Link-16에서 병렬CCSK 기반 메세지 패킹 및 멀티넷 성능분석

Abstract

최근의 군사작전은 NCW 환경에서 전투 진행 상황에 대한 영상정보 교환을 통해 정보우위를 확보한 상태에서 작전을 수행하는 것이 기본 모델화 되고 있으며, 미국 및 NATO에서는 Link-16을 통해 전술 이미지를 전송하고자 하는 노력이 계속되고 있다. 그러나 Link-16은 CCSK/MLS(Cyclic Code Shift Keying/Maximum Length Sequence) 코드를 사용하여 5 bits 데이터를 32 chips 으로 확산하여 전송하므로 낮은 주파수 대역 효율을 가지고 있어, 이미지 영상 데이터 전송, 유도무기에 대한 제어, 지휘통제 기능 등을 수행하는데 문제점이 생기게 된다. 따라서 현재 운영중인 Link-16을 통해 이미지를 전송하여 효과적인 군사작전 수행이 가능하도록 하나의 타임슬롯 내에서 전송되는 유효한 Data Bit 수량을 증가시킬 수 있는 새로운 메시지 패킹기법에 대한 연구가 필요하였다. 새로운 메시지 패킹 기법은 기존의 Link-16이 낮은 주파수 대역 효율을 가지고 있는 문제점을 해결하기 위하여 기존의 Link-16 메시지와 호환성을 유지하면서 PHY 계층에서는 하나의 타임슬롯 내에서 전송되는 유효한 Data Bit 수량을 증가시키기 위해 기존의 CCSK/MLS 기법 대신 COC 코드를 활용한 병렬 CCSK 기법을 적용하여 Link-16이 항재밍 성능을 유지하면서도 시스템의 전송율을 향상시킬 수 있도록 하였으며, MAC 계층에서는 동적 TDMA 환경에서 타임슬롯을 전송 할 때, 동일한 속성을 가진 패킹들을 연속으로 전송하여 Link-16의 데이터 전송율을 향상시킬 수 있도록 하기 위해서, 일부 타임슬롯의 Propagation 구간까지 데이터를 전송하게 할 수 있는 패킹구조를 제안하여 시간 자원 이용률을 향상시킬 수 있도록 하였다. 따라서 하나의 타임슬롯 내에서 데이터 전송율을 최소 2배에서 최대 5배까지 증가시킬 수 있어 Link-16은 이미지 영상 데이터 전송, 유도무기에 대한 제어, 낮은 데이터 전송 속도를 갖는 ISR 데이터 전송, 지휘통제 및 상황 인식 기능 등을 원활히 수행할 수 있게 되었다. 현재 운용 중인 Link-16은 다양한 작전을 지원할 수 있고 시스템 전체의 통신 용량을 증대시키기 위해 멀티넷의 개념을 도입하여 운영되고 있다는 것이 다른 전술데이터링크와 차별된 것이라고 할 수 있다. Link-16은 최대 51개 주파수 채널에서 주파수 도약 패턴을 서로 달리 함으로써 멀티넷을 지원한다. 따라서 멀티넷의 개수가 증가하면 주파수 도약 시 펄스의 충돌 확률도 증가하게 되어, 특정 수 이상의 멀티넷이 존재할 경우 통신이 불가능하게 된다. 따라서 멀티넷에 대한 정확한 분석 없이 한반도 전구에서 Link-16과 합동전술데이터링크가 동일 주파수 대역에서 작전을 수행할 경우 상호간에 간섭을 줄 소지가 많이 있어, Link-16을 기준으로 멀티넷 성능을 분석하여 동시에 운용될 수 있는 Net의 개수를 분석하고, 이를 근거로 동시에 수행할 수 있는 작전에 대한 정량적인 결과를 얻고자 하였다. 시뮬레이션 환경은 수신기와 멀티넷 송신기 간의 거리에 따라 최악의 멀티넷 환경과 균등분포 멀티넷 환경으로 구분하여, 각 환경에서 멀티넷 개수를 증가시키면서 멀티넷 성능을 확인하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 동시에 사용 가능한 NET의 개수가 최대한 15∼20개는 된다는 사실을 확인하였다. 또한 Link-16은 현재 사용하고 있는 51개 주파수 중 항행시스템에서 사용하고 있는 14개 주파수와 충돌을 피하기 위해 주파수를 재배치 하고자 하는 계획을 가지고 있음에 따라 향후 운용되는 주파수 채널이 37개로 감소하는 것을 고려하여 멀티넷 성능을 분석하였으며, 기존의 Link-16 웨이브폼의 CCSK 기법 대신에 전술데이터링크의 전송율을 증가시키기 위해 병렬 CCSK를 사용하여 한국형 전술데이터링크를 개발 및 운용 시 최고의 멀티넷 환경에서 각각의 COC 확산코드별로 전송 가능한 거리를 확인함으로써 Link-16 네트워크 설계 시 참조할 수 있는 기준을 제공하였다. 따라서 이를 근거로 한반도 전구에서 다수의 전술데이터링크가 동시에 작전을 수행할 시 사전 통신용량 산정 및 네트워크 설계가 가능할 수 있도록 하였다.