저궤도 군집 위성의 주파수 간섭 완화 방법에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

저궤도 군집 위성의 주파수 간섭 완화 방법에 대한 연구 논문제출자 송 창 윤 지 도 교 수 김 태 훈 최근 전 세계적으로 저궤도(LEO, Low Earth Orbit) 위성 군집 (constellation) 시스템의 구축이 급격히 확산되고 있다. SpaceX의 Starlink, OneWeb, Amazon Kuiper 등 수천 기 규모의 LEO 위성들이 운 용되면서, 기존 정지궤도(GEO, Geostationary Orbit) 통신망과 동일하거 나 인접한 주파수 대역을 공유하는 사례가 증가하고 있다. 이러한 주파수 공존 환경은 GEO 기반 방송·통신 서비스의 품질 저하 및 전파 간섭 가능 성을 높이며, 이는 위성통신망의 신뢰성과 연속성 확보 측면에서 중요한 기술적 과제로 대두되고 있다. 특히 Ku 및 Ka 대역과 같이 GEO–LEO 간 중복 사용이 이루어지는 주 파수 영역에서는, LEO 위성의 송신 빔이 GEO 지구국의 수신 방향과 일 치하거나 근접할 경우 순간적인 강한 간섭(in-line interference)이 발생 할 수 있다. 이에 따라 국제전기통신연합(ITU-R)은 국제전파규정(Radio Regulations, RR) 제22조를 통해 등가전력속밀도(epfd↓, Equivalent Power Flux Density) 기준을 설정하고, 비정지궤도(NGSO) 시스템이 GEO 시스템에 미치는 간섭 한계를 정량적으로 규정하고 있다. 그러나 이 러한 기준은 주로 이상적 조건을 전제로 한 이론적 모델에 기반하고 있 어, 실제 궤도운용 환경과 가시 조건, 전력 제어, 빔 포인팅 등의 동적 변 수를 충분히 반영하지 못하는 한계가 있다. 본 연구에서는 GEO 위성망 보호를 위한 실질적인 간섭 완화 기법 (interference mitigation technique)의 효과를 검증하기 위해, MATLAB 기반의 시뮬레이션 환경을 구축하였다. 정지궤도 위성인 KOREASAT-116K를 ‘피간섭 시스템(Wanted)’으로, Starlink 위성망을 ‘간섭원(Interferer)’으로 설정하여 실제 궤도와 시간에 따른 간섭 영향을 분석하였다. 또한 ITU-R 권고서에 정의된 epfd↓ 마스크를 기준으로 하 여, 지구국 이격(ES separation), Arc 회피(arc avoidance), 송신 전력 제 어(power control), 편파 분리(polarization separation) 등의 간섭 완화 기법을 단계적으로 적용하고, 그 정량적 효과를 비교·평가하였다. 시뮬레이션 결과, 지구국 이격 기법은 단일 적용 시에도 epfd↓ 초과 확 률을 유의미하게 감소시켰으며, Arc 회피 및 전력 제어 기법은 GEO 시 스템 보호 성능이 향상됨을 확인하였다. 또한 편파 분리의 경우 간섭 저 감 효과는 상대적으로 제한적이었으나, 주파수 재사용 효율 측면에서 보 완적인 역할을 수행할 수 있음을 확인하였다. 본 연구의 결과는 GEO– LEO 주파수 공존 환경에서 ITU-R 권고 기준의 실효성을 검증하고, 실 제 운용 조건을 반영한 간섭 관리 전략을 수립하는 데 기초 자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 (Introduction) 1
• 1.1. 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2. 관련 연구 동향 3
• 1.3. 연구 목적 및 범위 4
• 1.4. 연구 방법 6
• 2. 저궤도 위성 네트워크와 정지궤도 통신망 8
• 2.1. 위성통신의 분류와 궤도 체계 8
• 2.2. 저궤도(LEO) 위성 네트워크의 구조와 특성 9
• 2.3. 정지궤도(GEO) 위성 통신망의 구성 11
• 2.4. GEO–LEO 간 주파수 공존과 간섭 문제 12
• 2.5. ITU-R 규제 프레임과 본 논문에서의 적용 14
• 3. 간섭 관리 및 완화 기법 16
• 3.1. ITU-R S.1325-3 기반 간섭 완화 운용 기법 16
• 3.2. ITU-R S.1323-2 기반 GEO 보호 프레임워크 17
• 3.3. ITU-R S.1428-1 기반 안테나 수신 패턴 및 epfd↓ 마스크 18
• 3.4. ITU-R S.1503-2 기반 시뮬레이션 및 검증 절차 19
• 3.5. ITU-R S.1655 기반 일반화 간섭 완화 프레임워크 20
• 4. 간섭 분석 모델 및 시뮬레이션 방법론 22
• 4.1. MATLAB 기반 시뮬레이션 환경 구성 22
• 4.2. epfd↓ 계산절차 23
• 4.3. C/I 및 C/(I+N) 계산 24
• 4.4. 간섭완화 시나리오 구성 25
• 4.5. 평가 기준 및 검증 절차 28
• 5. 시뮬레이션 결과 및 분석 30
• 5.1. Arc 회피 기법의 간섭 완화 효과 30
• 5.2. 전력 제어(Power Control) 효과 32
• 5.3. 지구국 이격 효과 34
• 5.4. 편파 분리 기법 36
• 5.5. 규제 준수성(Compliance) 평가 38
• 6. 결론 40
• 참고문헌 42
• ABSTRACT 43