In this thesis, we consider three problems concerning the efficient use of satellite communication networks. Geostationary orbit is considered as a kind of natural resource which must be shared with all nations. However, due to the rapid increase of the number of geostationary satellites, intersatellite interference problems limits the number of networks that may be accommodated along the geostationary orbit at a given level of technology. Therefore, the use of techniques to optimize satellite orbital positions has become necessary. In this study, the methods of optimization are presented. In applying optimization methods, we use an objective function which is related to the aggregate interference affecting each satellite networks. Fibonacci method and Simulated Annealing are applied. Simulation results indicate that our methods works well.
Radio frequency spectrum is an another important natural resource. The use of this natural resource is optimized by employing multibeam antennas and SS/TDMA techniques. To provide global communications efficiently, SS/TDMA satellites are interconnected by ISLs, creating a satellite cluster. In this study, we present a heuristic algorithm, which is a very efficient and general one, for the traffic scheduling.
The current satellite communication systems are almost all based on geostationary satellites. The major advantage of these systems is their unchanging position with respect to the earth surface, thus no control overhead is required to track the satellites. However, there are several drawbacks or implementation difficulties : the high cost of launching the satellites into the geostationary orbit, long intersatellite link distance, high on board power requirement and large propagation delays. LEO satellites can overcome these disadvantages. With this advantages of LEO satellites, personal communications via LEO satellites constellation (GMPCS : Global Mobile Personal Communications by Satellite) is welcomed. Satellite is a basic component of the Future Public Land Mobile Telecommunications Systems (FPLMTS), which is a global system planned for the twenty-first century. Specially, GMPCS is a major step toward this system. However, because of the limited number of channels determined by a restricted frequency band, system capacity has to be increased by efficient reuse of available channels. The optimal channel allocation method for LEO satellite systems is presented. The method is based on Simulated Annealing.
위성통신망은 대부분의 주요 통신시스템에 있어 매우 중요한 부분을 차지하고 있다. 위성은 넓은 지역을 대상으로 서비스를 제공할 수 있는 독특한 특성을 가지고 있다. 위성통신의 장점 때문에 위성통신의 수요가 급격히 증가하고 있다. 본 논문에서는 위성통신망에 관련된 3가지 최적운용방안에 대하여 논의한다.
위성통신시스템에서 정지궤도(GEO)는 모든 국가가 공유해야 하는 귀중한 자원이다. 그러나, 정지궤도에 쏘아 올려지는 위성의 수가 급격히 증가함에 따라 위성간 간섭 (intersatellite interference) 문제가 발생하여 정지궤도가 수용할 수 있는 위성의 수가 제한 받게 된다. 그러므로, 위성의 궤도 선정을 최적화하기 위한 방법이 필요하다. 본 연구에서는 이를 위한 최적화 방법을 소개한다. 최적화 방법을 적용하는 데 있어 각 위성망에 영향을 주는 총간섭(aggregate interference)과 관련된 목적함수를 사용한다. Fibonacci method와 Simulated Annealing 방법을 이용하고 계산결과를 보면 이 방법이 좋은 성과를 보여 주는 것을 알 수 있다.
무선주파수(Radio frequency spectrum)는 또하나의 중요한 자원이다. 이 자원의 이용은 다중빔(multibeam)안테나와 SS/TDMA 시스템의 활용으로 최적화 될 수 있다. 전 세계를 연결하는 통신을 효율적으로 제공하기 위해서는 SS/TDMA 시스템을 위성간링크(ISL)로 연결하여 하나의 위성군으로 만드는 것이 중요한 대안 중 하나이다. 그러나, 이 경우에는 위성군을 이용하는 트래픽의 효율적인 스케쥴링이 필요하다. 이 문제는 NP-complete에 속하는 어려운 문제이다. 본 연구에서는 이 경우에 필요한 트래픽 스케쥴링에 대해 연구하고, 매우 효율적이고 일반적인 휴리스틱 알고리즘을 제공한다.
현재의 위성통신시스템은 거의 모두가 정지위성에 의존하고 있다. 이 위성시스템의 장점은 지구에서 볼 때 정지해 있는 것처럼 보여 위성을 탐색하는 제어가 필요하지 않다는 것이다. 그러나, 다음과 같은 단점과 활용의 어려움이 있다. -- 위성을 정지궤도로 쏘아 올리는 데 드는 비용이 높다. 위성간링크의 거리가 길다. 높은 전력이 필요하다. 전송지연이 크다. -- 이러한 단점을 저궤도 위성은 극복할 수 있다. 저궤도 위성의 이러한 장점으로 인해 저궤도 위성군을 이용한 개인휴대통신 (GMPCS : Global Mobile Personal Communications by Satellite)은 환영을 받고 있다. 위성은 21세기를 위해 계획된 FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications Systems)의 기본 구성 단위이다. 그러나, 제한된 주파수대로 인해 제한된 채널의 수 때문에 이용가능한 채널을 효과적으로 재사용하여 시스템의 용량을 증가시키는 것이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 저궤도 위성 시스템에서의 최적 채널 할당 방법을 제시하고 있고 이 방법은 Simulated Annealing 방법에 근거한다.
