방글라데시 위성링크 EHF 대역 강우 감쇠 추정

본 논문은 급증하는 데이터 수요와 저주파 대역의 포화 현상에 대응하기 위해, 완전 사용 가능한 EHF 대역인 Q(36‑46 GHz)와 V(46‑56 GHz) 대역을 위성 통신에 적용할 가능성을 탐색한다. EHF 대역은 넓은 대역폭, 높은 안테나 이득, 작은 안테나 크기 등의 장점을 제공하지만, 강우에 의한 감쇠가 심각한 제약 요인으로 작용한다. 따라서 방글라데시와 같이 강우량이 풍부하고 계절 변동이 큰 지역에서의 강우 감쇠 특성을 정밀히 분석하는 것이 필수적이다. 연구는 방글라데시 농업연구위원회(BARC)에서 제공한 1968‑2008년 40년간의 연간 강우량 데이터를 기반으로, R‑H(Rice‑Holmberg) 모델을 적용해 각 지역의 강우율 누적 분포(CD)를 도출하였다. 네 개의 주요 지역(다카, 치타공, 라즈샤히, 실레트)의 평균 연강우량(M)과 폭풍 비율(β)을 표 1에 정리하고, 이를 통해 0.01 % 초과 강우율(R₀.₀₁)을 구했다. 실레트는 141.7 mm/h로 가장 높았으며, 라즈샤히는 109.1 mm/h로 최저였다. ITU‑R P.837‑6에서 제시한 95 mm/h와 비교하면 현지 측정값이 현저히 높아, 국제 표준이 열대·아열대 지역을 과소평가한다는 점을 확인했다. 강우 감쇠 예측에는 ITU‑R P.618‑13 모델을 채택하였다. 이 모델은 0 °C 등온선 고도(h_R), 위성·지상국 고도 차이, 위성 고도각(θ), 위도(φ) 등을 고려해 슬랜트 경로 길이(L_s), 수평 투영(L_G), 수직 보정(v) 등을 계산한다. 특히 θ가 5° 미만인 경우 복잡한 보정식을 적용해 정확도를 높인다. 모델에 필요한 회귀 계수(k, α)는 Ka, Q, V 대역 각각에 대해 ITU‑R P.838‑3에서 제공된 값을 사용하였다. 시뮬레이션은 Q‑밴드(40 GHz)와 V‑밴드(50 GHz)의 업링크·다운링크 주파수를 각각 선택하고, 각 지역의 위성 위도·경도와 위성(THAICOM‑5) 장기 위성의 위도(78.5°E)를 기준으로 안테나 고도각을 계산하였다(다카 59.58°, 치타공 60.15°, 라즈샤히 59.59°, 실레트 57.82°). 시뮬레이션 결과, Ka‑밴드(30 GHz)에서는 0.01 % 초과 시 최대 감쇠가 실레트에서 85 dB, 라즈샤히에서 74 dB로 나타났다. Q‑밴드에서는 실레트에서 124 dB, 라즈샤히에서 109 dB; V‑밴드에서는 실레트에서 156 dB, 라즈샤히에서 138 dB가 관측되었다. 이는 Ka‑밴드 대비 각각 약 32 %와 46 % 높은 감쇠이며, 지역 간 차이는 약 12 %에 달한다. 또한, ITU‑R에서 제공하는 강우율을 사용한 경우 실제 측정값 대비 감쇠가 각각 6 %와 18 % 낮게 예측되어, 현지 데이터를 기반으로 한 설계가 필요함을 강조한다. 계절별 분석에서는 강우량이 가장 많은 7월에 V‑밴드 감쇠가 170 dB에 달하고, Q‑밴드도 145 dB에 이른다. 반면 1월에는 40‑60 dB 수준으로 크게 감소한다. 99.99 % 가용성(0.01 % 장애) 확보를 위해서는 실레트에서 V‑밴드 156 dB, Q‑밴드 124 dB의 페이드 마진이 필요하고, 라즈샤히에서는 각각 138 dB와 109 dB가 요구된다. 8개월(3‑10월) 동안 V‑밴드에서는 140 dB 이상, Q‑밴드에서는 100 dB 이상의 마진이 지속적으로 필요하다. 이러한 거대한 마진은 현재 기술 수준에서 전력·안테나 설계 비용을 급증시켜 경제적 실현이 어려움을 나타낸다. 대책으로는 위성의 위도(경도)를 조정해 지상국의 고도각을 높여 슬랜트 경로 길이를 감소시키는 방법, 저주파 대역과 EHF 대역을 혼합 운용해 우기에는 저주파를, 건기에는 EHF를 사용하는 듀얼 모드 설계, 강우 시 전송 전력을 증폭하고 비강우 시 전력을 낮추는 전력 제어 기법 등이 제시되었다. 최종적으로, 방글라데시와 같은 고강우 지역에서 EHF 대역을 활용하려면 지역·계절 특성을 정밀히 반영한 페이드 마진 설계와 비용 효율적인 시스템 구조가 필수적임을 결론지었다.