무선통신기술 4. 주파수대에 따른 전파 특성(2)

(1) 전파 통로에 의한 분류

페이딩 : 페이딩은 무선 통신에서 신호의 강도가 변화하는 현상을 말합니다. 이는 주로 전파가 건물이나 지형의 변화, 장애물 등과 같은 환경적 요인에 의해 감쇄되거나 반사되는 경우에 발생합니다. 페이딩은 크게 두 가지 유형으로 나뉩니다.

1. 패스 로스 페이딩(Path Loss Fading): 전파가 공간을 통과함에 따라 전파의 에너지가 거리에 비례하여 감쇠되는 현상을 말합니다. 이는 주파수에 따라 다르며, 주파수가 높을수록 (고주파수일수록) 감쇠가 더 크게 발생합니다. 이러한 현상은 자유 공간에서의 전파 전파 손실과 관련이 있습니다.
2. 멀티패스 페이딩(Multipath Fading): 전파가 여러 경로를 통해 수신기에 도달할 때 발생하는 신호의 섭동 현상을 말합니다. 이는 주로 다중 반사 및 산란에 의해 발생하며, 시간, 주파수 및 공간에 따라 다르게 나타날 수 있습니다. 멀티패스 페이딩은 주로 다중 경로 간의 신호 간섭으로 인해 통신 품질을 저하시키는데 영향을 미칩니다.

이러한 페이딩 현상은 무선 통신 시스템의 설계 및 운용에 중요한 영향을 미치며, 이를 최소화하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있습니다.

다이버시티 방식 : 다이버시티 방식은 다양한 전송 경로를 사용하여 무선 통신의 신뢰성과 성능을 향상시키는 기술입니다. 이 방식은 주로 멀티패스 페이딩과 같은 채널 특성을 극복하기 위해 사용됩니다. 다이버시티 방식에는 여러 가지 유형이 있지만, 대표적으로 다음과 같은 것들이 있습니다.

1. 공간 다이버시티(Spatial Diversity): 공간 다이버시티는 다양한 안테나를 사용하여 다른 방향으로 전파를 송수신하는 기술입니다. 이를 통해 다중 경로 간의 간섭을 최소화하고 신호의 강도를 균등하게 분산시킬 수 있습니다.
2. 시간 다이버시티(Time Diversity): 시간 다이버시티는 같은 정보를 여러 번 전송하여 다양한 시간상의 채널 조건을 이용하여 신호를 수신하는 방식입니다. 이를 통해 다중 경로에 따른 페이딩 효과를 완화하고 오류를 감소시킬 수 있습니다.
3. 주파수 다이버시티(Frequency Diversity): 주파수 다이버시티는 다양한 주파수 대역을 사용하여 신호를 송수신하는 기술입니다. 이를 통해 다른 주파수 대역에서 발생하는 간섭을 피하거나 감소시킬 수 있습니다.
4. 코딩 다이버시티(Coding Diversity): 코딩 다이버시티는 같은 정보를 다른 방식으로 부호화하여 전송하는 기술입니다. 이를 통해 오류 정정 기능을 향상시키고 페이딩 효과를 극복할 수 있습니다.

이러한 다이버시티 방식은 무선 통신 시스템의 신뢰성과 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 특히 멀티패스 페이딩과 같은 채널 특성에 의한 간섭이나 품질 저하를 극복하기 위해 다양한 다이버시티 기술이 종합적으로 활용됩니다.

​2)공중파

- 송수신 안테나 이상의 높이에서 전파되는 전파

② 대류권파

- 대류권 굴절파 : 초굴절현상(대기의 굴절차)에 의해 전파하는 전파

*대기의 굴절차 : 기압, 온도, 습도에 의해 형성

- 대류권 산란파 : 대기의 와류에 의한 유전율의 급격한 변동으로 인한 산란 현상에 의한 전파

*대기 : 비, 구름, 안개 등

- 대류권 반사파 : 대류권에서 반사되어 수신점에 도달하는 전파

● 대류권 전파

대류권 전파는 지구의 대류권 상층에서 발생하는 무선 통신을 위한 전파 현상을 말합니다. 이는 대류권의 특정 층인 이온층과 대류층 사이의 경계 지점에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다.

대류권 전파는 대기 중의 이온화된 입자들이 전파를 반사하거나 굴절시켜 통신을 가능하게 합니다. 이온층의 특성은 낮은 주파수의 전파를 장거리로 전달할 수 있도록 돕습니다. 특히, AM 라디오와 같은 저주파수 전파는 대류권 전파에 의해 장거리로 전파될 수 있습니다.

대류권 전파는 전파의 강도와 직결되는데, 대류권의 조건에 따라 전파의 강도가 변할 수 있습니다. 대류권 전파는 일반적으로 밤에 더 강력해지는데, 이는 대류층과 이온층의 경계가 더 높게 형성되기 때문입니다.

이러한 특성 때문에 대류권 전파는 AM 라디오, 장거리 통신, 항공기 통신 등에 널리 활용되고 있습니다. 그러나 대류권 전파는 지구의 기상 조건에 크게 영향을 받기 때문에, 일부 상황에서는 전파의 강도가 예측하기 어려울 수 있습니다.

① 대류권(Troposphere)

㉠ 지표면으로부터 약 10~20[km]의 범위 : 가스화된 입자들로 구성(비, 구름, 눈, 얼음 등)

㉡ 대류현상 및 기상현상

㉢ 대류권 두께(극지방 약 9[km], 온대지방 약 10~12[km], 적도지방 약 16[km]이하)

㉣ 온도는 높이에 따라 감소(대류권 이상의 높이에서 기온이 다소 일정하다. 고도 50[km]까지의 성층권에서 다시 기온이 상승)

㉤ 대기의 대류현상으로 끊임없이 여러 가지 기상 변화가 발생되고 있는 영역

② 주로 초단파(VHF) 이상에서 가시거리 밖 통신에 이용

③ 초단파 이상의 전파의 전파특성은 대류권 내의 굴절률의 높이에 따른 변화. 즉, 기상조건(주로 수증기의 함유량과 온도의 변화)에 관계된다. 빛이 대기중에서 굴절하는 것과 마찬가지로 전파도 대기 중에서 굴절한다.

​3) 마이크로파 통신(송수신)의 특징

마이크로파 통신은 고주파 전파를 이용하여 정보를 전송하는 무선 통신 기술입니다. 이 기술은 주로 광대역 통신, 무선 LAN(WLAN), 위성 통신, 레이더 및 다양한 무선 통신 응용 분야에서 사용됩니다.

마이크로파는 주파수 범위가 대략 1GHz(기가헤르츠)에서 300GHz까지이며, 전파의 파장은 1mm에서 1m 사이에 있습니다. 이러한 높은 주파수와 짧은 파장은 전파의 직진성과 고속 데이터 전송을 가능하게 합니다.

마이크로파 통신 시스템은 일반적으로 안테나, 송수신기 및 신호 처리 장치로 구성됩니다. 정보는 전기적인 신호로 변환되어 안테나를 통해 공간으로 전파되며, 수신기에서는 이를 다시 원래의 정보로 복구합니다.

마이크로파 통신의 장점은 다음과 같습니다:

1. 고속 데이터 전송: 높은 주파수와 짧은 파장으로 인해 고속 데이터 전송이 가능합니다.
2. 대역폭 확보: 넓은 주파수 대역폭을 확보하여 대량의 데이터를 동시에 전송할 수 있습니다.
3. 신호의 직진성: 마이크로파는 대기 중의 대부분의 장애물을 통과할 수 있으므로 장거리 통신에 적합합니다.

그러나 마이크로파 통신은 공간 손실과 다중 경로 간섭과 같은 문제에도 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 장거리 통신 시에는 중계소나 리피터를 사용하여 신호의 강도를 유지하고, 다중 경로 간섭을 최소화할 필요가 있습니다.

- 직접파를 이용하여 원거리 통신을 하기 위해서는 다수의 중계소를 필요로 한다.

① 예민한 지향성과 고이득을 가진 안테나를 소형으로 만들 수 있다.

② 전파손실이 적고 외부잡음

의 영향이 적어 S/N비를 크게 할 수 있다.

③ 광대역성이 가능하다.

④ PTP(Point To Point) 통신이 가능하다. (1:1)

⑤ 회선 건설기간이 짧고 경비가 저렴하며 재해 등의 영향이 적다.(회선구성의 융통성)