저궤도 위성은 곧 전 세계 수백만 명의 사람들에게 고속 통신에 대한 액세스를 제공할 수 있지만 위성의 잠재력은 기술적 한계로 인해 방해를 받았습니다. 안테나 어레이는 한 번에 한 명의 사용자만 관리할 수 있습니다.

일대일 비율은 기업이 넓은 범위를 제공하기 위해 많은 위성으로 구성된 집합체 또는 많은 어레이가 있는 대규모 개별 위성을 발사해야 함을 의미합니다.두 옵션 모두 비용이 많이 들고 기술적으로 복잡하며 궤도가 과밀해질 수 있습니다.

예를 들어 SpaceX는 "별자리" 경로를 사용했습니다.해당 네트워크인 StarLink는 현재 지구 저궤도에 있는 6,000개 이상의 위성으로 구성되어 있으며, 그 중 절반 이상이 지난 몇 년 동안 발사되었습니다.SpaceX는 앞으로 수만 개를 더 발사하는 것을 목표로 하고 있습니다.

이제 프린스턴 엔지니어링과 대만의 Yang Ming Chiao Tung University의 연구원들은 저궤도 위성 안테나가 여러 사용자의 신호를 동시에 관리하여 필요한 하드웨어를 대폭 줄일 수 있는 기술을 개발했습니다.

에서종이, "여러 저궤도 위성과의 통신을 위한 물리적 빔 공유"라는 제목으로 6월 27일에 출판됨신호 처리에 관한 IEEE 트랜잭션, 연구원은 단일 사용자 제한을 극복하는 방법을 설명합니다.이 전략은 안테나 배열을 배치하여 전파 빔을 필요한 곳에 정확하게 전달함으로써 통신을 강화하는 공통 기술을 기반으로 합니다.

각 빔은 문자나 전화 통화와 같은 정보를 신호 형태로 전달합니다.다음과 같은 지상파 플랫폼의 안테나 배열은셀 타워빔당 많은 신호를 관리할 수 있지만 저궤도 위성은 하나만 처리할 수 있습니다.

위성의 시속 20,000마일 속도와 끊임없이 변화하는 위치로 인해 여러 신호를 뒤죽박죽하지 않고 처리하는 것이 거의 불가능합니다.

"셀 타워가 고속도로를 따라 시속 60마일로 이동하는 자동차와 통신하기 위해 데이터가 교환되는 속도에 비해 자동차는 많이 움직이지 않습니다"라고 공동 저자이자 Michael Henry인 H. Vincent Poor는 말했습니다.프린스턴 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과 Strater 대학 교수."그러나 이 위성들은 그곳에 머물기 위해 매우 빠르게 움직이고 있기 때문에 위성에 대한 정보가 빠르게 변화하고 있습니다."

이러한 한계를 해결하기 위해 연구원들은 추가 하드웨어 없이도 단일 안테나 어레이의 전송을 여러 빔으로 효과적으로 분할하는 시스템을 개발했습니다.이를 통해 위성은 1인당 단일 사용자의 한계를 극복할 수 있습니다.안테나정렬.공동 저자인 Yang Ming Chiao Tung University의 전기 공학 교수인 Shang-Ho (Lawrence) Tsai는 여러 전구에 의존하지 않고 손전등에서 두 개의 독특한 광선을 비추는 접근 방식을 비교했습니다.

"이제 전구 하나만 있으면 됩니다."라고 그는 말했습니다."이는 비용과 전력 소비가 크게 감소한다는 것을 의미합니다."

안테나 수가 적은 네트워크는 위성 수가 적거나 위성이 작거나 둘 다를 의미할 수 있습니다.Tsai는 "기존의 저궤도 위성 네트워크는 미국만 커버하려면 70~80개의 위성이 필요할 수 있습니다"라고 말했습니다."이제 그 숫자는 16명으로 줄어들 수 있습니다."

Poor에 따르면 새로운 기술은 이미 제작된 기존 위성에 통합될 수 있습니다."그러나 주요 이점은 더 간단한 위성을 설계할 수 있다는 것"이라고 그는 말했습니다.

우주에 미치는 영향

저궤도 위성은 지표면에서 100~1,200마일 떨어진 지구 대기의 하층에 상주합니다.이 공간 영역은 제한된 부동산을 제공합니다.날아다니는 물체가 많을수록 충돌할 확률이 높아지고, 부서지고 작은 잔해 조각이 방출되어 다른 물체와 충돌할 가능성이 커집니다.

Poor는 "낙하하는 위성에 의해 타격을 받는 것에 대한 우려는 그다지 크지 않습니다. 그러나 대기의 장기적인 미래와 우주 잔해로 인해 궤도가 흐려져 문제를 일으키는 것에 대한 우려"라고 말했습니다.

저궤도 위성 산업은 Amazon 및 OneWeb을 포함한 회사가 인터넷 서비스를 제공하기 위해 자체 위성 집합을 배포하면서 빠른 속도로 견인력을 얻고 있기 때문에 새로운 기술은 이러한 위험의 위험을 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

Poor는 이 논문이 순전히 이론적이지만 효율성 향상은 실제적이라고 말했습니다."이 논문은 모두 수학이다"라고 그는 말했다."그러나 특히 이 분야에서는 이론적 작업이 매우 예측적인 경향이 있습니다."

논문을 출판한 이후 Tsai는 계속해서 연구를 진행했습니다.현장 테스트지하 안테나를 사용하여 수학이 실제로 작동한다는 것을 보여주었습니다."다음 단계는 이를 실제 환경에 구현하는 것입니다.위성그리고 그것을 우주로 발사한다”고 말했다.

추가 정보:Yan-Yin He 외, 여러 저궤도 위성과의 통신을 위한 물리적 빔 공유,신호 처리에 관한 IEEE 트랜잭션(2024).DOI: 10.1109/TSP.2024.3408061