항공데이터링크.MODE-S통신.항공이동위성통신.항공종합통신망

 항공데이터링크

항공용 HF 통신은 음성통신의 품질이 양호한 VHF 통신대의 전파의 단점인 가시거리의 사용제한으로 근거리 통신이 불가능한 통신, 즉 항공기가 대양 상공이나 지상 설비의 설치가 불가능한 사막, 정글 등에 존재할 때, 지상과의 통신에 이용된다. 이 HF 통신은 HF대의 전파의 특성으로 야기되는 혼신과 잡음이 존재하나 지금까지 유일한 대양상의 장거리 통신수단이었다. 그러나 주파수대의 전파특성상 그 신뢰성이 매우 낮은 실정이다. 이 통신은 항공기가 비행 중에 지상과의 교신을 효과적으로 안전하게 수행하기 위하여 필요한 상호지원하에서 통신한다. 일반적으로 각 비행정보구역(FIR)에 하나씩의 항공통신국이 존재한다. 그러므로 HF를 이용한 항공통신망은 여러 개의 항공통신국으로 이루어지며 이러한 HF를 이용한 통신방식은 인공위성을 이용한 통신이 확대될 때 서서히 사라질 것이나 인공위성의 통달거리밖에 있는 양 극지방에서는 계속 사용될 전망이다.

초단파대(VHF)의 전파를 사용하는 항공이동 무선통신은 항공교통관제 무선통신, 운항관리통신 등에 사용되며 중요한 통신으로서의 역할을 하고 있다. VHF대의 전파통달은 직접파에 의한 가시거리내의 전달이기에 통달거리는 비행고도에 따라 정해지며 대행기의 경우 약 400Km이다. 이것으로는 통달거리가 불충분하며 대류권 산란전달을 이용한 대전력의 거리연장 VHF국이 있으며 대부분 특정방향으로 지향시키며 통달거리는 대략 600Km정도이다. 주파수 간격은 항공기가 증가함에 따라 통신량이 비약적으로 증가하는 것에 대비하기 위해 채널 수를 확보하기 위해서 단계적으로 좁혀왔으며, 현재는 25KHz로 되어 있다. 따라서 118.000MHz ~ 136.975MHz에서는 760개밖에 없다. 장래에는 12.5KHz(1520채널)로 되리라 예상되나 현재 추진하는 데이터링크가 실용화되면 전파의 이용효율이 향상되고 더불어 위성통신이 실현된다면 당분간 현재의 주파수 간격은 그대로 유지될 것이다

 

MODE-S통신

 

모드 S 데이터통신은 2차감시 레이더가 항공기와 감시시스템을 위한 정보를 교환할 때 부수적으로 관제 이외의 정보를 첨부하여 교환하는 통신방식으로 현재 개발되고 있는 중이다. 현재 국내에는 존재하지 않으나 미국의 경우 1991년부터 설치가 시작되었으며 유럽과 일본에서도 설치를 추진하고 있다. 모드 S 데이터통신의 특징으로는 지대공의 경우 4Mbps, 공대지인 경우 1Mbps의 속도를 제공할 수 있다. 관제성능을 제외한 이용자 측면에서의 통신속도는 초당 80~120K 비트로 오차보정 정보의 송신에는 충분하다. 이 모드 S 데이터링크도 항공종합통신망(ATN)의 하부구조로 이용될 전망이다. 그러나, 이 통신망은 모드 S 레이더가 설치된 후에 레이더의 통달거리 내에 있는 항공기만이 사용 가능하다.

세부적인 내용은 항공감시분야의 'MODE-S 레이더'에 언급되어 있다.

항공이동위성통신

항공이동위성통신서비스(AMSS) 시스템은 항공기의 하부시스템과 지상의 하부시스템간을 정지 궤도상의 인공위성과 지상국을 이용하여 직접 연결하는 세계적인 통신시스템이다. 이 시스템은 항공기에 탑재한 최종 이용자와 지상에 본부를 둔 최종 이용자 사이를 데이터 및 음성통신으로 지원하는 시스템이다. 항공기의 최종 이용자는 항공기에 탑승한 승객은 물론이고 항공기의 탑재시스템이 포함되며, 지상의 최종 이용자의 대표적인 예는 항로관제소, 항공기를 운용하는 항공사 및 기타 공중통신망 가입자 등이 있다. AMSS 기능에 의해 서비스될 수 있는 통신은 크게 4가지로 나뉜다. 이들은 항공교통서비스(ATS), 항공운항관리(AOC), 항공업무통신(AAC) 및 항공여객통신(APC) 등이다.

항공이동위성통신서비스(AMSS)의 장점

음성 및 데이터를 포함하는 양질의 양방향 통신을 제공.
어떠한 고도든 서비스영역내에서 비행하는 항공기를 위한 통신을 제공.
대기중 및 전리층에서의 전자파에 의한 영향을 받지 않는 통신을 제공.
위성에서 지향성 안테나를 이용한 지구 표면의 특정된 지역을 커버하기 위한 통신을 제공.

항공이동위성통신서비스(AMSS)의 단점

정지궤도위성으로 커버되지 않는 극지방을 커버하기 위해 특별한 궤도를 갖는 제3의 위성이 필요함.
현재의 기술로는 대륙간 VHF 통신장비보다 더 복잡하고 고가의 항공 기지구국 장비가 요구됨.
항공기지구국과 위성사이, 위성과 지상지구국사이의 신호의 편파는 신호가 전리층을 통해 전파될 때 회전하게 되어 항공기지국, 위성, 지상지구국을 위해 상대적으로 복잡한 원형편파의 사용이 요구됨.
터미널 영역에서, 일부 위성을 이용한 통신은 항공사에 의해 사용될 지도 모르나 대부분의 항공기는 비용이 저렴한 VHF 사용이 지속될 것임.

항공이동위성통신서비스(AMSS)의 응용분야

항공이동위성통신서비스 시스템을 위한 여러 가지 응용의 잠재성은 대단하다. 그러나 여기에 필요한 과다비용 관계로 사용자에게 이용의 한계를 줄 수 있다. 항공이동위성통신서비스 시스템의 응용분야는 크게 항공교통서비스(ATS), 항공운항관리(AOC), 항공업무통신(AAC) 및 항공여객통신(APC) 등으로 구분된다. 여기서 ATS와 AOC는 항공기 안전운항에 직접관계되는 통신으로 많은 비중을 차지하나 신중한 검토를 필요로 하는 안전서비스 분야이고 AAC와 APC는 안전운항과는 무관한 비안전서비스 분야이다. 즉, ATS와 AOC는 기존의 HF를 이용한 항공교통관리(ATM)에 포함되었으나 비안전서비스분야인 APC와 AAC는 범용으로는 거의 포함되지 않았던 새로운 서비스로 인공위성을 이용한 통신서비스의 발달로 통신이 가능하게 되었다.

인공위성 데이터통신

항공이동통신용 인공위성은 일반적으로 우리가 가정이나 사무실에서 국제음성통신을 이용할 때 사용되는 인공위성과 유사한 인공위성이다. 여기서 유사라는 용어는 기본적으로 제공하는 기능은 동일하나 사용하는 주파수가 다르기 때문이다. 일반적인 고정통신망은 C, Ku, Ka 밴드의 주파수를 이용하나 이동통신용은 L밴드의 주파수를 이용한다. 이동통신을 위해서는 적절한 보조능력을 가지면서 항공통신의 최대 목표인 전세계를 커버하기 위해 최소 3개의 위성이 필요하다. 이들 위성은 지구정지궤도를 이용하여 지구 적도면 상공에 존재하므로 지구와 동일 주기로 회전한다. 그러므로, 이 궤도에 위치한 위성은 지구와 같은 속도로 회전하고 있으므로 지구에서 위성을 보면 적도 상공에 정지하고 있는 것으로 보여진다.
위성에 장착된 안테나는 위성으로부터 보이는 지구 전역 혹은 필요에 따라서 일부분 영역으로만 전파를 발사할 수 있게 조정되어 있다. 따라서, 몇 개의 인공위성으로 극지방을 제외한 전체 지구를 커버할 수 있다. 현재 세계에 통신서비스를 제공하기 위한 위성은 경도 120도 간격으로 배치된 총 3개의 위성이고, 이 위성은 지구전역을 커버할 수 잇는 안테나를 갖추고 있다. 또한 통신량이 폭주하는 대서양에는 두 대의 위성이 배치되어 전 세계적으로는 4대가 운용되고 있다. 인공위성 중계에 의한 데이터 통신망은 정보전달 특성상 동보성과 광역성을 가지고 있다. 광역을 커버하기 위하여 인공위성의 중계방식도입은 필수적이며 인공위성을 이용한 데이터링크는 국제해사기구가 운용 중에 있는 데이터링크를 이용함으로써 수행되어질 수 있다. 비용효과 측면에서는 앞서 기술된 통신방식보다 덜 경제적이어서 대양, 사막 등 꼭 필요한 지역에서만 사용될 예정이다.

 

항공종합통신망

현재는 주로 공대지 음성통신으로 항공교통관리(ATM)을 수행하고 있다. 이러한 통신방법은 통달거리가 짧고 전파의 질이 떨어지는 등의 문제점이 있고 조종사와 관제사간의 언어장벽에 대한 문제는 물론 컴퓨터의 데이터베이스를 이용하지 못하는 결점이 있다. 또한 대양지역과 원격지항행에서는 HF를 사용하는 장거리통신에 의존하고 있는데 HF통신은 신뢰성이 없고 위성항행시스템 특별위원회에서 추진하고 있는 인공위성을 이용한 통신방식이 도입되면 위도가 75도 이상인 극지방을 제외하고는 더 이상 사용되지 않을 전망이다.
앞으로는 공지통신에 사용하고 있는 음성통신은 데이터통신으로 대체될 것이며 특별한 경우나 비상사태 시에만 사용될 것이다. 항공기 탑재장비와 지상장비의 성능은 가능한 한 직선항로를 제공하고 공역이용을 극대화시킬 수 있도록 조합되어야 한다. 즉, 항공기에 탑재되고 있는 운항관리시스템(FMS : Flight Management System)에서 생성되는 정보들을 항공교통관제에 활용해야 될 필요성이 증대되었다. 항공기 운항감시 및 식별부호 등을 제공하는 이차감시레이더가 항공교통관제분야에 간단한 공지데이터통신의 역할을 수행하고 있으나 정보량은 극히 제한적이다. 따라서 이러한 문제점들은 공중과 지상간의 모든 통신을 국제적으로 표준화된 통신망으로 구축함으로서 해결될 수 있다.

위성항행시스템에서 항공통신망(ATN : Aeronautical Telecommunication Network)의 개념은 이차감시레이더의 MODE-S, VHF데이터링크 및 항공이동위성서비스(AMSS) 데이터와 같이 서로 다른 공중-지상간의 데이터를 상호 공유할 수 있도록 하기 위해 ICAO 및 일부 선진국가에서 개발 중에 있다.
패킷 데이터서비스를 위한 항공이동위성서비스(AMSS)는 항공통신망 중의 한 부분통신망(Subnetwork)으로 간주된다. 따라서 항공통신망이란 공중/지상 그리고 지상의 부분통신망끼리 접속을 확립하여 서로 다른 개별적인 모든 항공통신망을 하나로 통합, 연결하려는 개념이다. 서로 다른 기기끼리 상호운용이 되려면 시스템의 통신망측면에서는 응용환경에 무관하여야 하며 하드웨어는 여러 가지 서로 다른 공중-지상링크에 의해서 분할될 수 있어야 한다. 데이터통신망은 지상컴퓨터 또는 지상컴퓨터끼리 연결되어야 하는데 전 세계적으로 국가나 제작회사에 관계없이 모든 통신망내의 컴퓨터가 국제표준화기구(ISO)에 의해 개발된 개방형 상호접속방식을 사용하여야 한다.
항공통신망은 항공이동위성서비스(AMSS)를 비롯한 위성항행시스템의 대부분의 구축이 이루어지는 시점에서 전체적인 통신망이 완성되기 때문에 대단히 방대하고 장기적인 사업이 될 것이다. 그러나 지상에서의 업무용데이터 이용 시에는 컴퓨터 통신망을 통한 전송이 이루어지고 있으므로 점차 확장시켜 나가는 형태로 발전될 것이다.

항공통신망(ATN)은 위성항행시스템을 구성하는 하드웨어를 통합하여 전체 시스템으로 묶는 소프트웨어 작업이다. 따라서 종단시스템인 항공기 탑재컴퓨터와 지상의 호스트컴퓨터의 구성이 어떻게 되느냐에 따라 그 구성이 크게 달라질 수밖에 없다. 항공통신망은 항공이동위성서비스를 비롯한 위성항행시스템의 대부분이 구축되는 시점에서 전체 통신망이 완성되지만 국제민간항공기구(ICAO)에서 권장하고 있는 프로토콜의 방식이 부분적이라도 각각의 단말에는 지장을 초래하지 않으면서 통신망이 이루어지기 때문에 지상에서의 업무용 데이터 이동에는 이미 적용되기 시작되었다. 컴퓨터통신망의 개발은 항공통신망이 아니더라도 초기 접속과정과 프로토콜의 표준이 완성되면 일의 절반을 수행한 것이나 다름이 없기 때문에 현재 항공통신망 프로토콜로 추천되고 있는 개방형 상호접속 프로토콜이 점점 구체적인 부분까지 확장되고 있다. 이차감시레이더의 MODE-S시스템을 이용한 데이터통신을 개발하고 있는 ICAO의 이차감시레이더 개량 및 충돌방지위원회에서 공지데이터 통신시스템에 개방형 상호접속방식을 채택하도록 권고하고 있다.