태평양과 인도양 지역과 합쳐 4개 지역에 11기의 정지위성을 배치하여 글로벌 시스템을 구축하고 있다. 위성과 육상 지구국간은 C-band(6G/4GHz대), 위성과 선박간은 L-band (1.6G/ 1.5GHz대)의 전파를 사용하고 있다.
시스템 구성도 이동통신의 특색은 통신의 요구가 다수의 이동 단말로부터 산발적으로 발생한다는 것이다. 따라서 통신요구가 발생할때마다 회선을 할당하는 다원접속인 DAMA(Demand Assigned Multiple Access) 방식을 사용하여 위성의 효율적인 이용을 꾀하고 있다.
Inmarsat이 정지위성을 사용한 이동통신을 운용하는데 반하여, 훨씬 고도가 낮은 궤도상에서 지상에서도 그 움직임을 볼 수 있는 주회위성을 사용한 위성이동통신의 구상이 구체화되고 있다. 1990년 미국의 Motorola가 제안한 [이리듐 계획(Iridium Plan)]이 그 대표주자로, 이 계획은 저궤도의 주회위성 77기를 사용하여 전 세계적인 이동통신 서비스를 전개한다는 것이다. 원자번호 77인 이리듐(Ir)의 원소에서 원자핵 둘레를 77개의 전자가 돌고 있는 모습에서 따온 명명이다. 현재는 최초의 구상이 약간 수정되어 고도 약 780km의 6개 극궤도(북극과 남극을 통과하는 궤도)에 11기씩, 합계 66기의 주회위성(무게 약 690kg)을 배치하기로 되어 있다. 각 위성은 전후 좌우의 위성과 위성간 통신으로 연결되어 지구의 어디에서든 언제든 자유롭게 통신할 수 있게 된다
전파의 주파수는 위성과 이동단말간에 L-band(1.6GHz대), 위성간 통신 및 위성과 지상 고정국간에 30G/20GHz대의 Ka-band를 사용한다. 주파수의 이용효율을 높이기 위해 자동차/휴대전화와 마찬가지로 지상을 일정한 셀로 분할한 小 존 구성으로 하고 TDMA를 사용한다. 위성 1기로 직경 500~600km의 셀 48개, 직경 4천km의 범위를 커버한다. 지상에는 전세계에 15~20개 지역에 지상고정국을 설치하여 이동단말의 위치를 항상 등록해둔다.
Iridium은 적도상공의 정지궤도를 사용하는 기존 시스템과 달리 극궤도를 사용하므로 고위도 지역에서도 별 문제없이 이용할 수 있다. 또한 위성의 궤도고도가 정지위성의 약 1/46로 낮은 관계로 전반(傳般)지연시간이 짧아 전화에서도 부자연스러움이 없고, 전반손실이 작아 단말의 송신전력을 감소할 수있어 단말의 소형화가 용이하며, 위성발사비용이 저렴해지는등의 장점이 있다. 1998년까지 전 위성을 발사하여 월기본료 약 50 달러, 1분간 5 달러의 통신료로 서비스를 개시할 예정이다. 이와 같은 중.저 고도의 주회위성을 사용하는 이동통신 서비스 계획은 이 밖에도 Inmarsat의 [Inmarsat-P], 미국의 TRW가 제안한 [Odyssey] Loral Aerospace를 중심으로 한 [Global-star] 등이 있다.
▒ VSAT와 SNG
위성통신에서는 위성이나 지구국의 고성능화가 진행되고 나아가 사용하는 주파수가 C-band(4G/6GHz대)에서 Ku-band (12G/14GHz대)로 옮겨감에 따라 직경 1m 전후의 소형 안테나가사용될 수 있게 되었다. 이와 같은 소형안테나(직경 0.6~2.4m 정도)를 사용하는 지구국을 VSAT(Very Small Aperture Terminal: 초소형 위성통신지구국)이라고 부르고 있다. VSAT는 여러 지점에 분산 설치되며 대형 안테나를 갖춘 허브국이 통신위성을 경유하여 VSAT으로 다량의 데이터를 보내는 것이 일반적이다.
통 신의 관리.제어기능을 갖춘 허브국을 중심으로 하는 성형구성의 데이터통신 네트워크이다. VSAT 시스템에서는 허브국에서 VSAT으로의 회선을 아웃바운드 회선, VSAT에서 허브국으로의 회선을 인바운드 회선이 부른다. 아웃바운드 회선은 전송속도가 빠른 회선으로 각 VSAT 대상 데이터의 다중화에 TDM 방식을 사용하고 있다. 인바운드 회선은 다수의 VSAT에서 들어 오는 낮은 전송속도의 회선이며 주로 패킷전송이 사용된다. 그 밖에 요구에 따라 회선을 할당하는 DAMA 방식도 사용된다.
VSAT 시스템은 소매업에서의 크레디트 카드의 확인.조회나 POS(Point Of Sales) 데이터전송, 금융 관련의 온라인 단말과 호스트 컴퓨터간의 데이터전송, 호텔이나 렌트카 등에서의 예약 데이터의 전송 등에 사용되고 있으며 미국을 중심으로 급속히 보급되고 있다. 일본에서도 센터의 스튜디오와 각지에 있는 원격교실을 위성통신 회선으로 접속하여 영상과 음성의 양방향 통신으로 수업을 실행하는 원격교육 등에 VSAT이 사용되고 있다.
이와 같이 VSAT 시스템은 넓은 지역에 분산된 다수의 소용량 트래픽을 위성회선을 사용함으로써 경제적.효율적으로 처리하려고 한 것이다. 소형 안테나를 사용함으로써 급속히 발전한 것중에 SNG (Satellite News Gathering)도 있다. 이동국을 차량 등으로 취재현장에 운반하여 영상뉴스를 위성을 통해 직접 TV 방송국에 전송하는 것이다.
위성통신에 있어서의 회선설정의 유연성과 신속성의 특징을 살림으로써 보도취재에 요구되는 속보성에 부응할 수 있다. 차량탑재국(차량에 탑재한 소형지구국)이나 가반형(可搬型: portable)지구국은 보도현장에 도착하여 현장에서 생생한 보도를 재빨리 송신할 수 있도록 설비가 소형 경량화되어 있다. 안테나를 자동적으로 위성쪽을 향하도록 하는 제어장치도 마련되어 있다. 지금까지는 장소에 따라서는 몇회라도 중계한다든가 하기위해, 사전 정비나 기기의 조정에 시간이 걸린다든가, 무선을 사용하면 전파가 장애물에 걸려 끊어진다든가 하는 문제가 있었다. 그러나 SNG의 등장은 사고현장이나 전쟁터로부터의 생중계나 낙도나 산악지대 등에서도 직접 영상중계를 가능하게 하고 있다. SNG는 미국에서 1985년경부터 시작되었으며 그후 급속히 보급되어 현재는 미국 전역에서 활약하고 있다. 일본에서도 TV 방송회사가 민간 통신위성을 사용하여 지방총국을 포함한 SNG 네트워크를 구성하는 등 널리 사용되기에 이르렀다.
▒ 위성시스템 개발 동향
1945년 Clarke이 처음 위성통신의 개념을 제안한 후 50여년이 지난 지금,위성은 21세기를 맞이하여 커다란 전환기를 맞이하고 있다. 1990년대 이전만 하여도 위성은 지상망이 미치지 못하는 영역을 커버하는 지상망 보완의 개념으로 통신 및 방송에 응용되어 왔으나 이러한 개념이 최근 크게 변화되기 시작한 것이다. 기존 지상망에선 이루어지지 않고 있던 디지털 방송 실현, 저궤도의 글로벌 이동위성통신 시스템 제안,글로벌 초고속 통신망 구축을 지향하는 Ka밴드 위성통신 시스템 개발 등을 거쳐 위성은 지상망 대체의 개념으로 그 기능이 확대되기 시작한 것이다. 이러한 개념 변화는 위성에서의 디지털 기술 도입을 비롯한 위성기술의 급속한 발전에서 찾을 수 있다. 여기선 이러한 관점에서 위성기술이 어떻게 발전되고 있는지를 먼저 살펴보고,이를 바탕으로 새로이 등장하고 있는 위성 시스템에 대하여 살펴보기로 한다.
1995년은 국내 위성사에 커다란 발자취를 남겼던 한 해였다. 1988년 8월부터 추진되어온 통신•방송 복합위성 확보가 1995년 8월 무궁화위성 1호기의 발사로 그 결실을 맺게 된 것이다. 무궁화위성은 우주영역의 확보는 물론이고 국내 위성 산업으로의 파급효과도 매우 클 것으로 기대되고 있다. 더불어 현재 제공되고 있는 디지털 위성방송을 비롯하여 지상망에서 이루지 못하고 있는 다양한 방송 및 통신 서비스가 이루어질 것으로 기대된다.
위성은 1980년대까지만 하여도 미국과 같이 국제통신이 활발한 국가나 호주,캐나다와 같이 광활한 영토를 지닌 국가 혹은 인도네시아와 같은 도서국가에서 기존 지상망을 보완하는 통신수단으로인식되어 왔었다. 하지만, 1990년대에 접어들면서 위성통신기술의 진전과 더불어 위성을 이용한 새로운 응용분야가 등장함에 따라 위성은 지상망 보완이라는 개념을 벗어나 지상망을 대체하는 수단으로 인식되기 시작하였다.
이러한 개념 변화는 위성이 지상망에 비해 여러가지 이점을 지니고 있기 때문이다. 이중 가장 큰 이점은 넓은 지역(廣域性)에 고속 대량의 정보(廣帶域性)를 동시(同報性)에 여러 사람에게 전달할 수있다는데 있다. 또한, 중계국이 우주에 있는 관계로 지상 재해의 영향을 거의 받지 않으며(耐災害性),지구국을 설치하는 것만으로도 간단하게 망을 확장(통신망 구축의 容易性)할 수 있다.
더불어 초소형지구국(Very Small Aperture Terminal: VSAT)과 같은 소형 지구국도 개발되어 지구국의 이동성이 높아짐으로써 새로운 서비스의 창출(서비스의 擴張性)이 용이하게 이루어질 수 있다. 이러한 연유로 위성은 현재 국제통신, 낙도를 연결하는 국내통신, 재해시 국내통신 등의 공중통신, 그리고 방송뿐만 아니라 기상관측, GPS(Global Positioning System)를 비롯한 각종 네비게이션,교육지원,의료정보 등의 분야로까지 확대되고 있다.
또한, 이동중에 휴대용 단말로 다양한 정보를 입수,처리할 수 있는 이동통신과 다양한 정보를 처리할 수있는 멀티미디어에 대한 요구 증폭과 더불어 광대역성,즉 어디든지 음성,영상,데이터 등 다양한 정보를 전송할 수 있는 특성을 지지닌 위성이 이동통신과 멀티미디어통신을 빠른 시간내에 해결할 수 있는 유력한 수단으로 등장하고 있다.
이동통신의 경우 이미 정지위성외에 저궤도위성(LEO: Low Earth Orbit), 중궤도 위성(MEO: Medium Earth Orbit)을 이용한 GMPCS(Global Mobile Personal Communications System)라는 개념의 글로벌 이동통신 시스템이 개발되고 있다. 위성을 이용하여 멀티미디어통신을 실현하기 위한 고주파수대의 Ka밴드 위성을 비롯하여 단방향 방송에서 벗어나 양방향적인 방송 서비스인 위성 VOD(Video On Demand) 실험도 급진전되고 있다. 또한, 인터넷의 폭발적인 보급과 더불어 위성을 인터넷의 백본망으로 이용하기 위한 여러 가지 방법들이 모색되어 실용화 단계에 이르고 있다.
▒ 위성기술 발전 동향
차세대 위성통신 서비스를 가능하게 하기 위해선 우선 위성에서의 디지털 기술 도입을 꼽을 수 있다. 주지하는 바와 같이 대용량 멀티미디어정보를 처리하기 위해선 디지털 기술의 도입은 필연적이다. 아날로그 방식에서는 음성, 문자, 이미지, 영상 등의 신호가 각각 독립적으로 전송되고 처리되어야 하지만, 디지털 방식에서는 각 신호를하나로 통합하여 전송 및 처리함으로써 멀티미디어의 실현이 가능하게 된다.
디지털 기술의 도입은 멀티미디어 정보의 처리외에 여러가지 이점을 지니고 있다. 즉, 기존 아날로그 신호에서는 불가능하였던 높은 압축비를 실현할 수 있어 하나의 대역에 보다 많은 신호를 전송할 수 있다. 또한,다중접속에 있어서도 아날로그에서는 FDMA (Frequency Division Multiple Access)만 가능하였으나 디지털방식을 도입할 경우 FDMA보다 구현이 용이하고 다중률이 높은 TDMA (Time Division Multiple Access)와 CDMA (Code Division Multiple Access) 방식을 이용할 수 있게 된다.
디지털화와 더불어 중요한 기술중 하나가 이용 주파수대역을 높이는 것, 즉 이용주파수대의 고주파수화이다. 수십Mbps의 전송대역을 요구하는 영상 신호등을 실시간으로 처리하기 위해선 그만큼 높은 주파수 대역이 요구된다. 현재 30GHz대 이상의 Ka밴드와 MM (Milli-Meter wave)밴드로의 주파수대역이 고려되고 있다. 더불어 인공위성관련 기술의 진보도 위성통신 발전에 필수적인 요인으로 작용하고 있다.
이미 인공위성은 수동위성에서 능동위성(1960년)으로, 그리고 실시간 처리가 가능한 실시간 능동위성(1962년)으로 발전되어 왔으며, 전송용량면에서도 수백배 이상의 진보를 달성하였다. 더욱이 위성 발사기술의 진보로 위성자체 무게도 급속히 증가하여 1960년대 초의 수십kg에서 현재는 2톤 이상의 대형 위성의 발사도 가능하게 되었다. 이와 더불어 위성수명을 기존의 7∼10년에서 20년까지 확대하는 위성의 장수명화 기술, 지구국의 소형화, 특히 이동통신에서 중요한 역할을 담당하게 될 다중빔 안테나 기술, 그리고 위성탑재체를 경량화하기 위한 위성탑재처리기술들이 위성기술 발전에 중요한 역할을 담당하게 될 것이다.
1. 위성신호의 디지털화
위성신호의 디지털화는 지상의 유무선 통신의 디지털화와 유사한 특징을 지니게 된다.
이러한 특징으로는 ① 다채널화 ② 고품질화 ③ 고기능화 등을 들 수 있다.
디지털 신호는 동일 대역폭에서 아날로그 신호에 비해 수배의 채널을 얻을 수 있다. 일반적으로 압축비, 즉 전송하고자 하는 신호의 품질에 따라 약간의 차이는 있으나 위성방송 등과 같은 영상신호 전송의 경우 디지털화를 통하여 수십배의 채널을 확보할 수 있다.
이는 디지털화를 통하여 정보의 군두더기(redundency)를 없앰으로써 영상•음성 등의 정보를 효율적으로 압축하는 것이 가능하기때문이다. 또한, 디지털 변조 방식에 의해 고능률적인 전송도 가능하게 된다. 이 결과 전송대역폭이 제한되더라도 아날로그에서는 고려될 수 없는 수십 채널부터 수백 채널로 분리할 수 있는 다채널화가 실현될 수 있다. 특히, 디지털화는 음성에 비해 영상측면에서 상당한 이점을 지니고 있으며 완전히 새로운 방송 비지니스를 탄생시킬 가능성이 있다. 비약적인 다채널화를 이용한 다채로운 방송 서비스, 예로 비지니스 및 취미, 오락 등의 다양한 전문방송 및 동일한 프로그램을 수 채널에 시간단위로 쪼개어 방송하는 것으로 프로그램을 빠른 시간에 볼 수 있도록 해 주는 N-VOD(Near Video on Demand)등의 서비스가 제공될 수 있다.
디지털화에 따른 이점중 빼놓을 수 없는 부분중 하나가 정보의 고품질화이다. 디지털 신호는 아날로그 신호에 비해 잡음 특성이 강하며, 잡음에 의해 손실되거나 잘못된 신호의 복구가 가능하게 된다. 따라서 디지털신호는 아날로그 신호에 비해 고품질의 신호전송이 가능하게 된다. 특히, 방송측면의 경우 고화질 방송서비스 (HDTV: High Definition Television)가 가능하게 된다. 고화질 방송 서비스는 스포츠 중계 등의 방송분야에서 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있으며, 예술, 의료 등 고화질이 요구되는 여타 분야에서의 이용도 고려될 수 있다. 더불어 21세기에 본격화될 멀티미디어시대의 고품질의 컨텐츠, 영상 소프트웨어의 축적에 있어서도 활용이 기대된다. 더불어 1999년부터 서비스가 이루어질 것으로 기대되는 DAB(Digital Audio Broadcasting) 위성방송 서비스도 위성 신호의 디지털화에 따른 고품질 음성 서비스이다.
마지막으로 고려될 수 있는 것이 고기능화이다. 다양한 정보형태에 의한 멀티미디어형 방송이 이루어져 컴퓨터와의 융합 서비스, 통신•방송 융합 서비스 등 다양한 고기능 서비스가 가능하게 된다. 디지털 신호는 각종 정보를 동시에 전송하는 것이 가능하므로 기존 아날로그에서 실현하지 못하는 다채로운 서비스가 가능하게 된다. 각 시청자마다 원하는 프로그램을 분배하는 VOD, 수신기에 ID를 부여함으로써 특정의 관심을 가진 그룹마다 내용이 다른 프로그램을 볼 수 있는 서비스, 혹은 보다 고속으로 대용량의 데이터 방송에 의한 전자신문, 전자출판 등의 서비스 등이 디지털 신호에 의해서 용이하게 개발될 수 있어 다양화되는 이용자의 요구에 대응할 수 있게 된다.
이외에 디지털화에 따라 방송과 통신, 방송과 컴퓨터의 융합이 현재 이상으로 진전하는 것도 기대될 수 있다. 덧붙여 디지털화에 따라 통신 및 방송은 더욱 인텔리젼트화되어 다양한 고기능의 통신및 방송 서비스를 실현함으로써 멀티미디어시대의 중핵적 미디어로써 지위를 확보할 수 있게 된다.
2. 고주파수화
셀룰러나 PCS와 같은 이동통신 서비스와 더불어 향후 정보통신에 있어서 중요한 축을 이룰 것으로 예상되는 서비스는 멀티미디어 서비스이다. 멀티미디어란 영상, 음성, 문자, 그래픽 등의 표현 미디어 통합, 네트워크화, 대화형 등의 특징을 지닌다. 이러한 멀티미디어 정보를 전송하기 위해 고려되어야 할 전송 환경으로 광대역화와 초고속화를 꼽을 수 있다.
현재 위성통신에서 이용하고 있는 주파수 대역은 4GHz와 6GHz대의 C밴드와 11∼ 12GHz, 14GHz대의 Ku밴드가 주류를 이루고 있다. 하지만, 위성을 이용한 서비스가 증대함에 따라 C와 Ku밴드는 거의 포화상태에 이르고 있어 초고속 및 멀티미디어 정보를 전송할 정도의 넓은 대역폭을 할당할 수 없는 상태이다. 따라서 대용량의 정보를 전송하기 위해선 C나 Ku밴드보다 주파수 대역이 높은 Ka밴드 혹은 MM밴드 등 고주파수대를 이용하여야 한다. 더불어 고주파수대를 이용함으로써 위성의 전송용량을 높일 수 있게 된다.
지금까지 MM 및 Ka밴드는 강우 등 습도에 의한 신호 감쇠가 두드러져 거의 군용 위성에서만 이용되어 오던 대역이었으나 MM 및 Ka밴드는 2,500MHz의 광대역 전송이 가능하고 안테나 및 RF 장치의 소형화가 가능하다는 이점을 지니고 있어 이를 실용화하기 위한 연구가 활발하게 이루어져 왔다. 특히, 이러한 연구는 주로 광대역 전송시 요구되는 우수한 평탄도, 높은 송신출력 등 요구성능을 만족할 수 있는 부품 개발이 큰 부분을 차지하고 있으며, 이를 위하여 Ka밴드 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술, 고출력 증폭기의 출력증대 기술, 고이득 능동형 다중빔을 구현하기 위한 부품기술 개발 등이 이루어 지고있다.
또한, 인공위성을 이용한 통신은 컴퓨터 통신망을 전세계로 확장시키기 위한 기반기술이 된다. 전송속도가 높은 위성간 통신 및 지상 통신망과 위성통신을 융합하는 기술의 확립이 앞으로의 과제이다. 영상, 음성 등을 일괄적으로 송수신하는 데는 대용량의 전송수단이 필요하다. 전송에 전파를 이용하는 경우에는 기존의 주파수대는 혼잡하여 충분한 대역폭을 취할 수 없다. 이 때문에 위성통신에는 20GHz 이상의 주파수대인 Ka밴드를 이용하는 방법이 개발되고 있다.
Ka밴드는 물론이고 단파장의 MM밴드는 대기중 비의 방해를 받기 쉽고,지상의 안테나를 소형화하는 것이 어렵다. 신뢰성을 유지하면서 지상의 안테나를 소형화하는 기술적인 문제가 남아있다.
위성에 탑재되는 안테나를 대형화하는 것도 하나의 해결책으로 이의 연구도 진행되고 있다. 위성에 고성능의 교환기를 탑재하여 지상국의 부담을 줄이는 방법도 검토되고 있다. 이외에 신호를 고속으로 변복조하는 기술, 전송신호의 오류를 정정하는 기술 등 고주파수용의 통신기술의 확립도 과제로 남아 있다. 위성은 대형 및 대용량화, 지구국은 소형화 1960년대 중반을 기점으로 지난 30여년간 위성의 전송용량은 100배 이상의 대용량화를 이룩하였다.
위성의 전송용량 증가는 주로 로켓 발사 기술의 진보에 따른 인공위성의 대형화에서 기인된다. 발사 가능한 위성 무게는 1960년대의 경우 수십kg에 불과하였며,1980년대 초까지도 위성 무게는 1톤 미만이 주류를 이루었다. 하지만, 1980년대 말을 기점으로 1.5톤 전후의 위성이 발사되기에 이르렀으며, 1990년도 중반에는 2톤 전후의 위성 발사가 가능하게 되었다. 이러한 추세가 계속된다면 2000년도에는 2톤에서 3톤 전후의 위성이 발사될 전망이다.
Intelsat을 중심으로 고정위성의 대형화 추세를 살펴보면, 1965년에 발사된 Intelsat-Ⅰ호는 원통형 위성으로 그 크기가 직경 0.72m, 높이 0.59m로 매우 적었다.당연히 위성의 전송용량도 전화 240회선 혹은 TV 1채널만 가능하였으며 설계 수명도 1년 6개월에 불과하였다. 이후 약 30년간에 원통형에 더하여 유선형에 태양전지용의 패널을 넓게 한 전개형 태양전지 패널 부상형의 위성이 개발되어 1980년 10월에 발사된 IntelsatⅤ호기에 적용되었다. Intelsat Ⅴ호는 전화 12,000회선 및 TV 2채널, 그리고 위성 높이 6.44m에 1,946kg의 무게를 지녔으며,위성수명도 7년으로 연장되었다. 더욱이 1997년 11월에 발사예정인 Intelsat Ⅷ호의 경우 전화 22,500회선 및 TV 3채널이라는 대용량의 전송용량은 물론이고 3,425kg의 무게에 설계 수명도 18 년으로 크게 향상될 예정이다.
최근 정지위성에 의한 통신에서도 이용자 장비도 2.7kg 이하로 까지 경량화되고 있다. 정지위성은 원리적으로는 3개의 위성으로 세계를 커버할 수 있지만,고도가 높아 지상으로부터의 전파가 약하게 된다. 이 때문에 위성 안테나를 크게 만들 필요가 있다. 특히 단말을 소형화하게 되면, 단말 출력이 낮아지게 되므로 위성 안테나는 더욱 대형화되어야 한다. 또한 안테나로부터의 전파를 지상의 특정지역에 집중적으로 전송하는 기술도 필요하다. 이러한 방법으로 다중빔(multi beam)방식이 연구되고 있으며, 현재 빔 수가 10정도까지이지만, 100 정도의 초다중빔 기술의 개발이 이루어지고 있다.
현재 운용중인 대부분의 통신 및 방송위성은 파이프와 같이 단순히 채널 중계의 수동적 역할만을 하고 있으나 앞으로는 위성탑재 신호처리기술을 통해 하나의 교환국 역할을 담당하게 된다. 위성탑재 신호처리 기능으로는 신호 복조 및 재변조, 오류정정, 중계기 채널 및 빔 스위칭, 클럭생성 및 복구, 채널의 동기화 및 등화, 간섭신호의 검출 및 제거, 신호의 분류 및 재분배 등을 포함하고 있다. 이러한 기능의 실현은 전송용량의 증대나 지구국의 소형화, 통신망간 연결의 융통성 증대 등 많은 이점을 얻을수 있다.
위성탑재 신호처리 기술은 처리수준에 따라 RF 프로세서,비트열 프로세서,전기저대역(full baseband) 프로세서로 구분되는데, 이중 RF 프로세서는 가장 단순한 형태로 매트릭스 구조의 RF 스위치를 이용해 위성 빔과 중계기를 정적 또는 동적으로 연결한다. 이미 이 기술은 Intelsat-6호에 사용되고 있으며, 일본의 기술 시험위성 ETS-Ⅵ호에는 10ns라는 짧은 시간 주기로 다이나믹하게 빔간 절체가 가능한 16×12 매트릭스 RF 스위치를 탑재하고 있다. 가장 복잡한 형태는 전기저대역 프로세서로서 정보 데이터 수준에서 복조 및 재변조, 에러정정 등 완벽한 통신신호 처리를 할 수 있다.
▒ 차세대 위성시스템 개발동향
위성통신은 신호 지연(time delay),지구국의 크기, 보안성, 다른 통신시스템과의 전파 간섭 등의 단점이 있다. 이중 신호지연이 가장 큰 단점으로 대두되어 왔다. 신호지연의 원인은 지표면과 위성간의 거리에 의해 발생된다. 지표면과 정지위성 궤도간의 거리는 지구원주와 비슷한 35,800km로 통신위성에서 송신한 데이터는 약 250㎳ 후에 지표면에 도달하게 된다. 특히, 이러한 전송지연은 실시간 전송이 요구되는 음성통신에 있어 심각한 문제로 야기될 뿐만 아니라 데이터 통신에 있어선 프로토콜간 비효율성이 발생하게 된다. 이외에 지구국 규모, 보안성 및 간섭 등이 있다.
통신위성에서 전송한 신호가 지구표면에 도달하게 되면, 거리상의 문제로 인하여 수신지에서 신호를 판별하지 못할 정도로 신호 전력이 크게 낮아지게 된다. 따라서, 보다 고전력의 신호전송이 필요하게 되고, 이때문에 지구국 안테나의 반경이 커져 지구국 설치가 어렵게 된다. 또한, 위성신호는 방송신호와 같이 동보성을 지니므로 타 통신기술에 비해 데이터의 보안성이 극히 떨어진다. 예를들어, 위성의 커버리지(coverage: 유효범위)내 수신지는 주파수만 맞춘다면 그 위성이 전송하는 모든 신호를 수신할 수 있게 된다. 따라서, 통신위성에서 암호화는 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
따라서 차세대 위성통신 시스템은 이러한 위성의 단점을 개선하기 위한 방향으로 구현되고 있다. 이러한 시스템으로는 신호 지연을 최소화하고 단말의 소형화할 수 있는 저궤도 이동위성통신 시스템, 초고속 데이터 전송이 가능한 Ka밴드 위성통신 시스템, 위성간 통신 및 심우주 통신 등 대용량 실시간 처리가 가능한 광위성통신 시스템, 그리고 고품질의 영상 서비스가 가능한 디지털 위성방송 시스템 등이 있다.
1. 광위성통신 시스템
광위성통신v시스템의 개념은 1960년대 중반에 처음 등장하였다. 그 후,1960년대 후반에 미국의 기술위성인 ATS-F호에 탑재할 목적의 레이저통신 시스템이 개발되었으나 예산상의 이유로 무산되었다. 그리고 1970년대에 NASA의 CO2 레이저를 이용한 통신용량 300Mbps 광위성통신 모델, USAF의 YAG 레이저를 이용한 1,000Mbps 광위성통신 시스템의 지상실험 등이 이루어졌다. 하지만, 이러한 광위성통신 시스템은 가스레이저를 이용하는 것으로 실험 단계에 머무는 수준이었다. 하지만, 1980년대부터 지상 광통신 시스템의 진화가 급속히 이루어짐에따라 이를 응용한 광위성통신 시스템의 개발도 급속히 추진되기 시작하였다.
가) 광위성통신의 특징
광위성통신 시스템은 소형경량의 장비에 따른 내간섭성의 대용량 통신이 가능하다는 이점이 있는 반면 기존 위성통신 기술과는 다른 연구개발이 이루어져야 한다는 어려움이 있다. 즉, 광위성통신 시스템은 기존 지상의 광전송 시스템에 비해 다음과 같은 특징을 지니고 있다.
① 광위성통신은 초원거리 통신이므로 지상 시스템에 비해 고출력, 고감도 수신 기능이 요구됨.
② 고속으로 움직이는 이동체간 통신이므로 고정밀의 포착, 추적, 지향기술이 요구되며, 이동체간에 도플러 천이가 커 주파수 추적이 필요.
③ 광송수신 빔이 미세하여 송수신간의 광움직임차(point ahead angle)를 보정할 필요가 있음.
④ 배경광의 영향이 발생함.
나) 광위성통신의 이용분야
광위성통신은 위성간 제어관련 데이터 중계를 비롯하여 대용량의 데이터 전송이 요구되는 분야에 응용될 것으로 보인다. 특히, 심우주와 지상의 기지국간의 응용이 가장 먼저 이루어질 것으로 보이며, 대용량의 화상 정보를 전송하게 될 우주탐사 위성과 지상 관제국간의 통신에도 광위성통신이 이용될 것으로 보인다.
다) 광위성통신의 요소기술
광위성통신 시스템은 반도체 레이저(LD) 등의 광원, 광변복조계, 광빔 제어계, 광안테나계로 구성된다. 광원 및 이용파장은 통신용량, 광출력, 전송거리, 광안테나 이득, 수광소자 감도, 그리고 배경광 잡음 등의 회선설계상의 요구조건과 광원의 개발 현황에 의해 결정되며, 현재 0.8㎛대 LD와 1.06㎛대 Nd:YAG 레이저가 가장 적합한 것으로 되어 있다. 특히, 광특성상 파장과 광소자의 크기는 비례하므로 광위성통신 시스템의 개발에 있어선 일반적으로 파장이 짧은 파에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 또한 통신용 광검출기는 APD(Avalanche Photo Diode)가 이용되고 있다.
변복조방식으로는 정보를 광의 세기로 변환하여 전달하는강도변조/직접검파(Inden-sity Modulation/Direct Detection: IM/DD)방식과 광파가 마이크로파와 동일한 특성을 지난다는 점을 이용한 광코히어런트 변복조 방식이 있다. IM /DD 방식은 100mW 광출력으로 360Mbps전송속도를 달성하는 광모뎀이 개발되는 등 고출력•고속화 소자 개발이 이루어지고 있어 현재 실험중이거나 개발중인 광위성통신 시스템은 거의 IM/DD 방식을 채용하고 있다. 하지만, 기존 반도체 레이저를 이용하여 고속•대용량화를 도모하는데는 광출력에 한계가 있어 1Gbps 이상의 대용량화를 달성하기 위해선 광 ISL용 고출력 LD 내지 광증폭기의 개발, 더 나아가 파장다중화 등에 대한 대응이 필요하다.
코히어런트 방식은 배경광에 강해 광출력을 낮출 수 있으나 주파수 추적 및 검파면에서의 전계 정합 등의 문제를 해결할 필요가 있다. 또한 단일 모드에서 협소한 빔의 레이저 개발이 필수적이다. 하지만, 코히어런트 방식은 파장다중이 용이하여 대용량화를 실현할수 있다. 따라서 현재로써는 IM/DD 방식이 구현상의 이점으로 인해 널리 이용될 것으로 보이나 장기적으론 대용량화가 용이한 코히어런트 방식, 특히 감도가 가장 높은 PSK(Phase Shift Keying) 변조방식이 도입될 것으로 전망된다.
2. 이동위성통신 시스템
저궤도 이동위성통신 시스템은 기존의 정지궤도를 이용한 차량 탑재형이나 선박 탑재형에서 벗어나 비정지위성을 이용하여 개인 휴대용으로 까지 발전하고 있다. 아직까지 개인 휴대용을 지원하는 시스템의 상용 서비스가 이루어지지 않고 있으나 1998년부터 국제 이동위성통신망을 구축을 목적으로 하는, 앞서 설명했던 Iridium이나 Globalstar 등이 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 특히, 1996년부터 위성을 이용한 글로벌 휴대전화 시스템을 주창하고 있는 Iridium이나 Inmarsat등의 첫 위성 발사가 이루어지고 있어 일부지역에선 1997년부터 시험 서비스가 제공되고 있다. 더불어 초기의 이동위성통신 시스템은 Loral, Motorola 등 미국 기업이 중심이 되어 추진 되었으나 최근에는 유럽을 비롯하여 아시아 국가와 남미 국가들도 활발한 움직임을 보이고 있다.
가) 이동 위성 통신의 요소기술
향후 이동위성통신 시스템의 핵심기술은 위성에 탑재하는 중계기, 위성 및 지구국 안테나, 주파수대역이다. 특히, 정지위성에서는 신호지연이 커 허브국을 통하지 않고 이동국간에 직접 통신하는 것이 필요하다. 따라서 위성 자체에 교환기능이 필요하게 되고 통신 제어기능 및 과금기능 등이 포함될 필요가 있다. 더불어 지구국이 초소형이므로 위성은 높은 EIRP와 G/T가 요구된다. 이러한 연유로 위성탑재 안테나는 대형화가 되어야 하며, 이는 결국 서비스영역을 여러개의 빔으로 커버하는 다중빔화가 필요하게 된다. 더불어 빔에 할당된 전력, 주파수, 타임슬롯 등을 트래픽 상황에 맞게 고속으로 절체할 필요가 있기 때문에 위상안테나가 유효하게 된다. 또한 빔이 다른 이동국간에 통신하는 경우 필요한 회선제어, 이동국이 빔을 벗어나 이동하는 경우의 핸드오프 등의 기술 개발이 요구된다.
이동위성통신에는 현재 1.5∼2.5GHz 전후의 주파수대가 이용되고 있으나 이용자 증가와 고속전송 요구에 대처하기 위해서는 보다 고주파수대의 위성 시스템 개발이 필요하게 된다. 주파수가 높아지면 소형의 고이득 안테나를 이용할 수 있다는 이점은 있으나 지향성이 증가하여 추미가 필요하며, 강우감쇠도 문제가 된다. 따라서 이동위성통신에 적합한 소형 고성능의 지향성 안테나 개발도 중요한 문제가 된다.
나) 이동위성통신 시스템 개발동향
이동위성통신 시스템은 정지궤도상에서의 신호지연으로 인해 일반적으로 저궤도를 목적으로 하며, 전송하고자 하는 정보에 따라 Little LEO와 Big LEO로 분류된다.
데이터통신 서비스를 주목적으로 한 Little LEO 시스템은 이미 Orbcomm, 러시아의 Gonets, 그리고 Vitasat이 시험 서비스에 돌입하였으며, 정지위성을 이용하여 데이터통신 서비스를 제공하는 AMSC도 1995년부터 상용 서비스를 실시하고 있다. 휴대전화 시스템을 목적으로 한 Big LEO는 1997년 CCI사의 ECCO를 시작으로 1998년에 글로벌 이동위성통신 시스템을 목적으로 한 Iridium, Globalstar, 지역 이동위성통신 시스템인 Marafon 등이 서비스를 시작함으로써 본격적인 글로벌 이동위성통신 시대가 열리고 있다. 이러한 글로벌 이동위성통신망이 구축되면, 우리는 어디에서든지 휴대용 단말(셀룰러 전화 등)을 이용하여 원하는 사람과통화를 할 수 있게 될 것이다.
3. 초고속 대용량 위성 시스템
C 밴드 및 Ku밴드의 위성주파수 사용이 전세계적으로 포화상태에 이르고 초고속 정보 전송을 위한 넓은 주파수대역이 요구됨에 따라 새로운 주파수 자원인 Ka밴드 및 MM밴드 위성주파수 활용이 급속하게 증대될 것으로 보인다. 특히, Ka밴드 시스템은 2,500MHz의 광대역 전송이 가능하고 안테나 및 RF 장치의 소형화가 가능하다는 이점을 지니고 있다. 따라서 Ka밴드 시스템은 향후 HDTV 등의 영상 전송, 개인위성통신 등 새로운 서비스가 펼쳐질 초고속 위성통신망 구축과 관련하여 매우 중요한 위성 시스템으로 간주되고 있다.
ITU의 무선규칙에 의하면, Ka밴드는 Ku밴드 보다 높은 29∼40GHz 대역으로 강우등 습도에 신호 감쇠가 두드러져 지금까지 이용이 기피되어온 대역으로 군용 위성이나 일본이나 이탈리아등에서 전화중계용으로 드물게 이용되었다. 따라서 Ka밴드 위성이 완전히 실용화되기 위해선 광대역 전송시 요구되는 우수한 평탄도, 높은 송신 출력 등 요구성능을 만족할 수 있는 부품 개발이 요구되고 있다. 특히, Ka밴드 MMIC(Monolithic Microwave Intergrated Circuit) 기술, 고출력 증폭기의 출력증대 기술, 고이득 능동형 다중빔을 구현하기 위한 부품기술 개발 등이 이어지고 있다.
이러한 Ka밴드 기술개발을 목적으로 현재 미국, 독일, 이탈리아, 그리고 일본에서 9기의 위성이 운영되고 있다. 1977년 12월에 발사된 일본의 실험용 통신위성인 CS를 통하여 처음 실험이 행해진 이후 1990년대 들어 이탈리아의 ITALSAT(1991년 1호, 1996년 2호 발사), 일본의 N-STAR(1995년 발사)와 Superbird(1992년 발사), 유럽의 OLYMPUS (1989년 발사), 그리고 미국의 ACTS(1993년 발사)와 같은 Ka밴드 시험 프로젝트 위성이 실용화를 목적으로 운영되고 있어 멀지 않아 Ka밴드 위성의 실용화가 기대되고 있다.
더불어 미국과 유럽을 중심으로 최근 멀티미디어 서비스를 목적으로 한 다수의 고속위성통신 시스템이 제안•검토되고 있다. 이러한 Ka밴드 위성은 Teledesic과 같이 비정지궤도를 이용한 시스템과 SpaceWay 등 정지궤도를 이용한 시스템으로 분류된다. Ka밴드로의 개발이 가장 활발한 미국의 경우 미국의 1995년 10월에 13개 사업자에게 Ka밴드 시스템에 대한 면허를 부여하였으며, 1996년 5월에는 8개 시스템에 대하여 33 궤도면을 할당하였다. 이러한 Ka밴드 위성시스템의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
○ 음성, 영상, 데이터 등의 통신 서비스를 저속(16 혹은 32kbps)에서 고속(1.544Mbps 이상)까지 지원.
○ 빔당 주파수대역은 120MHz 정도로 빔폭 약 1도의 멀티빔으로 서비스 영역을 커버.
○ 이용자 단말로는 안테나 직경 66cm에서 2m 정도의 소형지구국을 이용.
○ 글로벌 시스템은 60GHz대의 위성간 통신 회선으로 네트워크를 구축.
MM 밴드는 Ka밴드 이상, 즉 40MHz 이상의 주파수대역을 말하며, 이용 주파수대역이 넓고 현재 거의 이용되지 않아 비교적 주파수를 손쉽게 선택할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 파장이 짧으므로 통신기기의 소형경량화가 가능하게 된다. 하지만, 이의 장비 개발 및 제조에 고도의 기술이 요구되고 있으며, 현재는 수요가 적어 장비가격이 매우 높게 책정되어 있다.
4. 위성방송 시스템
방송은 현재 크게 3가지 방향으로 진화가 이루어지고 있다고 볼 수 있다. 첫째는 디지털 방송이며, 두번째는 데이터 방송, 그리고 마지막으로 HDTV로 대표되는 차세대 TV이다. 디지털 다채널방송은 미국의 DirecTV를 시작으로 위성방송에서 실용화가 이루어지고 있다. 유럽에서도 DVB, DAB 등 실용화가 급속히 진전되고 있다.
또한 데이터 방송에서도 인터텍스트(intertext), 혹은 인터넷(internet) 등 현재 상용화되고 있는 위성방송은 전송시 발생하는 빈 영역을 사용하여 팩시밀리 신호, 정지화신호, 문자신호, 텔레소프트웨어 신호 등 각종 데이터 신호를 전송하는 방송을 위성에 의한 데이터 방송이라고 한다. 특히, 데이터 방송은 방송의 멀티미디어화에 있어 선구적인 역할을 수행할 것으로 기대를 모으고 있다. 또한, 전기통신회선 등과의 미디어 합성에 따라 양방향화에 의한 다양한 어플리케이션의 개발이 가능해질 것으로 보인다.
가) DBS
위성방송(Satellite Broadcasting)은 일반적으로 TV 프로그램이나 음성 프로그램 등의 각종 방송 프로그램을 전송할 목적으로 인공위성을 이용하는 방송 시스템을 의미한다.
즉, 위성방송은 방송국에서 TV신호(프로그램)를 송신국으로 전송하면 송신국은 적도상공 36,000km에 위치한 정지위성궤도의 인공위성에 전파를 발사하고 위성은 수신된 전파를 증폭하여 재송출하는 방송 시스템을 말한다. 특히, 수신자는 간단한 수신장비(DBS용 소형 안테나)를 이용하여 TV신호의 수신이 가능하게 된다. 1994년 6월, 미국의 Hughes Elec-tronics가 설립한 DirecTV사가 SATCOM K1을 이용하여 150 채널의 서비스를 제공함으로써 위성방송의 디지털화는 본궤도에 오르게 되었다. DirecTV 가입자는 General Motors사의 18인치 소형 접시형 안테나를 설치하여 깨끗한 디지털 영상과 음질을 시청할 수 있게 되었다.
디지털 위성방송의 경우 영상, 음성 등의 각종 데이터는 방송국에서 다중화되어 방송위성에 전송된다. 방송위성에서는 수신된 신호를 다시 고출력으로 각 가정의 수신기로 재전송하게 된다. 가정에선 수신된 신호를 복조한 후 원하는 서비스를 선택해 볼 수 있다. 여기에서 기저대역을 MPEG-2 등과 같은 표준화된 압축기술을 이용하는 처리하는 경우 다른 매체와의 정합성을 높일 수 있을뿐만 아니라 하나의 수신기로 다양한 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
위성방송에 이용할 수 있는 주파수 대역으로는 12GHz외에 2.6GHz와 21GHz도 가능하다. 2.6GHz는 이동통신용 위성방송, 21GHz는 광대역 전송을 이용한 고품질 방송에 이용될 것으로 보이며, 2007년 이후에 상용 서비스가 제공될 것으로 예측된다. 특히, 각 전송방식은 전송로 특성에 따라 설정될 필요가 있지만, 기본적으로 ISDB의 개념에 근거로 한 시스템을 고려한다면 수신기의 신호처리방식의 대부분이 12GHz대의 신호처리방식과 일치할 것으로 보인다.
위성방송은 허상이나 페이징 등이 없는 고품질의 신호를 수신할 수 있다. 특히, 수신 안테나가 작기때문에 지상서비스에 비해 낮은수신 CN비밖에 얻을 수 없으므로 저 CN비에서도 효율적으로 이용할 수 있는 전송방식의 선택이 요구된다. 또한, 방송위성에서는 중계기의 출력을 가능한 한 높이기 위해 TWT를 포화영역에서 운용한다. 이 때문에 중계기는 비선형특성을 갖게 되고 전신호에 변형이 생기게 된다. 이외에 전송대역의 한계로 광대역전송의 경우 전송신호가 약해지게 된다. 따라서, 비선형특성에 강하고 주파수 이용 효율이 높은 전송방식이 요구된다.
디지털방송에서 수신 CN비가 충분히 큰 경우에는 방송국에서 송출한 신호를 거의 약화없이 수신할 수 있지만, 수신 CN비가 임계값을 넘지 않을 경우 신호가 급격히 약화된다. 아날로그방식은 잡음이 서서히 증가하기 때문에 같은 서비스 시간율로 본다면 디지털 방식에 비해 정보 수용가능시간이 길다.
디지털방송의 서비스시간률을 아날로그방식과 동일한 수준으로 높이기 위해선 위성의 송출전력을 높여야 하므로 현실성이 매우 낮아질 뿐만 아니라 전력속밀도에 대한 국제무선통신 규칙에도 위배된다. 따라서, 기존 위성전력을 효율적으로 이용할 수 있는 방법이 모색되기에 이르렀고 계층화 전송방식이 최근 제안되고 있다. 이는 신호의 약화현상을 계층화(부호화방식, 전송방식에 따라 결정)함으로써 아날로그 전송방식의 특성에 매우 근접시킨 기술이다. 특히,계층화 전송방식은 TDM(Time Division Multiplexing: 시분할다중화),FDM (Frequency Division Multiplexing: 주파수분할다중화), CDM(Code Divi-sion Multiplexing: 코드분할다중화)에 적용이 가능하다.
디지털 위성방송에 의한 다채널화 및 고품질화가 이루어지면서 전문가들의 예상과는 달리 빠른 속도로 보급되기 시작하여 Echors-tar의 DISH, Tee- Communications사의 Primestar, News사의 ASkyB(American Sky Broadcasting) 등 많은 사업자들의 참여가 이어지고 있다. DBS라는 용어보단 DTH(Direct To Home)라는 개념을 사용하고 있는 유럽도 1996년 1월 Telepiu를 시작으로 CanalPlus, 독일의 DStv(NetHold) 등 약 10여개사가 디지털 방송 서비스를 제공하고 있다.
나) DAB
DBS와 마찬가지로 DAB는 현재의 아날로그 방식의 AM 및 FM 방송과는 달리 디지털 방식을 도입한 것으로 혼신에 의한 음성 약화 및 이동체 수신 불량을 완전하게 해소할 수 있을 뿐만 아니라 고속 데이터 전송이 가능하다는 이점이 있다. 지상파를 이용한 DAB는 마르코니의 무선전신 발명 100주년이 되는 1995년 9월에 영국의 BBC 방송과 스웨덴의 SR(Sweden Radio)가 동시에 방송을 개시함으로써 본격적인 막을 올리게 되었다. 이후 덴마크도 DAB 방송을 개시하였으며, 유럽과 북미를 중심으로 정규방송 및 실험방송이 진행되고 있다. 하지만, 위성을 이용한 DAB 서비스, 즉 DAB 위성 서비스는 아직까지 이루어지지 않고 있다.
※ 출처 - http://cafe.daum.net/imt2000
※ 출처 - http://cafe.daum.net/imt2000
▒ SB / 위성방송
SB는 Satellite Broadcasting의 약어로 위성방송을 말하며 적도상공 약 3만6천키로미터의 궤도에 쏴올린 방송위성(BS: Broadcasting Satellite)을 이용해 텔리비전 방송이나 PCM(Pulse Code Modulation)방송 등의 각종방송을 하는 것을 말한다.
위성방송은 일반공중에 의해 방송이 직접 수신되도록하기 위한 것으로 인공위성에 탑재된 우주국에 의해 신호를 전송 또는 재송신하는 방송방식이며 방송위성은 수신측이 개별수신이냐 공동수신이냐에 따라 고출력형과 중출력형으로 대별되며 세계 각국의 위성방송은 개별수신형태인 전자가 주류를이루고 있으나 공동수신형태인 CATV(유선TV)등에의 분배를 목적으로 한 중출력형의 통신위성도 있다.
위성방송의 장점으로는 첫째, 위성으로부터 직접 전파를 송신하기 때문에 화질의 첨화가 적고 화상이 깨끗하다. 둘째, 적도상공에 한반도를 향해 전파를 송신하기 때문에 제주도나 울릉도까지도 포함하는 전국 일재방송이 가능하며 난 시청지역에도 깨끗한 영상을 제공할 수 있다. 셋째, PCM(펄스부호 변조)장치를 사용하기 때문에 고음질의 방송이 가능하다. 넷째, 위성을 중계매체로하여 방송을 하기 때문에 지구상에서 발생하는 자연 또는 전쟁 등의 재해를 입지 않고 긴급시에도 전국에 일제히 방송할 수 있다는 것 등을 꼽을수 있다.
위성방송은 음성신호를 디지틀화하고 있는데 그 전송모드에는 A모드와 B모드의 두종류가 있으며 이 모드는 각각 방송국측 프로의 내용에 따라 선택해 사용한다. A모드는 14비트, 샘플링 주파수 32KHz라고 하는 포맷으로 FM방송과 동등의 음질을 갖는다. 이에 대해 B모드는 16비트, 샘플링주파수 48KHz라고 하는 CD(컴팩트디스크)정도의 음질을 실현시킨다.
▒ 위성통신의 기술
위성통신기술은 지난 30년간 눈부신 발전을 거듭해 왔으며 우리나라에서도 1995년 8월에 통신방송 위성인 무궁화호 위성을 발 사하게 됨으로써 본격적인 위성통신시대를 맞이하게 되었다.
제 1세대 무궁화호 위성 시스템은 미국 Lockheed Martin사를 주계약자로, 한국의 금성정보통신(주)과 영국의 Matra Marconi사를 부계약자로 선정, 위성체와 관제시설을 제작하여 지난 8월 발사되었다.
무궁화호 제작업체에 국내 연구인력 30명이 장기 파견되어 설계, 제작 및 시험의 전 과정에 참여하였고 현장기술을 습득하고 귀국한 바 있다.
무궁화 위성 통신망에 사용될 저속데이터 전용 지구국(VSAT) 및 행정통신 지구국(DAMA/SCPC)의 장비는 우리 나라 연구소에 의해 개발이 성공리에 완료되어 시험 서비스를 마쳐 1996년 중 서비스가 시작될 예정이며 무궁화 위성용 디지털 위성방송 송신기 시스템도 개발 완료 단계에 이르러 1996년 초에 시험 방송에 들어갈 예정이다.
위성통신기술의 주요 연구개발 추진 내용 중 위성망 설계기술 분야는 무궁화 위성망의 독자 설계 능력 확보를 목표로 위성망 최적 설계를 위한 Tool 들을 연차적으로 개발하고 있으며, 위성망 치국 설계를 위한 전파 간섭분석 시스템 s/w 프로그램의 통합 시험을 추진하였다.
위성 중계기 기술 분야는 1992년도에 위성중계시험장치를 구현하였고, 1994년도에는 Ka/Ku 대역 실험모델 위성중계기 시스템 및 구성핵심 부품기술을 개발 완료하여 설계, 종합화, 시험에 대한 기초 기반 기술을 확보하였다.
축적된 기술울 바탕으로 1995년도 부터 1998년도 까지 Ka/Ku 대역의 인증 및 비행 모델 위성중계 시스템 기술 및 핵심부품 기술 개발을 수행할 것이다.
위성 관제 기술분야는 1990년부터 1994년까지 실험실 모델 관제시스템을 개발완료하여 설계, 제작, 종합화 및 시험에 대한 기반 기술을 확보하였다.
축적된 기술을 바탕으로 1995년부터서는 1999년 발사될 다목적 위성을 목표로 한 실시간 시스템, 임무분석 시스템 및 시뮬레이터 시스템 등 저궤도 위성관제 시스템 개발을 시작하였다.
도서벽지/행정통신 지구국(DAMA/SCPC)시스템 분야는 1991년 6월부터 1993년 6월까지 우리 나라 연구소 주관으로 대우통신(주), 동양전자 통신(주)과 이태리 Alenia Spazio 사간의 국내 및 국제 공동연구로 이태리 현지에서 개발한 시스템을 국내에 반입, 일부 기능을 보완하여 상용 시제품을 개발 완료하여 1994년 중반부터 임차위성(Intelsat-VII)을 통한 시험 서비스망을 설치 운용중에 있으며, 1995년에는 기 개발 완료된 시스템에 대해 화상전송 등 최대 2Mbps 까지의 서비스를 제공하기 위한 추가 기능개발을 국내 업체와 공동으로 수행하였다.
또한 1996년부터 무궁화위성을 이용한 상용서비스시 필요한 한국통신의 DAMA-SCPC 시스템 상용시제품 시험에 대한 기술적 지원을 수행하였다.
저속 데이타 전용지구국(VSAT) 시스템 분야는 1991년 6월부터 1993년 6월까지 우리 나라 연구소 주관으로 금성정보통신(주), 삼성전자(주), 현대전자산업(주)과 캐나다 MPR Teltech사간 국내 및 국제공동연구로 캐나다 현지에서 개발한 시스템을 국내에 반입, 일부기능을 보완한 상용 시제품을 개발 완료하여 1993년 9월부터 임차위성(Intelsat-VII)을 통한 VSAT 시범망을 정보통신부, 한국통신, 현대전자(주), 서울대학교를 연결한 시험서비스망 운용을 실시하였다.
VSAT 시스템을 응용 개발한 무선호출 데이터 전송 지구국시스템(PAGES)은 1994년 6월부터 우리 나라 연구소 주관으로 시스템을 설계하고 1 995년 1월부터 서브시스템 설계 및 제작에 대하여 현대전자와 공동연구를 통하여 시스템 개발을 1995년 11월 완료하였으며, 여기에 부품의 국산화를 위해 자네트시스템(주)과 서호전기(주)가 참여하였다.
무궁화 사업의 일환으로 국내 무선 호출망 사업자들이 PAGES 시스템을 이용하여 고품질의 무선호출 전송로를 구축할 예정이다.
위성방송 전송 기술개발 분야는 1993년 말부터 우리 나라 연구소가 LG 정보통신 및 캐나다 MPR Teltech사와 공동개발을 통하여 MPEG-2 압축방식과 ETSI 표준전송 방식을 적용한 디지털 위성방송 시스템 개발에 착수하여 1995년도 말 개발을 완료하여 1996년 1월 현재 한국통신의 인증시험에 있다.
디지털 위성방송 수신기 분야는 우리 나라 연구소가 제공한 송.수신기 정합규격에 따라 국내 9개사가 개발하고 있다. 또한 고선명 TV 위성전송 시스템을 1998년 말까지 개발 완료하여 1999년 초부터는 방송시험을 실시할 계획이다.
이상과 같은 연구개발 실적을 기반으로 제1세대 무궁화호 발사를 위해 습득한 위성통신 시스템 기술과 핵심부품 기술을 응용 제2세대 무궁화호 위성의 독자개발을 성공적으로 수행하기 위한 준비를 철저히 해 나가고 있다.
▒ 위성 통신 방식의 원리 및 특성
1) 위성통신
지상 약 35,900[km]의 상공에 인공 위성을 쏘아 올리고, 이것으로 전파의 반사(수동 위성) 또는 증폭(능동 위성) 중계를 해서 무선통신을 행한다. 보통 임계 주파수 이상으로서 감쇠가 적은 1-10[GHz]대 (전파의 창)의 주파수를 사용한다.
2) 위상국용 통신장치
지상국에서 발사하는 전파를 수신하고 이것을 중계하기 위해 증폭, 주파수 변환을 하여 다시 지상국을 향해서 전파를 발사하는 것이다.
☯ 위성통신을 위해 필요한 장치
- 통신 중계용 장치
- 송,수신을 하기 위한 안테나계
- 지상국에서 위성을 제어하기 위한 지령 장치
- 위성 내의 모든 정보를 지상에 전송하기 위한 텔레미터(telemeter)장치
- 위성에 설치한 각 기기를 동작시키기 위한 태양 전지 등의 전원 장치
☯ 지상국(또는 지국구)용 통신장치
- 위성 통신 송,수신 장치
- 송,수신을 하기 위한 안테나계
- 안테나를 통신 위성의 방향에 정확히 향하게 하는 추적 장치
- 지령 장치
- 텔레비젼 및 다중 전화용 단국(terminal) 장치
3) 인텔샛 위성 통신
그림과 같이 우주 상공에 배치되어 지구국에서 발사한 전파를 중계한다. 지구국의 송신출력은 50-20[kW]정도의 마이크로파이고, 중계 전파의 주파수를 달리하여 지상으로 보낸다.우리나라의 지구국은 충남의 금산에 있으며, 태평양과 인도양 상공에 있는 통신 위성과 중계를 한다.
▒ 위성방송 방식
1) 방송 위성 업무
일반 공중에 의해 직접 수신되는 것을 목적으로 하여 신호를 우주국(인공 위성에 탑재된 국)에 의해 전송하고 또는 재송신하는 무선 통신의 업무를 말한다. 이 업무에 있는 "직접 수신"에는 개별 수신 및 공동 수신의 쌍방이 포함된다.
개별 수신이란 방송 위성 업무의 우주국에서 발사된 전파를 수신하는 데 있어 간단한 가정용 설비, 특히 소형 안테나(WARC-77의 기술 기준에 의하면 수신용 접시형 안테나의 직경은 90cm 이하로 되어 있다)를 갖는 설비로 수신하는 것이며, 공동 수신이란 방송 위성 업무의 우주국에서 발사된 전파를 수신하는 데 있어 어느 경우에는 복잡하며 또 개별 수신에 사용되는 안테나보다도 대형 안테나를 갖는 수신 장치에 의해 다음 용도를 목적으로 하는 것이다.
- 어느 장소에 있어서 일반 대중의 한 집단에 의한 수신
- 한정된 구역을 대상으로 한 분배 통신계를 경유하는 수신
개별 수신과 공동 수신의 규모에 대해서 ITU의 국제 무선 통신 자문 위원회(CCIR)는 아래 표와 같은 Service area 끝에서 수신 안테나 빔폭과 직경을 표시하고 있다.
2) 궤 도
방송위성의 정지 위치는 지구 표면에서 약 36,000km 높이의 원궤도로 지구의 자전을 고려하여 적도 상공으로, 위성은 지구의 자전과 같은 주기, 같은 방향으로 회전하며 지구상에서 위성을 보아 언제나 하늘 한 곳에 정지해 있는 것처럼 보이므로 이 정지 위성 궤도에 있어야 하며 서비스 지역 내에서 위성을 보았을 때의 앙각(仰角)과 위성의 식(食) 발생 시각 등을 고려하여 결정한다. 앙각이 높으면 산악 지역의 산그림자, 도시에서의 높은 빌딩에 있어서도 전파의 수신이 가능하게 된다.
WARC-BS에 있어서도 수신 안테나의 앙각이 통상 20도 이상, 산악 지역 30도 이상, 열대 다우 지역에서는 40도 이상으로 할 것을 원칙으로 하여 채택하고 있다.
우리나라의 산악 형태, 인구 분포 등을 고려하여 검토한 결과, 앙각 30도 이상 방향에서 전파를 발사하면 우리나라 전역을 커버할 수 있다고 한다.
한편, 위서의 식(食) 시간에는 방송이 중단되므로 이 시간을 한밤 중에 오게 할 필요가 있으며 우리 나라의 경우, 정지 위치가 동경 110도 부근에 있으면 식의 발생 시간은 한밤 중인 2시경이 된다.
3) 주파수대
방송 위성 업무의 주파수대는 1971년에 WARC-ST에서 처음으로 분배되어 1979년 WARC-79 및 1985년 WARC-ORB에서 추가 수정되었다.
주파수대의 분배 및 그 이용은 다음의 표로 나타내었다.
4) 전송 방식
TV위성방송을 위한 전송 방식으로서는 방송 위성의 송신 전력면에서 기술적, 경제적으로 실현 가능한 것으로 하기 때문에 지상 USB-AM 변조 방식에 비해 같은 화질을 얻는데, 송신 출력이 약 20dB정도되는 FM변조 방식이 이용되고 있다.
음성의 다중 방식으로서는 음성 부반송파를 영상 신호로 주파수 다중하는 방법이나, 영상 신호의 수평, 수직 동기 신호에 음성 신호를 시분할 다중하는 방법 등이 있다.
최근엔 디지탈 음성 기술의 눈부신 발달로 위성의 음성 자동 방식으로 PCM 음성 방식의 도입이 추진되고 있다.
▒ 디지털 위성방송 기술 (Korean Broadcasting System)
방송국은 화상, 음성, 데이터 등의 프로그램 정보를 압축부호로 만들고 압축된 복수 신호를 다중화한다. 그 다음 전송시의 오류정정부호를 부가해서 디지털 변조를 한 뒤 위성중계기를 거쳐 수신기로 보내면 송신의 역처리 과정을 거쳐 시청자들이 시청할 수 있게 된다. 관련 기술로는 압축기술, 양자화, 다중화, 오류정정부호화, 변조가 있으며, 디짙털 기술의 기준은 디지털 TV 위성방송송신 표준방식 관련 기술기준에 의거한다.
① 영상 압축기술
아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환시키면 데이터 양이 크게 증가한다. 예를 들어 현재 우리 가 보고 있는 TV 방송은 한 채널당 4.2Mhz의 대역폭으로 아날로그 상태의 비디오와 오디오 정보가 전송되는데 이 정보를 디지털로 변환하면 720 x 480해상도, 컬러신호는 1초당 약 125Mbps의 데이터 양이 되므로 이 디지털 데이터를 최신의 전송방법으로 전송한다 하여도 30Mhz 이상의 대역폭이 필요하게 된다. 따라서 데이터의 압축기술은 필수 조건이다.
데이터 압축은 크게 무손실압축과 손실압축으로 구분할 수 있다. 무손실압축은 정보의 손실이 전혀 없이 데이터 양만 감소시키는 방법으로 압축률이 약 2:1에서 3:1정도밖에 되지 않는데, 진단을 위한 의료 영상을 예로 들 수 있다. 손실압축은 정보의 손실은 있더라도 데이터 양을 대폭 줄이기 위해 필요한 방법으로 수십대 일에서 수천대 일까지 압축할 수 있다. 이 압축률은 그 용도에 따라서 정할 수 있으며, 압축방법도 아주 다양하여 그 응용분야에 가장 적합한 방법을 취하는 것이 중요하다.
이러한 데이터의 압축은 여러 사람이 사용할 경우, 압축방법이나 형식이 일정해야 압축된 정보를 원래의 모양대로 복원할 수 있으므로 데이터 압축에 대한 세계 표준안이 필요하며 여러 분야에 있어서 표준안이 준비되었거나 현재 표준안 제정을 진행하고 있다. 정지영상 압축을 위한 'JPEG1', 동화상과 음향의 압축을 위한 'MPEG1', 'MPEG2', 'MPEG4' 등이 그 예이며 국제 표준안은 아니지만 고해상도 TV방송을 위한 미국의 'HDTV 표준안' 등도 예로 들 수 있다.
☯ MPEG
동화상과 음향의 압축을 위한 국제표준 MPEG는 ISO와 IEC가 정보표현의 표준화를 위하여 구성한 공동위원회 산하의 작업반인 'JTCI / SC29 / WG11'의 별칭으로 동영상과 음향의 압축, 그리고 다중화에 관한 표준을 제정하여 왔다. 멀티미디어 컴퓨터의 필수품인 시디롬과 같은 디지털 저장 매체에 VHS 테이프 수준의 동영상과 음향을 최대 1.5Mbps로 압축 저장하기 위한 목적으로 완성된 것이 'MPEG-1'이다. 이 압축방식은 근래 영화를 시디롬에 담아 상품화시킨 Video-CD와 CD-I/FMV에 쓰이고 있다.
MPEG-1에 이어, 디지털 TV 방송이나 HDTV, 대화형 TV, DVD등 보다 높은 화질과 음질을 필요로 하는 응용 분야를 고려하여, 보다 높은 비트율에서 영상과 음향을 압축하기 위한 목적으로 MPEG-1을 확장 개선한 것이 'MPEG-2'로 미국의 HDTV, 유럽의 DVB, VOD, 일본에서 개발경쟁이 치열한 DVD등에 이미 채택이 결정되었고, 우리나라에서도 1995년 8월 발사된 무궁화호 위성을 통한 직접위성방송(DBS)에 채택되었다. 기술적인 면에 있어 MPEG-2에는 그동안 학계에서 연구되어 왔던 많은 영상과 음향 압축기술들이 망라되었으며, 이 과정에서 구현 가능성을 함께 감안하여 현재의 디지털 기술로 구현이 어려운 알고리즘(연산법)들은 성능의 우수함에도 불구하고 탈락되었다.
반면 1998년중에 표준화가 끝날 예정인 'MPEG-4'는 차세대 멀티미디어 통신 및 데이터베이스 액세스를 위한 데이터 압축표준으로서, MPEG-2를 포함한 이제까지의 표준과는 달리 단일 표준이 아니라 여러 알고리즘이 공존하면서 응용 분야에 따라 선택하여 쓰도록 되어 있어, 많은 새로운 방식들이 MPEG-4에 포함될 것으로 보인다. 또한 MPEG 디코더는 세트당 3달러 정도로 합의가 이루어져 가고 있다.
② 양자화
아날로그양을 유한개의 불연속적인 값들로 나타내는 것으로 일반적으로 표본값은 어떤 진폭의 범위에서 연속적인 값을 취하지만, 이것을 정해진 구간으로 구분, 그 범위내의 값은 모두 한개의 대표값으로 표시하는 조작을 말한다. 이것으로 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되어 부호전송이 가능하게 되는데, 특히 레벨수가 2인 경우를 '2진 부호화'라 한다.
③ Multiplexing
④ 오류정정부호화
전송로를 디지털 신호가 잡음 등의 영향에 의해 에러가 발생하는 것을 피하기 위해 작은 에러가 포함되어도 원래의 신호를 복원할 수 있는 성질을 가진 에러정정부호를 변환하여 전송한다. 오류정정 부호화에 따라서 전송한 신호량은 원래의 신호량에 비해 어느 정도 증가한다.
⑤ 변조 (modulation)
정보신호(음성, 영상)를 반송파에 실어 정보전송에 적합한 형태로 만드는 것으로 변조방법에는 반송파의 진폭을 변화시키는 주파수 변조(FM), 위상을 변화시키는 위상변조(PM)등이 있다.
▒ 방송위성과 통신위성
위성방송은 적도상공 36,000km의 정지제궤도상에 있는 위성으로부터 지구상의 특정지역내의 일반 대중에게 직접 방송하는 것으로, 지상의 전파가 미치지 않았던 도서 벽지 등에도 방송을 내보낼 수 있다.
방송위성은 지상에 있는 지구국으로부터 방송 프로그램의 전파를 받아 내장하고 있는 방송용 중계기에서 증폭한 다음 지상의 서비스 지역을 향해 재송신한다. 그 구성은 기본적으로는 통신위성과 같다. 다른 점은 통신위성의 지상수신국이 대형 안테나를 구비하고 있는데 비하여, 방송위성에서는 수신자는 일반가정이기 때문에 직경 수십 cm의 소형 안테나밖에 사용할 수 없다는 점이다. 때문에 통신위성의 송신전력이 20~40W 정도인데 비해, 방송위성은 120W 이상의 전파를 송신할 필요가 있다. 방송위성의 전력은 태양전지에서 얻고 있다. 하지만 정지위성에서는 춘분과 추분을 중심으로 약 44일간은 지구의 그림자에 들어가 태양광이 쬐이지 않는 [식기(蝕旣)] 현상의 시간대가 생긴다.
이 시간대에는 태양전지로부터 전력을 얻을 수 없기 때문에 위성에 탑재되어 있는 전지만으로 필요한 전력을 충당할 수없어 방송이 중단된다. 식기현상이 없는 기간은 24시간 방송이 가능하다.
위성방송에 사용하는 주파수는 지상국에서 위성으로는 14GHz, 위성에서 지상으로는 12GHz(8채널)를 사용한다. 대단히 높은 주파수를 사용하고 지상에서 수신하는 전파도 대단히 약하기 때문에 수신측에서는 지향성이 강한 파라볼라 안테나나 여러개의 작은 안테나 소자를 집합시킨 평면 안테나를 사용한다.
영상신호는 지상방송과 같은 아날로그 전송이지만 상공으로 부터 전파가 보내져 오기 때문에 건물이나 산으로 인한 반사파의 영향은 없다. 그렇기 때문에 같은 화상이 몇겹으로 겹쳐 나타나는 고스트(ghost)현상 등이 일어나지 않아 깨끗한 화면을 얻을 수 있다. 또한 12GHz대를 사용하므로 전송대역폭을 넓게 확보할 수 있어 일반 TV 방송뿐만 아니라 HDTV 방송도 실현할 수 있다.
음성은 디지털로 전송되기 때문에 고품질이다. 최근에는 통신위성에 의한 영상통신이 성행되고 있다. 여러지역에 산재해 있는 CATV 사업자를 대상으로 통신위성을 이용하여 TV 프로그램을 전송하는 네트워크(space cable network)가 구축되어 CATV의 다채널화가 진행되고 있다.
이 전까지 각 가정이 위성으로부터 전파를 직접 받아 TV프로그램을 수신할 수 있는 것은 방송위성에 한정되어 있었으나, 90년대 들면서 통신위성을 이용한 방송(CS방송)이 가능하게 되었다. 통신위성은 방송위성에 비해 출력이 작아 수신안테나는 방송위성의 안테나보다 대형이 필요하지만 많은 채널을 확보할 수 있어 다 채널화에 매우 유력한 후보로 부상되고 있다.
일본에서는 민간통신위성의 JCSAT와 Super Bird가 12GHz의 방송위성과는 다른 주파수를 사용하여 TV방송과 음악방송을 내보내고 있다. 다만, 이들 통신위성의 위치가 멀리 떨어져있고 방송위성과도 상당히 벗어나 있어 수신 안테나는 별도로 준비할 필요가 있다. 목표하는 위성으로 방향을 바꾸도록 머리끝을 돌리는 형태의 안테나를 사용하는 사람도 있다. 위성을 사용한 방송에는 유료방송이 있다. 유료방송에서는 그대로는 내용을 알 수 없도록 스크램블러(scrambler)로 신호의 내용을 랜덤(random) 신호로 변환하여 송신하며 계약 수신자는 디스크램블러(descrambler)로 원래의 신호로 되돌려 수신한다.
▒ DirecPC (디렉PC)
디렉PC는 미국 휴즈사가 개발한 위성 통신서비스로서 가입자들은 기존 PC에 위성정보를 수신할 수 있는 초소형 안테나와 수신용 카드를 설치하면 위성을 통해 인터넷을 접속할 수 있다. 이 서비스를 이용하는 개인 가입자들은 위성에 직접 접속, 기존의 일반 전화선을 이용한 28.8kbps급 모뎀보다 최고 14 배, ISDN(종합정보통신망)보다 3배 빠른 4백kbps의 속도로 인터넷을 즐길 수 있다.
이 서비스는 디지털 광대역 위성을 이용, TV에 부착된 위성신호 해독 수신기 (디코더)를 PC에 부착하면 TV와 똑같이 디렉TV의 위성프로를 볼수 있게 하는 것이다. 즉 현재 디렉TV가 가정의 TV에 부착된 셋탑 박스 의 DSS(디지털 위성시스템) 수신기에 다 1백75개의 채널신호를 보내는 데 사용하고 있는 18인치 크기의 접시안테나를 그대로 이용, 동시에 PC수신기에 보내는 것이다.
향후 DSS신호를 해석하는 수신기를 내장한 PC가 나올 전망이며 기존 PC에 다는 수신기와 이미 설치된 DSS디코더를 연결해 주는 add-on board를 장착하면 된다.
이에 따라 최소한 디렉TV의 위성방송 서비스 가입자들중 PC를 가지고 있는 사람은 위성 신호 디코더만 장착하면 위성방송이나 영화, 스포츠채널 등 디렉TV의 다양한 프로그램뿐만 아니라 스포츠 관련 각종 통계나 멀티미디어 매거진 등 TV로는 받아 볼수 없는 데이터 서비스를 디지털로 받아 볼 수 있고 전송된 파일을 다운받을 수 있게 되는 것이다.
위성신호의 주파수 대역폭은 그래픽, 음성, 화상정보를 수초내에 전송, 수분씩 걸리는 모뎀이나 전화선보다 전송속도가 월등히 빠르다. PC에 내장하는 디코더 보드의 가격은 2백달러 미만이며 데이터 서비스를 받을 경우 현재 위성방송 시청료에 월 5∼10 달러가 추가된다.
국내서도 빠르면 오는 상반기 중으로 위성을 통한 무선 인터넷 접속 서비스가 곧 선보인다. 현대정보기술의 인터넷 서비스인 아미넷은 올상반기에 이 회사가 임대한 무궁화위성 채널을 통해 전국 어디서나 초고속으로 인터넷 접속이 가능한「디렉 PC」서비스에 나설 계획이다. 아미넷의 뒤를 이어 한국통신도 올하반기에 기존의 인터넷망 대신 무궁화위성을 통한 인터넷 시범 서비스를 제공할 예정이다.
이 서비스는 이용자가 일단 일반 전화망을 통해 코넷에 접속, 필요한 인터넷 정보를 요청하면 코넷 호스트 컴퓨터에서 위성을 통해 각종 인터넷 자료를 송출받을 수 있다. 외국의 경우 미국 휴즈사는 지난해 말 디렉PC 서비스를 시작한 상태다. 또 마이크로소프트사와 미국 AT&T와 합병한 거대 무선전화회사인 맥코이 셀룰러사가 공동으로 설립한 텔리데식(Teledesic)사는 2002년 서비스를 목표로, 지구 주위에 840개의 저궤도 위성을 띄워 전세계 어디서나 무선으로 인터넷에 접속할 수 있는 글로벌 네트워크를 구축하고 있다.
▒ Intercast (인터캐스트)
인텔사가 개발한 것으로 공중파TV신호의 VBI(Vertical Blanking Interval) 대역 10개 라인을 이용한 것으로 PC, TV수신카드, 모뎀, 인터캐스트 SW를 활용해 지상파나 위성을 통해 제공되는 아날로그 TV방송 및 데이터를 수신하도록한 서비스다. 인터캐스트는 미국의 AOL, CNN, NBC, QVC, 컴캐스트, 컨티넨털 케이블비전, DBC 등 방송사와 케이블TV사, PC제조업체, PC소프트웨어 제공업체들이 “인텔 인터캐스트 그룹”을 형성, 서비스 중이며 우리나라의 경우도 97.3.31에 MBC가 최초로 도입했다. 인텔인터캐스트와 비슷한 개념으로 일본의 인포시티사가 개발한 “비트캐스트”도 주목의 대상이다. 비트 캐스트는 지상파TV의 VBI 대역을 이용해 PC에서 TV를 수신하는 한편 인터넷사가 제공하는 정보를 저장, 검색할 수 있도록했으며 양방향 서비스가 가능하다. 이밖에 "웨이브포시스템"도 있다.
▒ Inmarsat과 Iridium (인마샛과 이리듐)
광역을 커버할 수 있는 위성통신은 고정국간 뿐만 아니라 이동통신에도 안성맞춤이다. 최초로 선박을 대상으로 한 해사위성통신은 1976년 미국 콤샛(Comsat)사가 Marisat 위성을 이용하여 개시하였다. 그후 1979년에 국제조직으로 설립된 국제해사위성기구(International Maritime Satellite Organization: INMARSAT)에 승계되었으며, 선박통신 외에 항공기통신과 육상 이동통신도 운용하고 있다. Inmarsat은 트래픽이 많은 대서양지역을 동서로 나누고 태평양과 인도양 지역과 합쳐 4개 지역에 11기의 정지위성을 배치하여 글로벌 시스템을 구축하고 있다. 위성과 육상 지구국간은 C-band(6G/4GHz대), 위성과 선박간은 L-band (1.6G/ 1.5GHz대)의 전파를 사용하고 있다.
시스템 구성도 이동통신의 특색은 통신의 요구가 다수의 이동 단말로부터 산발적으로 발생한다는 것이다. 따라서 통신요구가 발생할때마다 회선을 할당하는 다원접속인 DAMA(Demand Assigned Multiple Access) 방식을 사용하여 위성의 효율적인 이용을 꾀하고 있다.
Inmarsat이 정지위성을 사용한 이동통신을 운용하는데 반하여, 훨씬 고도가 낮은 궤도상에서 지상에서도 그 움직임을 볼 수 있는 주회위성을 사용한 위성이동통신의 구상이 구체화되고 있다. 1990년 미국의 Motorola가 제안한 [이리듐 계획(Iridium Plan)]이 그 대표주자로, 이 계획은 저궤도의 주회위성 77기를 사용하여 전 세계적인 이동통신 서비스를 전개한다는 것이다. 원자번호 77인 이리듐(Ir)의 원소에서 원자핵 둘레를 77개의 전자가 돌고 있는 모습에서 따온 명명이다. 현재는 최초의 구상이 약간 수정되어 고도 약 780km의 6개 극궤도(북극과 남극을 통과하는 궤도)에 11기씩, 합계 66기의 주회위성(무게 약 690kg)을 배치하기로 되어 있다. 각 위성은 전후 좌우의 위성과 위성간 통신으로 연결되어 지구의 어디에서든 언제든 자유롭게 통신할 수 있게 된다
전파의 주파수는 위성과 이동단말간에 L-band(1.6GHz대), 위성간 통신 및 위성과 지상 고정국간에 30G/20GHz대의 Ka-band를 사용한다. 주파수의 이용효율을 높이기 위해 자동차/휴대전화와 마찬가지로 지상을 일정한 셀로 분할한 小 존 구성으로 하고 TDMA를 사용한다. 위성 1기로 직경 500~600km의 셀 48개, 직경 4천km의 범위를 커버한다. 지상에는 전세계에 15~20개 지역에 지상고정국을 설치하여 이동단말의 위치를 항상 등록해둔다.
Iridium은 적도상공의 정지궤도를 사용하는 기존 시스템과 달리 극궤도를 사용하므로 고위도 지역에서도 별 문제없이 이용할 수 있다. 또한 위성의 궤도고도가 정지위성의 약 1/46로 낮은 관계로 전반(傳般)지연시간이 짧아 전화에서도 부자연스러움이 없고, 전반손실이 작아 단말의 송신전력을 감소할 수있어 단말의 소형화가 용이하며, 위성발사비용이 저렴해지는등의 장점이 있다. 1998년까지 전 위성을 발사하여 월기본료 약 50 달러, 1분간 5 달러의 통신료로 서비스를 개시할 예정이다. 이와 같은 중.저 고도의 주회위성을 사용하는 이동통신 서비스 계획은 이 밖에도 Inmarsat의 [Inmarsat-P], 미국의 TRW가 제안한 [Odyssey] Loral Aerospace를 중심으로 한 [Global-star] 등이 있다.
▒ VSAT와 SNG
위성통신에서는 위성이나 지구국의 고성능화가 진행되고 나아가 사용하는 주파수가 C-band(4G/6GHz대)에서 Ku-band (12G/14GHz대)로 옮겨감에 따라 직경 1m 전후의 소형 안테나가사용될 수 있게 되었다. 이와 같은 소형안테나(직경 0.6~2.4m 정도)를 사용하는 지구국을 VSAT(Very Small Aperture Terminal: 초소형 위성통신지구국)이라고 부르고 있다. VSAT는 여러 지점에 분산 설치되며 대형 안테나를 갖춘 허브국이 통신위성을 경유하여 VSAT으로 다량의 데이터를 보내는 것이 일반적이다.
통 신의 관리.제어기능을 갖춘 허브국을 중심으로 하는 성형구성의 데이터통신 네트워크이다. VSAT 시스템에서는 허브국에서 VSAT으로의 회선을 아웃바운드 회선, VSAT에서 허브국으로의 회선을 인바운드 회선이 부른다. 아웃바운드 회선은 전송속도가 빠른 회선으로 각 VSAT 대상 데이터의 다중화에 TDM 방식을 사용하고 있다. 인바운드 회선은 다수의 VSAT에서 들어 오는 낮은 전송속도의 회선이며 주로 패킷전송이 사용된다. 그 밖에 요구에 따라 회선을 할당하는 DAMA 방식도 사용된다.
VSAT 시스템은 소매업에서의 크레디트 카드의 확인.조회나 POS(Point Of Sales) 데이터전송, 금융 관련의 온라인 단말과 호스트 컴퓨터간의 데이터전송, 호텔이나 렌트카 등에서의 예약 데이터의 전송 등에 사용되고 있으며 미국을 중심으로 급속히 보급되고 있다. 일본에서도 센터의 스튜디오와 각지에 있는 원격교실을 위성통신 회선으로 접속하여 영상과 음성의 양방향 통신으로 수업을 실행하는 원격교육 등에 VSAT이 사용되고 있다.
이와 같이 VSAT 시스템은 넓은 지역에 분산된 다수의 소용량 트래픽을 위성회선을 사용함으로써 경제적.효율적으로 처리하려고 한 것이다. 소형 안테나를 사용함으로써 급속히 발전한 것중에 SNG (Satellite News Gathering)도 있다. 이동국을 차량 등으로 취재현장에 운반하여 영상뉴스를 위성을 통해 직접 TV 방송국에 전송하는 것이다.
위성통신에 있어서의 회선설정의 유연성과 신속성의 특징을 살림으로써 보도취재에 요구되는 속보성에 부응할 수 있다. 차량탑재국(차량에 탑재한 소형지구국)이나 가반형(可搬型: portable)지구국은 보도현장에 도착하여 현장에서 생생한 보도를 재빨리 송신할 수 있도록 설비가 소형 경량화되어 있다. 안테나를 자동적으로 위성쪽을 향하도록 하는 제어장치도 마련되어 있다. 지금까지는 장소에 따라서는 몇회라도 중계한다든가 하기위해, 사전 정비나 기기의 조정에 시간이 걸린다든가, 무선을 사용하면 전파가 장애물에 걸려 끊어진다든가 하는 문제가 있었다. 그러나 SNG의 등장은 사고현장이나 전쟁터로부터의 생중계나 낙도나 산악지대 등에서도 직접 영상중계를 가능하게 하고 있다. SNG는 미국에서 1985년경부터 시작되었으며 그후 급속히 보급되어 현재는 미국 전역에서 활약하고 있다. 일본에서도 TV 방송회사가 민간 통신위성을 사용하여 지방총국을 포함한 SNG 네트워크를 구성하는 등 널리 사용되기에 이르렀다.
▒ 위성시스템 개발 동향
1945년 Clarke이 처음 위성통신의 개념을 제안한 후 50여년이 지난 지금,위성은 21세기를 맞이하여 커다란 전환기를 맞이하고 있다. 1990년대 이전만 하여도 위성은 지상망이 미치지 못하는 영역을 커버하는 지상망 보완의 개념으로 통신 및 방송에 응용되어 왔으나 이러한 개념이 최근 크게 변화되기 시작한 것이다. 기존 지상망에선 이루어지지 않고 있던 디지털 방송 실현, 저궤도의 글로벌 이동위성통신 시스템 제안,글로벌 초고속 통신망 구축을 지향하는 Ka밴드 위성통신 시스템 개발 등을 거쳐 위성은 지상망 대체의 개념으로 그 기능이 확대되기 시작한 것이다. 이러한 개념 변화는 위성에서의 디지털 기술 도입을 비롯한 위성기술의 급속한 발전에서 찾을 수 있다. 여기선 이러한 관점에서 위성기술이 어떻게 발전되고 있는지를 먼저 살펴보고,이를 바탕으로 새로이 등장하고 있는 위성 시스템에 대하여 살펴보기로 한다.
1995년은 국내 위성사에 커다란 발자취를 남겼던 한 해였다. 1988년 8월부터 추진되어온 통신•방송 복합위성 확보가 1995년 8월 무궁화위성 1호기의 발사로 그 결실을 맺게 된 것이다. 무궁화위성은 우주영역의 확보는 물론이고 국내 위성 산업으로의 파급효과도 매우 클 것으로 기대되고 있다. 더불어 현재 제공되고 있는 디지털 위성방송을 비롯하여 지상망에서 이루지 못하고 있는 다양한 방송 및 통신 서비스가 이루어질 것으로 기대된다.
위성은 1980년대까지만 하여도 미국과 같이 국제통신이 활발한 국가나 호주,캐나다와 같이 광활한 영토를 지닌 국가 혹은 인도네시아와 같은 도서국가에서 기존 지상망을 보완하는 통신수단으로인식되어 왔었다. 하지만, 1990년대에 접어들면서 위성통신기술의 진전과 더불어 위성을 이용한 새로운 응용분야가 등장함에 따라 위성은 지상망 보완이라는 개념을 벗어나 지상망을 대체하는 수단으로 인식되기 시작하였다.
이러한 개념 변화는 위성이 지상망에 비해 여러가지 이점을 지니고 있기 때문이다. 이중 가장 큰 이점은 넓은 지역(廣域性)에 고속 대량의 정보(廣帶域性)를 동시(同報性)에 여러 사람에게 전달할 수있다는데 있다. 또한, 중계국이 우주에 있는 관계로 지상 재해의 영향을 거의 받지 않으며(耐災害性),지구국을 설치하는 것만으로도 간단하게 망을 확장(통신망 구축의 容易性)할 수 있다.
더불어 초소형지구국(Very Small Aperture Terminal: VSAT)과 같은 소형 지구국도 개발되어 지구국의 이동성이 높아짐으로써 새로운 서비스의 창출(서비스의 擴張性)이 용이하게 이루어질 수 있다. 이러한 연유로 위성은 현재 국제통신, 낙도를 연결하는 국내통신, 재해시 국내통신 등의 공중통신, 그리고 방송뿐만 아니라 기상관측, GPS(Global Positioning System)를 비롯한 각종 네비게이션,교육지원,의료정보 등의 분야로까지 확대되고 있다.
또한, 이동중에 휴대용 단말로 다양한 정보를 입수,처리할 수 있는 이동통신과 다양한 정보를 처리할 수있는 멀티미디어에 대한 요구 증폭과 더불어 광대역성,즉 어디든지 음성,영상,데이터 등 다양한 정보를 전송할 수 있는 특성을 지지닌 위성이 이동통신과 멀티미디어통신을 빠른 시간내에 해결할 수 있는 유력한 수단으로 등장하고 있다.
이동통신의 경우 이미 정지위성외에 저궤도위성(LEO: Low Earth Orbit), 중궤도 위성(MEO: Medium Earth Orbit)을 이용한 GMPCS(Global Mobile Personal Communications System)라는 개념의 글로벌 이동통신 시스템이 개발되고 있다. 위성을 이용하여 멀티미디어통신을 실현하기 위한 고주파수대의 Ka밴드 위성을 비롯하여 단방향 방송에서 벗어나 양방향적인 방송 서비스인 위성 VOD(Video On Demand) 실험도 급진전되고 있다. 또한, 인터넷의 폭발적인 보급과 더불어 위성을 인터넷의 백본망으로 이용하기 위한 여러 가지 방법들이 모색되어 실용화 단계에 이르고 있다.
▒ 위성기술 발전 동향
차세대 위성통신 서비스를 가능하게 하기 위해선 우선 위성에서의 디지털 기술 도입을 꼽을 수 있다. 주지하는 바와 같이 대용량 멀티미디어정보를 처리하기 위해선 디지털 기술의 도입은 필연적이다. 아날로그 방식에서는 음성, 문자, 이미지, 영상 등의 신호가 각각 독립적으로 전송되고 처리되어야 하지만, 디지털 방식에서는 각 신호를하나로 통합하여 전송 및 처리함으로써 멀티미디어의 실현이 가능하게 된다.
디지털 기술의 도입은 멀티미디어 정보의 처리외에 여러가지 이점을 지니고 있다. 즉, 기존 아날로그 신호에서는 불가능하였던 높은 압축비를 실현할 수 있어 하나의 대역에 보다 많은 신호를 전송할 수 있다. 또한,다중접속에 있어서도 아날로그에서는 FDMA (Frequency Division Multiple Access)만 가능하였으나 디지털방식을 도입할 경우 FDMA보다 구현이 용이하고 다중률이 높은 TDMA (Time Division Multiple Access)와 CDMA (Code Division Multiple Access) 방식을 이용할 수 있게 된다.
디지털화와 더불어 중요한 기술중 하나가 이용 주파수대역을 높이는 것, 즉 이용주파수대의 고주파수화이다. 수십Mbps의 전송대역을 요구하는 영상 신호등을 실시간으로 처리하기 위해선 그만큼 높은 주파수 대역이 요구된다. 현재 30GHz대 이상의 Ka밴드와 MM (Milli-Meter wave)밴드로의 주파수대역이 고려되고 있다. 더불어 인공위성관련 기술의 진보도 위성통신 발전에 필수적인 요인으로 작용하고 있다.
이미 인공위성은 수동위성에서 능동위성(1960년)으로, 그리고 실시간 처리가 가능한 실시간 능동위성(1962년)으로 발전되어 왔으며, 전송용량면에서도 수백배 이상의 진보를 달성하였다. 더욱이 위성 발사기술의 진보로 위성자체 무게도 급속히 증가하여 1960년대 초의 수십kg에서 현재는 2톤 이상의 대형 위성의 발사도 가능하게 되었다. 이와 더불어 위성수명을 기존의 7∼10년에서 20년까지 확대하는 위성의 장수명화 기술, 지구국의 소형화, 특히 이동통신에서 중요한 역할을 담당하게 될 다중빔 안테나 기술, 그리고 위성탑재체를 경량화하기 위한 위성탑재처리기술들이 위성기술 발전에 중요한 역할을 담당하게 될 것이다.
1. 위성신호의 디지털화
위성신호의 디지털화는 지상의 유무선 통신의 디지털화와 유사한 특징을 지니게 된다.
이러한 특징으로는 ① 다채널화 ② 고품질화 ③ 고기능화 등을 들 수 있다.
디지털 신호는 동일 대역폭에서 아날로그 신호에 비해 수배의 채널을 얻을 수 있다. 일반적으로 압축비, 즉 전송하고자 하는 신호의 품질에 따라 약간의 차이는 있으나 위성방송 등과 같은 영상신호 전송의 경우 디지털화를 통하여 수십배의 채널을 확보할 수 있다.
이는 디지털화를 통하여 정보의 군두더기(redundency)를 없앰으로써 영상•음성 등의 정보를 효율적으로 압축하는 것이 가능하기때문이다. 또한, 디지털 변조 방식에 의해 고능률적인 전송도 가능하게 된다. 이 결과 전송대역폭이 제한되더라도 아날로그에서는 고려될 수 없는 수십 채널부터 수백 채널로 분리할 수 있는 다채널화가 실현될 수 있다. 특히, 디지털화는 음성에 비해 영상측면에서 상당한 이점을 지니고 있으며 완전히 새로운 방송 비지니스를 탄생시킬 가능성이 있다. 비약적인 다채널화를 이용한 다채로운 방송 서비스, 예로 비지니스 및 취미, 오락 등의 다양한 전문방송 및 동일한 프로그램을 수 채널에 시간단위로 쪼개어 방송하는 것으로 프로그램을 빠른 시간에 볼 수 있도록 해 주는 N-VOD(Near Video on Demand)등의 서비스가 제공될 수 있다.
디지털화에 따른 이점중 빼놓을 수 없는 부분중 하나가 정보의 고품질화이다. 디지털 신호는 아날로그 신호에 비해 잡음 특성이 강하며, 잡음에 의해 손실되거나 잘못된 신호의 복구가 가능하게 된다. 따라서 디지털신호는 아날로그 신호에 비해 고품질의 신호전송이 가능하게 된다. 특히, 방송측면의 경우 고화질 방송서비스 (HDTV: High Definition Television)가 가능하게 된다. 고화질 방송 서비스는 스포츠 중계 등의 방송분야에서 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있으며, 예술, 의료 등 고화질이 요구되는 여타 분야에서의 이용도 고려될 수 있다. 더불어 21세기에 본격화될 멀티미디어시대의 고품질의 컨텐츠, 영상 소프트웨어의 축적에 있어서도 활용이 기대된다. 더불어 1999년부터 서비스가 이루어질 것으로 기대되는 DAB(Digital Audio Broadcasting) 위성방송 서비스도 위성 신호의 디지털화에 따른 고품질 음성 서비스이다.
마지막으로 고려될 수 있는 것이 고기능화이다. 다양한 정보형태에 의한 멀티미디어형 방송이 이루어져 컴퓨터와의 융합 서비스, 통신•방송 융합 서비스 등 다양한 고기능 서비스가 가능하게 된다. 디지털 신호는 각종 정보를 동시에 전송하는 것이 가능하므로 기존 아날로그에서 실현하지 못하는 다채로운 서비스가 가능하게 된다. 각 시청자마다 원하는 프로그램을 분배하는 VOD, 수신기에 ID를 부여함으로써 특정의 관심을 가진 그룹마다 내용이 다른 프로그램을 볼 수 있는 서비스, 혹은 보다 고속으로 대용량의 데이터 방송에 의한 전자신문, 전자출판 등의 서비스 등이 디지털 신호에 의해서 용이하게 개발될 수 있어 다양화되는 이용자의 요구에 대응할 수 있게 된다.
이외에 디지털화에 따라 방송과 통신, 방송과 컴퓨터의 융합이 현재 이상으로 진전하는 것도 기대될 수 있다. 덧붙여 디지털화에 따라 통신 및 방송은 더욱 인텔리젼트화되어 다양한 고기능의 통신및 방송 서비스를 실현함으로써 멀티미디어시대의 중핵적 미디어로써 지위를 확보할 수 있게 된다.
2. 고주파수화
셀룰러나 PCS와 같은 이동통신 서비스와 더불어 향후 정보통신에 있어서 중요한 축을 이룰 것으로 예상되는 서비스는 멀티미디어 서비스이다. 멀티미디어란 영상, 음성, 문자, 그래픽 등의 표현 미디어 통합, 네트워크화, 대화형 등의 특징을 지닌다. 이러한 멀티미디어 정보를 전송하기 위해 고려되어야 할 전송 환경으로 광대역화와 초고속화를 꼽을 수 있다.
현재 위성통신에서 이용하고 있는 주파수 대역은 4GHz와 6GHz대의 C밴드와 11∼ 12GHz, 14GHz대의 Ku밴드가 주류를 이루고 있다. 하지만, 위성을 이용한 서비스가 증대함에 따라 C와 Ku밴드는 거의 포화상태에 이르고 있어 초고속 및 멀티미디어 정보를 전송할 정도의 넓은 대역폭을 할당할 수 없는 상태이다. 따라서 대용량의 정보를 전송하기 위해선 C나 Ku밴드보다 주파수 대역이 높은 Ka밴드 혹은 MM밴드 등 고주파수대를 이용하여야 한다. 더불어 고주파수대를 이용함으로써 위성의 전송용량을 높일 수 있게 된다.
지금까지 MM 및 Ka밴드는 강우 등 습도에 의한 신호 감쇠가 두드러져 거의 군용 위성에서만 이용되어 오던 대역이었으나 MM 및 Ka밴드는 2,500MHz의 광대역 전송이 가능하고 안테나 및 RF 장치의 소형화가 가능하다는 이점을 지니고 있어 이를 실용화하기 위한 연구가 활발하게 이루어져 왔다. 특히, 이러한 연구는 주로 광대역 전송시 요구되는 우수한 평탄도, 높은 송신출력 등 요구성능을 만족할 수 있는 부품 개발이 큰 부분을 차지하고 있으며, 이를 위하여 Ka밴드 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술, 고출력 증폭기의 출력증대 기술, 고이득 능동형 다중빔을 구현하기 위한 부품기술 개발 등이 이루어 지고있다.
또한, 인공위성을 이용한 통신은 컴퓨터 통신망을 전세계로 확장시키기 위한 기반기술이 된다. 전송속도가 높은 위성간 통신 및 지상 통신망과 위성통신을 융합하는 기술의 확립이 앞으로의 과제이다. 영상, 음성 등을 일괄적으로 송수신하는 데는 대용량의 전송수단이 필요하다. 전송에 전파를 이용하는 경우에는 기존의 주파수대는 혼잡하여 충분한 대역폭을 취할 수 없다. 이 때문에 위성통신에는 20GHz 이상의 주파수대인 Ka밴드를 이용하는 방법이 개발되고 있다.
Ka밴드는 물론이고 단파장의 MM밴드는 대기중 비의 방해를 받기 쉽고,지상의 안테나를 소형화하는 것이 어렵다. 신뢰성을 유지하면서 지상의 안테나를 소형화하는 기술적인 문제가 남아있다.
위성에 탑재되는 안테나를 대형화하는 것도 하나의 해결책으로 이의 연구도 진행되고 있다. 위성에 고성능의 교환기를 탑재하여 지상국의 부담을 줄이는 방법도 검토되고 있다. 이외에 신호를 고속으로 변복조하는 기술, 전송신호의 오류를 정정하는 기술 등 고주파수용의 통신기술의 확립도 과제로 남아 있다. 위성은 대형 및 대용량화, 지구국은 소형화 1960년대 중반을 기점으로 지난 30여년간 위성의 전송용량은 100배 이상의 대용량화를 이룩하였다.
위성의 전송용량 증가는 주로 로켓 발사 기술의 진보에 따른 인공위성의 대형화에서 기인된다. 발사 가능한 위성 무게는 1960년대의 경우 수십kg에 불과하였며,1980년대 초까지도 위성 무게는 1톤 미만이 주류를 이루었다. 하지만, 1980년대 말을 기점으로 1.5톤 전후의 위성이 발사되기에 이르렀으며, 1990년도 중반에는 2톤 전후의 위성 발사가 가능하게 되었다. 이러한 추세가 계속된다면 2000년도에는 2톤에서 3톤 전후의 위성이 발사될 전망이다.
Intelsat을 중심으로 고정위성의 대형화 추세를 살펴보면, 1965년에 발사된 Intelsat-Ⅰ호는 원통형 위성으로 그 크기가 직경 0.72m, 높이 0.59m로 매우 적었다.당연히 위성의 전송용량도 전화 240회선 혹은 TV 1채널만 가능하였으며 설계 수명도 1년 6개월에 불과하였다. 이후 약 30년간에 원통형에 더하여 유선형에 태양전지용의 패널을 넓게 한 전개형 태양전지 패널 부상형의 위성이 개발되어 1980년 10월에 발사된 IntelsatⅤ호기에 적용되었다. Intelsat Ⅴ호는 전화 12,000회선 및 TV 2채널, 그리고 위성 높이 6.44m에 1,946kg의 무게를 지녔으며,위성수명도 7년으로 연장되었다. 더욱이 1997년 11월에 발사예정인 Intelsat Ⅷ호의 경우 전화 22,500회선 및 TV 3채널이라는 대용량의 전송용량은 물론이고 3,425kg의 무게에 설계 수명도 18 년으로 크게 향상될 예정이다.
최근 정지위성에 의한 통신에서도 이용자 장비도 2.7kg 이하로 까지 경량화되고 있다. 정지위성은 원리적으로는 3개의 위성으로 세계를 커버할 수 있지만,고도가 높아 지상으로부터의 전파가 약하게 된다. 이 때문에 위성 안테나를 크게 만들 필요가 있다. 특히 단말을 소형화하게 되면, 단말 출력이 낮아지게 되므로 위성 안테나는 더욱 대형화되어야 한다. 또한 안테나로부터의 전파를 지상의 특정지역에 집중적으로 전송하는 기술도 필요하다. 이러한 방법으로 다중빔(multi beam)방식이 연구되고 있으며, 현재 빔 수가 10정도까지이지만, 100 정도의 초다중빔 기술의 개발이 이루어지고 있다.
현재 운용중인 대부분의 통신 및 방송위성은 파이프와 같이 단순히 채널 중계의 수동적 역할만을 하고 있으나 앞으로는 위성탑재 신호처리기술을 통해 하나의 교환국 역할을 담당하게 된다. 위성탑재 신호처리 기능으로는 신호 복조 및 재변조, 오류정정, 중계기 채널 및 빔 스위칭, 클럭생성 및 복구, 채널의 동기화 및 등화, 간섭신호의 검출 및 제거, 신호의 분류 및 재분배 등을 포함하고 있다. 이러한 기능의 실현은 전송용량의 증대나 지구국의 소형화, 통신망간 연결의 융통성 증대 등 많은 이점을 얻을수 있다.
위성탑재 신호처리 기술은 처리수준에 따라 RF 프로세서,비트열 프로세서,전기저대역(full baseband) 프로세서로 구분되는데, 이중 RF 프로세서는 가장 단순한 형태로 매트릭스 구조의 RF 스위치를 이용해 위성 빔과 중계기를 정적 또는 동적으로 연결한다. 이미 이 기술은 Intelsat-6호에 사용되고 있으며, 일본의 기술 시험위성 ETS-Ⅵ호에는 10ns라는 짧은 시간 주기로 다이나믹하게 빔간 절체가 가능한 16×12 매트릭스 RF 스위치를 탑재하고 있다. 가장 복잡한 형태는 전기저대역 프로세서로서 정보 데이터 수준에서 복조 및 재변조, 에러정정 등 완벽한 통신신호 처리를 할 수 있다.
▒ 차세대 위성시스템 개발동향
위성통신은 신호 지연(time delay),지구국의 크기, 보안성, 다른 통신시스템과의 전파 간섭 등의 단점이 있다. 이중 신호지연이 가장 큰 단점으로 대두되어 왔다. 신호지연의 원인은 지표면과 위성간의 거리에 의해 발생된다. 지표면과 정지위성 궤도간의 거리는 지구원주와 비슷한 35,800km로 통신위성에서 송신한 데이터는 약 250㎳ 후에 지표면에 도달하게 된다. 특히, 이러한 전송지연은 실시간 전송이 요구되는 음성통신에 있어 심각한 문제로 야기될 뿐만 아니라 데이터 통신에 있어선 프로토콜간 비효율성이 발생하게 된다. 이외에 지구국 규모, 보안성 및 간섭 등이 있다.
통신위성에서 전송한 신호가 지구표면에 도달하게 되면, 거리상의 문제로 인하여 수신지에서 신호를 판별하지 못할 정도로 신호 전력이 크게 낮아지게 된다. 따라서, 보다 고전력의 신호전송이 필요하게 되고, 이때문에 지구국 안테나의 반경이 커져 지구국 설치가 어렵게 된다. 또한, 위성신호는 방송신호와 같이 동보성을 지니므로 타 통신기술에 비해 데이터의 보안성이 극히 떨어진다. 예를들어, 위성의 커버리지(coverage: 유효범위)내 수신지는 주파수만 맞춘다면 그 위성이 전송하는 모든 신호를 수신할 수 있게 된다. 따라서, 통신위성에서 암호화는 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.
따라서 차세대 위성통신 시스템은 이러한 위성의 단점을 개선하기 위한 방향으로 구현되고 있다. 이러한 시스템으로는 신호 지연을 최소화하고 단말의 소형화할 수 있는 저궤도 이동위성통신 시스템, 초고속 데이터 전송이 가능한 Ka밴드 위성통신 시스템, 위성간 통신 및 심우주 통신 등 대용량 실시간 처리가 가능한 광위성통신 시스템, 그리고 고품질의 영상 서비스가 가능한 디지털 위성방송 시스템 등이 있다.
1. 광위성통신 시스템
광위성통신v시스템의 개념은 1960년대 중반에 처음 등장하였다. 그 후,1960년대 후반에 미국의 기술위성인 ATS-F호에 탑재할 목적의 레이저통신 시스템이 개발되었으나 예산상의 이유로 무산되었다. 그리고 1970년대에 NASA의 CO2 레이저를 이용한 통신용량 300Mbps 광위성통신 모델, USAF의 YAG 레이저를 이용한 1,000Mbps 광위성통신 시스템의 지상실험 등이 이루어졌다. 하지만, 이러한 광위성통신 시스템은 가스레이저를 이용하는 것으로 실험 단계에 머무는 수준이었다. 하지만, 1980년대부터 지상 광통신 시스템의 진화가 급속히 이루어짐에따라 이를 응용한 광위성통신 시스템의 개발도 급속히 추진되기 시작하였다.
가) 광위성통신의 특징
광위성통신 시스템은 소형경량의 장비에 따른 내간섭성의 대용량 통신이 가능하다는 이점이 있는 반면 기존 위성통신 기술과는 다른 연구개발이 이루어져야 한다는 어려움이 있다. 즉, 광위성통신 시스템은 기존 지상의 광전송 시스템에 비해 다음과 같은 특징을 지니고 있다.
① 광위성통신은 초원거리 통신이므로 지상 시스템에 비해 고출력, 고감도 수신 기능이 요구됨.
② 고속으로 움직이는 이동체간 통신이므로 고정밀의 포착, 추적, 지향기술이 요구되며, 이동체간에 도플러 천이가 커 주파수 추적이 필요.
③ 광송수신 빔이 미세하여 송수신간의 광움직임차(point ahead angle)를 보정할 필요가 있음.
④ 배경광의 영향이 발생함.
나) 광위성통신의 이용분야
광위성통신은 위성간 제어관련 데이터 중계를 비롯하여 대용량의 데이터 전송이 요구되는 분야에 응용될 것으로 보인다. 특히, 심우주와 지상의 기지국간의 응용이 가장 먼저 이루어질 것으로 보이며, 대용량의 화상 정보를 전송하게 될 우주탐사 위성과 지상 관제국간의 통신에도 광위성통신이 이용될 것으로 보인다.
다) 광위성통신의 요소기술
광위성통신 시스템은 반도체 레이저(LD) 등의 광원, 광변복조계, 광빔 제어계, 광안테나계로 구성된다. 광원 및 이용파장은 통신용량, 광출력, 전송거리, 광안테나 이득, 수광소자 감도, 그리고 배경광 잡음 등의 회선설계상의 요구조건과 광원의 개발 현황에 의해 결정되며, 현재 0.8㎛대 LD와 1.06㎛대 Nd:YAG 레이저가 가장 적합한 것으로 되어 있다. 특히, 광특성상 파장과 광소자의 크기는 비례하므로 광위성통신 시스템의 개발에 있어선 일반적으로 파장이 짧은 파에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 또한 통신용 광검출기는 APD(Avalanche Photo Diode)가 이용되고 있다.
변복조방식으로는 정보를 광의 세기로 변환하여 전달하는강도변조/직접검파(Inden-sity Modulation/Direct Detection: IM/DD)방식과 광파가 마이크로파와 동일한 특성을 지난다는 점을 이용한 광코히어런트 변복조 방식이 있다. IM /DD 방식은 100mW 광출력으로 360Mbps전송속도를 달성하는 광모뎀이 개발되는 등 고출력•고속화 소자 개발이 이루어지고 있어 현재 실험중이거나 개발중인 광위성통신 시스템은 거의 IM/DD 방식을 채용하고 있다. 하지만, 기존 반도체 레이저를 이용하여 고속•대용량화를 도모하는데는 광출력에 한계가 있어 1Gbps 이상의 대용량화를 달성하기 위해선 광 ISL용 고출력 LD 내지 광증폭기의 개발, 더 나아가 파장다중화 등에 대한 대응이 필요하다.
코히어런트 방식은 배경광에 강해 광출력을 낮출 수 있으나 주파수 추적 및 검파면에서의 전계 정합 등의 문제를 해결할 필요가 있다. 또한 단일 모드에서 협소한 빔의 레이저 개발이 필수적이다. 하지만, 코히어런트 방식은 파장다중이 용이하여 대용량화를 실현할수 있다. 따라서 현재로써는 IM/DD 방식이 구현상의 이점으로 인해 널리 이용될 것으로 보이나 장기적으론 대용량화가 용이한 코히어런트 방식, 특히 감도가 가장 높은 PSK(Phase Shift Keying) 변조방식이 도입될 것으로 전망된다.
2. 이동위성통신 시스템
저궤도 이동위성통신 시스템은 기존의 정지궤도를 이용한 차량 탑재형이나 선박 탑재형에서 벗어나 비정지위성을 이용하여 개인 휴대용으로 까지 발전하고 있다. 아직까지 개인 휴대용을 지원하는 시스템의 상용 서비스가 이루어지지 않고 있으나 1998년부터 국제 이동위성통신망을 구축을 목적으로 하는, 앞서 설명했던 Iridium이나 Globalstar 등이 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 특히, 1996년부터 위성을 이용한 글로벌 휴대전화 시스템을 주창하고 있는 Iridium이나 Inmarsat등의 첫 위성 발사가 이루어지고 있어 일부지역에선 1997년부터 시험 서비스가 제공되고 있다. 더불어 초기의 이동위성통신 시스템은 Loral, Motorola 등 미국 기업이 중심이 되어 추진 되었으나 최근에는 유럽을 비롯하여 아시아 국가와 남미 국가들도 활발한 움직임을 보이고 있다.
가) 이동 위성 통신의 요소기술
향후 이동위성통신 시스템의 핵심기술은 위성에 탑재하는 중계기, 위성 및 지구국 안테나, 주파수대역이다. 특히, 정지위성에서는 신호지연이 커 허브국을 통하지 않고 이동국간에 직접 통신하는 것이 필요하다. 따라서 위성 자체에 교환기능이 필요하게 되고 통신 제어기능 및 과금기능 등이 포함될 필요가 있다. 더불어 지구국이 초소형이므로 위성은 높은 EIRP와 G/T가 요구된다. 이러한 연유로 위성탑재 안테나는 대형화가 되어야 하며, 이는 결국 서비스영역을 여러개의 빔으로 커버하는 다중빔화가 필요하게 된다. 더불어 빔에 할당된 전력, 주파수, 타임슬롯 등을 트래픽 상황에 맞게 고속으로 절체할 필요가 있기 때문에 위상안테나가 유효하게 된다. 또한 빔이 다른 이동국간에 통신하는 경우 필요한 회선제어, 이동국이 빔을 벗어나 이동하는 경우의 핸드오프 등의 기술 개발이 요구된다.
이동위성통신에는 현재 1.5∼2.5GHz 전후의 주파수대가 이용되고 있으나 이용자 증가와 고속전송 요구에 대처하기 위해서는 보다 고주파수대의 위성 시스템 개발이 필요하게 된다. 주파수가 높아지면 소형의 고이득 안테나를 이용할 수 있다는 이점은 있으나 지향성이 증가하여 추미가 필요하며, 강우감쇠도 문제가 된다. 따라서 이동위성통신에 적합한 소형 고성능의 지향성 안테나 개발도 중요한 문제가 된다.
나) 이동위성통신 시스템 개발동향
이동위성통신 시스템은 정지궤도상에서의 신호지연으로 인해 일반적으로 저궤도를 목적으로 하며, 전송하고자 하는 정보에 따라 Little LEO와 Big LEO로 분류된다.
데이터통신 서비스를 주목적으로 한 Little LEO 시스템은 이미 Orbcomm, 러시아의 Gonets, 그리고 Vitasat이 시험 서비스에 돌입하였으며, 정지위성을 이용하여 데이터통신 서비스를 제공하는 AMSC도 1995년부터 상용 서비스를 실시하고 있다. 휴대전화 시스템을 목적으로 한 Big LEO는 1997년 CCI사의 ECCO를 시작으로 1998년에 글로벌 이동위성통신 시스템을 목적으로 한 Iridium, Globalstar, 지역 이동위성통신 시스템인 Marafon 등이 서비스를 시작함으로써 본격적인 글로벌 이동위성통신 시대가 열리고 있다. 이러한 글로벌 이동위성통신망이 구축되면, 우리는 어디에서든지 휴대용 단말(셀룰러 전화 등)을 이용하여 원하는 사람과통화를 할 수 있게 될 것이다.
3. 초고속 대용량 위성 시스템
C 밴드 및 Ku밴드의 위성주파수 사용이 전세계적으로 포화상태에 이르고 초고속 정보 전송을 위한 넓은 주파수대역이 요구됨에 따라 새로운 주파수 자원인 Ka밴드 및 MM밴드 위성주파수 활용이 급속하게 증대될 것으로 보인다. 특히, Ka밴드 시스템은 2,500MHz의 광대역 전송이 가능하고 안테나 및 RF 장치의 소형화가 가능하다는 이점을 지니고 있다. 따라서 Ka밴드 시스템은 향후 HDTV 등의 영상 전송, 개인위성통신 등 새로운 서비스가 펼쳐질 초고속 위성통신망 구축과 관련하여 매우 중요한 위성 시스템으로 간주되고 있다.
ITU의 무선규칙에 의하면, Ka밴드는 Ku밴드 보다 높은 29∼40GHz 대역으로 강우등 습도에 신호 감쇠가 두드러져 지금까지 이용이 기피되어온 대역으로 군용 위성이나 일본이나 이탈리아등에서 전화중계용으로 드물게 이용되었다. 따라서 Ka밴드 위성이 완전히 실용화되기 위해선 광대역 전송시 요구되는 우수한 평탄도, 높은 송신 출력 등 요구성능을 만족할 수 있는 부품 개발이 요구되고 있다. 특히, Ka밴드 MMIC(Monolithic Microwave Intergrated Circuit) 기술, 고출력 증폭기의 출력증대 기술, 고이득 능동형 다중빔을 구현하기 위한 부품기술 개발 등이 이어지고 있다.
이러한 Ka밴드 기술개발을 목적으로 현재 미국, 독일, 이탈리아, 그리고 일본에서 9기의 위성이 운영되고 있다. 1977년 12월에 발사된 일본의 실험용 통신위성인 CS를 통하여 처음 실험이 행해진 이후 1990년대 들어 이탈리아의 ITALSAT(1991년 1호, 1996년 2호 발사), 일본의 N-STAR(1995년 발사)와 Superbird(1992년 발사), 유럽의 OLYMPUS (1989년 발사), 그리고 미국의 ACTS(1993년 발사)와 같은 Ka밴드 시험 프로젝트 위성이 실용화를 목적으로 운영되고 있어 멀지 않아 Ka밴드 위성의 실용화가 기대되고 있다.
더불어 미국과 유럽을 중심으로 최근 멀티미디어 서비스를 목적으로 한 다수의 고속위성통신 시스템이 제안•검토되고 있다. 이러한 Ka밴드 위성은 Teledesic과 같이 비정지궤도를 이용한 시스템과 SpaceWay 등 정지궤도를 이용한 시스템으로 분류된다. Ka밴드로의 개발이 가장 활발한 미국의 경우 미국의 1995년 10월에 13개 사업자에게 Ka밴드 시스템에 대한 면허를 부여하였으며, 1996년 5월에는 8개 시스템에 대하여 33 궤도면을 할당하였다. 이러한 Ka밴드 위성시스템의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
○ 음성, 영상, 데이터 등의 통신 서비스를 저속(16 혹은 32kbps)에서 고속(1.544Mbps 이상)까지 지원.
○ 빔당 주파수대역은 120MHz 정도로 빔폭 약 1도의 멀티빔으로 서비스 영역을 커버.
○ 이용자 단말로는 안테나 직경 66cm에서 2m 정도의 소형지구국을 이용.
○ 글로벌 시스템은 60GHz대의 위성간 통신 회선으로 네트워크를 구축.
MM 밴드는 Ka밴드 이상, 즉 40MHz 이상의 주파수대역을 말하며, 이용 주파수대역이 넓고 현재 거의 이용되지 않아 비교적 주파수를 손쉽게 선택할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 파장이 짧으므로 통신기기의 소형경량화가 가능하게 된다. 하지만, 이의 장비 개발 및 제조에 고도의 기술이 요구되고 있으며, 현재는 수요가 적어 장비가격이 매우 높게 책정되어 있다.
4. 위성방송 시스템
방송은 현재 크게 3가지 방향으로 진화가 이루어지고 있다고 볼 수 있다. 첫째는 디지털 방송이며, 두번째는 데이터 방송, 그리고 마지막으로 HDTV로 대표되는 차세대 TV이다. 디지털 다채널방송은 미국의 DirecTV를 시작으로 위성방송에서 실용화가 이루어지고 있다. 유럽에서도 DVB, DAB 등 실용화가 급속히 진전되고 있다.
또한 데이터 방송에서도 인터텍스트(intertext), 혹은 인터넷(internet) 등 현재 상용화되고 있는 위성방송은 전송시 발생하는 빈 영역을 사용하여 팩시밀리 신호, 정지화신호, 문자신호, 텔레소프트웨어 신호 등 각종 데이터 신호를 전송하는 방송을 위성에 의한 데이터 방송이라고 한다. 특히, 데이터 방송은 방송의 멀티미디어화에 있어 선구적인 역할을 수행할 것으로 기대를 모으고 있다. 또한, 전기통신회선 등과의 미디어 합성에 따라 양방향화에 의한 다양한 어플리케이션의 개발이 가능해질 것으로 보인다.
가) DBS
위성방송(Satellite Broadcasting)은 일반적으로 TV 프로그램이나 음성 프로그램 등의 각종 방송 프로그램을 전송할 목적으로 인공위성을 이용하는 방송 시스템을 의미한다.
즉, 위성방송은 방송국에서 TV신호(프로그램)를 송신국으로 전송하면 송신국은 적도상공 36,000km에 위치한 정지위성궤도의 인공위성에 전파를 발사하고 위성은 수신된 전파를 증폭하여 재송출하는 방송 시스템을 말한다. 특히, 수신자는 간단한 수신장비(DBS용 소형 안테나)를 이용하여 TV신호의 수신이 가능하게 된다. 1994년 6월, 미국의 Hughes Elec-tronics가 설립한 DirecTV사가 SATCOM K1을 이용하여 150 채널의 서비스를 제공함으로써 위성방송의 디지털화는 본궤도에 오르게 되었다. DirecTV 가입자는 General Motors사의 18인치 소형 접시형 안테나를 설치하여 깨끗한 디지털 영상과 음질을 시청할 수 있게 되었다.
디지털 위성방송의 경우 영상, 음성 등의 각종 데이터는 방송국에서 다중화되어 방송위성에 전송된다. 방송위성에서는 수신된 신호를 다시 고출력으로 각 가정의 수신기로 재전송하게 된다. 가정에선 수신된 신호를 복조한 후 원하는 서비스를 선택해 볼 수 있다. 여기에서 기저대역을 MPEG-2 등과 같은 표준화된 압축기술을 이용하는 처리하는 경우 다른 매체와의 정합성을 높일 수 있을뿐만 아니라 하나의 수신기로 다양한 서비스를 제공받을 수 있게 된다.
위성방송에 이용할 수 있는 주파수 대역으로는 12GHz외에 2.6GHz와 21GHz도 가능하다. 2.6GHz는 이동통신용 위성방송, 21GHz는 광대역 전송을 이용한 고품질 방송에 이용될 것으로 보이며, 2007년 이후에 상용 서비스가 제공될 것으로 예측된다. 특히, 각 전송방식은 전송로 특성에 따라 설정될 필요가 있지만, 기본적으로 ISDB의 개념에 근거로 한 시스템을 고려한다면 수신기의 신호처리방식의 대부분이 12GHz대의 신호처리방식과 일치할 것으로 보인다.
위성방송은 허상이나 페이징 등이 없는 고품질의 신호를 수신할 수 있다. 특히, 수신 안테나가 작기때문에 지상서비스에 비해 낮은수신 CN비밖에 얻을 수 없으므로 저 CN비에서도 효율적으로 이용할 수 있는 전송방식의 선택이 요구된다. 또한, 방송위성에서는 중계기의 출력을 가능한 한 높이기 위해 TWT를 포화영역에서 운용한다. 이 때문에 중계기는 비선형특성을 갖게 되고 전신호에 변형이 생기게 된다. 이외에 전송대역의 한계로 광대역전송의 경우 전송신호가 약해지게 된다. 따라서, 비선형특성에 강하고 주파수 이용 효율이 높은 전송방식이 요구된다.
디지털방송에서 수신 CN비가 충분히 큰 경우에는 방송국에서 송출한 신호를 거의 약화없이 수신할 수 있지만, 수신 CN비가 임계값을 넘지 않을 경우 신호가 급격히 약화된다. 아날로그방식은 잡음이 서서히 증가하기 때문에 같은 서비스 시간율로 본다면 디지털 방식에 비해 정보 수용가능시간이 길다.
디지털방송의 서비스시간률을 아날로그방식과 동일한 수준으로 높이기 위해선 위성의 송출전력을 높여야 하므로 현실성이 매우 낮아질 뿐만 아니라 전력속밀도에 대한 국제무선통신 규칙에도 위배된다. 따라서, 기존 위성전력을 효율적으로 이용할 수 있는 방법이 모색되기에 이르렀고 계층화 전송방식이 최근 제안되고 있다. 이는 신호의 약화현상을 계층화(부호화방식, 전송방식에 따라 결정)함으로써 아날로그 전송방식의 특성에 매우 근접시킨 기술이다. 특히,계층화 전송방식은 TDM(Time Division Multiplexing: 시분할다중화),FDM (Frequency Division Multiplexing: 주파수분할다중화), CDM(Code Divi-sion Multiplexing: 코드분할다중화)에 적용이 가능하다.
디지털 위성방송에 의한 다채널화 및 고품질화가 이루어지면서 전문가들의 예상과는 달리 빠른 속도로 보급되기 시작하여 Echors-tar의 DISH, Tee- Communications사의 Primestar, News사의 ASkyB(American Sky Broadcasting) 등 많은 사업자들의 참여가 이어지고 있다. DBS라는 용어보단 DTH(Direct To Home)라는 개념을 사용하고 있는 유럽도 1996년 1월 Telepiu를 시작으로 CanalPlus, 독일의 DStv(NetHold) 등 약 10여개사가 디지털 방송 서비스를 제공하고 있다.
나) DAB
DBS와 마찬가지로 DAB는 현재의 아날로그 방식의 AM 및 FM 방송과는 달리 디지털 방식을 도입한 것으로 혼신에 의한 음성 약화 및 이동체 수신 불량을 완전하게 해소할 수 있을 뿐만 아니라 고속 데이터 전송이 가능하다는 이점이 있다. 지상파를 이용한 DAB는 마르코니의 무선전신 발명 100주년이 되는 1995년 9월에 영국의 BBC 방송과 스웨덴의 SR(Sweden Radio)가 동시에 방송을 개시함으로써 본격적인 막을 올리게 되었다. 이후 덴마크도 DAB 방송을 개시하였으며, 유럽과 북미를 중심으로 정규방송 및 실험방송이 진행되고 있다. 하지만, 위성을 이용한 DAB 서비스, 즉 DAB 위성 서비스는 아직까지 이루어지지 않고 있다.
※ 출처 - http://cafe.daum.net/imt2000
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