항재밍/저피탐을 위한 위성통신 웨이브폼과 중계기 구조

Abstract

본 논문에서는 최악의 전자전 환경인 초대형 안테나를 보유한 재머나 신호탐지기에도 영상급 고속 데이터를 전송할 수 있는 위성통신용 대전자전 웨이브폼과 위성 비콘 웨이브폼을 제안한다. 저속 주파수 도약 웨이브폼으로 일정한 진폭을 유지할 수 있어 위성의 비선형 채널 환경에 적합하면서, 대역폭을 제한한 GMSK 변조방식과 LDPC와 RS 에러정정 코드를 적용한 위성 SFH 웨이브폼이다. 또한 기존의 재머제거 능력이 있는 DRT 중계기에서 신호 대역외에 있는 모든 재머는 제거할 수 있는 DSM형 중계기를 제안하였다. 제안한 웨이브폼 및 DSM 중계기(DSM-위성 SFH 웨이브폼)의 항재밍 성능을 분석한 결과 기존 위성용 대전자전링크나 Link-16 웨이브폼보다 우수하며, DSM 중계기는 DRT보다 최대 2dB 이득을 보였다. 그리고 항재밍 성능 및 탐지회피 능력 개선을 위해 송수신 신호 중첩통신 방식을 DSM-위성 SFH 웨이브폼에 적용하는 것을 제안하였다. 이 중계기에서는 위성을 중심으로 주파수 도약 동기를 맞추기 때문에 도약 홉내에 송수신 신호가 중첩할 수 있다. 이 방식을 사용하면 위성의 주파수 자원을 최대 2배까지 사용할 수 있다. 그러나 저속 주파수 도약시 재밍을 당하면 슬롯내 전체 심벌에 에러가 생길 수 있으므로 이를 극복하기 위해 남게 된 주파수 자원을 활용하여 DSM-위성 SFH 웨이브폼의 같은 신호를 반복하여 송신하는 주파수 다이버시티 방식을 제안하였다. DSM-위성 SFH 웨이브폼에 주파수 다이버시티를 적용한 DSM-위성 FD/SFH 웨이브폼의 항재밍 분석결과 500MHz 대역폭으로 도약을 하는 경우 -19.5dB의 S/J로 worst case 부분대역 재밍 환경에서 전술 영상급 데이터 통신이 가능하였다. 이때 재머가 도약대역폭의 3%는 재밍을 해야 하므로 CW성 재밍과 비교하면 재밍 신호 발생의 어려움을 야기할 수 있는 이득이 있다. 제안 웨이브폼의 LPI 성능은 데이터 속도를 추정할 수 있는 D&M 검출기를 갖는 신호 탐지기에게 신호를 중첩함에 따라 2.5dB의 탐지회피 능력이 개선됨을 확인하였다. 통신방해나 신호탐지에 대응하는 관점을 바꾸어 본 논문에서 대상으로하는 대형 재머나 신호 탐지기는 초대형 안테나를 사용해야 한다는 단점을 이용할 수 있는 낮은 SNR을 갖는 중계기용 비콘신호 방식 제안하였다. 확산코드를 모르는 재머나 신호탐지기는 확산 처리이득만큼 낮아진 SNR의 비콘신호를 수신해야 하므로 목표 위성을 지향하기 어렵게 할 수 있다. 제안한 비콘방식에 대해 위성지향에 가장 정확한 것으로 알려진 모노펄스 방식을 재머나 신호탐지기가 사용한다고 가정하고 이때의 지향오차와 이에 따른 최대 안테나 이득을 분석하였다. 분석 결과 재머나 신호 탐지기의 안테나 3dB 빔폭이 0.06, 0.08, 0.1도인 경우 18dB, 1.2 dB, 0.2dB로 재머나 신호탐지기의 송신출력 및 수신성능을 줄이는 대전자전 이득이 있음을 알 수 있었다. 그리고 확신비콘을 구현하는 측면에서는 재머나 신호탐지기의 빔폭이 0.08도인 경우 비콘을 4.3dB 처리이득을 갖도록 확산을 하여야 하며, 빔폭이 0.06도 인 경우는 11dB의 처리이득이 필요함을 확인하였다. 분석결과 제안하는 웨이브폼 및 중계기 구조는 군 위성통신 대전자전 링크에 적용 가능할 것으로 판단된다.