Satellite communications have recently been considered as a solution to deliver global internet services, leveraging extensive satellite coverage. As numerous satellites are set to be deployed, there is a growing need to investigate satellite mega-constellations from the perspective of system optimization. In this dissertation, we model and analyze various satellite communication scenarios based on point processes. First, we analyze low Earth orbit (LEO) satellite systems under the shadowed-Rician fading by modeling the satellite distribution based on a binomial point process (BPP). The analytical results are further simplified with the help of the Poisson limit theorem. Next, we derive the coverage performance of geosynchronous Earth orbit (GEO) satellite systems where GEO satellites are distributed in the geostationary orbit according to a BPP. We then introduce promising structures for clustering-based LEO constellations and evaluate performances at both link- and system-levels considering various clustering types and transmission schemes. The extensive coverage, a primary advantage of satellites, could also cause a significant risk by making uplink signals more susceptible to interception. In this regard, we analyze the impact of potential threats posed by malicious satellite eavesdroppers in terms of secrecy performance.
최근 들어 글로벌 인터넷 서비스를 제공하기 위한 수단으로 위성통신이 주목을 받음에 따라 많은 수의 위성을 우주에 배치하기 위해 거대 위성군 시스템 최적화에 대한 중요성이 부각되고 있다. 본 학위 논문에서는 다양한 위성통신시스템을 점 과정을 이용해 모델링하고 성능을 분석한다. 먼저, 저궤도 위성통신시스템의 성능을 쉐도우 라이시안 페이딩 채널과 이항 점 과정 기반 위성 분포를 고려하여 분석하고 푸아송 한계 정리를 이용해 간략화한다. 그리고 정지궤도의 특성을 이용해 다수의 위성이 정지궤도에 분포된 위성통신시스템을 모델링하고 성능을 분석한다. 또한 많은 수의 위성이 존재할 때 위성간간섭을 완화하기 위한 클러스터링 기반 저궤도 위성군 구조를 제안하고 다양한 형태의 클러스터링 방식과 협력 전송 방식을 고려해 링크 및 시스템 레벨 성능을 분석한다. 위성의 주요 장점인 넓은 커버리지는 지상 단말의 신호를 도청하는 위협으로 작용할 수 있다. 이런 위험성을 고려하여 다수의 악의적인 저궤도 도청 위성이 존재하는 환경에서 시스템의 보안 성능을 분석한다.
