해상무선통신환경에서 위성통신 전파경로 손실에 따른 인마셋 중계기의 설계 및 성능분석 = Design and Performance Analysis of Inmarsat Repeater with Satellite Communication Radio Propagation Path Loss over Maritime Wireless Communication Environment|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 인마셋(Inmarsat) 위성을 이용한 무선 중계기(Repeater) 시스템을 설계하였다. 중계기 시스템의 구성은 전원을 공급하기 위한 바이어스-티(Bias-Tee)와 실외 안테나, 실내 안테나 그리고 인마셋 위성신호를 증폭하여 재전송하는 중계기 부분으로 구성된다. 중계기 외부에 있는 실외 안테나는 원형편파(RHCP : Right Hand Circular Polarization)를 송․수신할 수 있는 헬리컬(Helical) 타입의 이득이 11[dB]인 안테나를 설계하였고, 선박 내부에 설치되는 실내 안테나 또한 원형편파를 송․수신할 수 있으면서 작고 소형화가 가능한 마이크로 스트립 패치(Patch) 안테나 타입의 이득이 9[dB]인 안테나를 설계하였다.
중계기 부분에서는 인마셋 위성으로부터 수신되는 신호의 강도 및 GPS 신호의 수신세기를 측정하여 임의의 설정 값으로 중계기의 증폭도를 설정하고, 설정에 따른 각각의 위성 신호들의 강도를 분석하여 신호들 사이에서 간섭의 영향으로 발진이 발생되는지 MCU가 판단 및 제어할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 이때 각 신호들에 대한 발진 및 간섭이 발생되면 각 신호들의 감쇄와 이득 조정하는 ALC 기법과 AGC 기법을 혼용하여 MCU를 통하여 신호들에 대한 격리도를 조정하도록 제어하였다. 또한 실험결과의 타당성을 입증하기 위하여 본 논문에서 구현된 중계기의 ALC 알고리즘이 적용되지 않은 상태의 중계기 출력을 측정하고 ALC 알고리즘이 적용된 중계기의 출격을 비교함으로써 본 논문에서 제안된 ALC 알고리즘이 중계기의 RF 출력에 미치는 영향을 비교하였다. 그리고 기존에 사용되고 있는 유선형태의 중계기 시스템의 입출력과 본 논문에서 구현된 무선 중계기 시스템의 성능을 서로 비교하였다. 그 결과 ALC 알고리즘이 적용되지 않은 경우 중계기 입력신호가 -51[dB] ~ -30[dB] 구간에서는 선형적인 증폭도를 유지하고 있으나, 그 이상의 높은 입력 신호가 인가되면 중계기 내부의 증폭회로가 발진하여 중계기로써의 기능을 더 이상 유지할 수 없음을 확인하였다. 기존 유선 형태의 중계기 시스템에서 적용되고 있는 중계기 출력 성능은 일반적인 이득이 고정된 증폭기의 출력형태를 나타내고 있으므로, 본 논문에서 제안한 입력신호의 변화에 따른 증폭기의 일정한 RF 이득 값을 출력할 수 없음을 알 수 있었다. 따라서 본 논문에서 제안된 ALC 및 AGC 알고리즘으로 설계된 시스템은 중계기 시스템의 요구사항을 모두 만족하였으며, 특히 역방향 링크의 입력 주파수가 1.643GHz와 1.651GHz 신호의 크기가 -51[dB] ~ 0[dB]로 가변 유입되더라도 중계기의 발진을 효과적으로 제거할 수 있었다. 그리고 중계기 전체의 이득은 80[dB]이며 최종 RF 출력단의 출력은 29[dB]± 1[dB]로 측정되어 중계기 성능에 만족함을 확인할 수 있었다.

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본 논문에서는 인마셋(Inmarsat) 위성을 이용한 무선 중계기(Repeater) 시스템을 설계하였다. 중계기 시스템의 구성은 전원을 공급하기 위한 바이어스-티(Bias-Tee)와 실외 안테나, 실내 안테나 그리...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this thesis, a wireless repeater system using Inmarsat satellites was designed. The repeater system consists of the following three parts: the indoor antenna including the bias-tee part for power supply, the outdoor antenna, and the repeater which receives and amplifies the weak circular polarized Inmarsat signal entered through the antenna then send it to the terminal and also amplifies the signal received from the terminal and sends it back to the satellite.
The outdoor antenna at the repeater's outside was of helical type capable of sending and receiving right hand circular polarization; the indoor antenna for installation inside ships was designed as a microstrip patch antenna type capable of sending/receiving right hand circular polarized signals as well while enabling miniaturization.
At the repeater part, we proposed an algorithm for measuring the signal strengths of the signals received form Inmarsat and GPS signals to set the repeater's amplification rate to an arbitrary set value and analyzing the strengths of each satellite signal according to the setting so that the MCU can identify and control whether oscillation occurs from the influence of interference between signals. Here, control was implemented by using ALC and AGC methods which perform attenuation and gain control if oscillation or interference occur on each signal; the MCU adjusts the degree of separation. In addition, to prove the validity of the test results, we measured the repeater's output without the ALC algorithm of the repeater implemented in this thesis and compared it with the output of a repeater with ALC algorithm applied to compare the effect of the ALC algorithm proposed in this thesis on the repeater's RF output. Then, we compared the input/output of the wired type repeater system currently in use with the performance of the wireless repeater system implemented in this thesis. The result showed that, if the ALC algorithm was not applied, a linear amplification was maintained at a repeater input signal range of -51[dB] ~ -30[dB] ;however, we verified that, if a higher input signal was applied, the amplifier circuit inside the repeater entered oscillations and thus could no more maintain the repeater's functionality. As the repeater output power applicable on existing wired type repeater systems show the output pattern of a generic fixed gain amplifier, we can see that such systems cannot output a constant RF gain value of their amplifier according to input signal change as proposed in this thesis. The test showed that all requirements of the repeater system were satisfied; in particular, we found that the proposed ALC and AGC algorithm was capable of removing oscillation even of the repeater's input signal magnitude varied in the range of -51[dB] ~ 0[dB]; the overall gain was 80[dB] and the final RF output was 29[dB]± 1[dB], thus being satisfactory. As a result of this thesis, an Inmarsat wireless repeater system was designed to provide convenience to Inmarsat users while enabling satellite communication indoors. At the same time, the space constraints for satellite communication were removed as satellite communication was made possible inside the ship. We designed a repeater capable of Inmarsat communication in the wireless environment inside a ship where various frequencies and equipment coexist and validated its performance.

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