공간 이동체에 통신 지원 한계
업계·전문가, 저궤도 위성에 주목
초공간·저지연 미래 통신 기대
위성통신 시장 경쟁 심화 추세
기술 선점 위한 정부 지원 속도
[정보통신신문=서유덕기자]
도심항공교통(UAM)이나 드론 같은 공간 이동체들은 교통·물류 산업을 획기적으로 바꿀 것으로 기대된다. 그러나 지상을 중심으로 하는 기존 통신망으로는 공간 이동체를 운용하는데 한계가 있다. 비단 교통·물류뿐만 아니라 정보통신기술(ICT)과 융합한 혁신 서비스를 구현하기 위해서는 초공간 통신이 뒷받침돼야 한다는 데 전문가들의 의견이 모인다. 따라서 ICT를 선도하는 세계 각국은 초공간 통신을 가능케 할 ‘비지상 네트워크(NTN: Non-Terrestrial Networks)’에 주목하고 있다.
3차원으로 확장한 통신망
현재 통신망은 대체로 지상 기지국을 중심으로 구축되고, 수평·2차원으로 설계된다. 이에 상공 120m 정도까지만 통신이 가능해 공간 이동체를 지원하는 데 어려움이 있다. 지상망은 사막·바다·산 같이 기지국이 설치되지 않은 오지에서나 재난·재해로 인해 기지국 운용이 불가능한 경우에도 서비스가 제한되는 한계가 있다.
지상 기지국 대신 인공위성 또는 무인항공기(UAV)를 활용하는 NTN은 기존 통신망의 한계를 극복한다. 특히 NTN의 주된 방법으로 여겨지는 위성통신은 지상, 해상, 공중을 잇는 초공간 통신의 핵심 인프라이자 지상 네트워크를 보완하는 수단으로 장차 확대될 전망이다.
위성통신 중에서도 고도 300~1500㎞의 저궤도 위성(LEO)을 활용하는 방안은 낮은 고도에서 운용되기 때문에 전파 왕복 시간이 짧아 통신 지연 시간이 짧다는 장점이 있다. 이를 통해 지상 기지국이 담당하기 어려운 오지, 해양, 사막, 여객기 등에 무선통신을 제공하면서도 25밀리초(㎳: 1000분의 1초)의 지연시간으로 4세대 이동통신(4G) 수준의 품질을 달성할 수 있다.
5세대 이동통신(5G)을 넘어서는 차세대 이동통신(6G)이 2028년경 상용화될 전망인 가운데, 위성을 활용하는 비지상 이동통신은 초광대역, 초저지연, 초정밀, 초연결, 초절감, 초지능과 함께 초공간 특성을 만족해야 하는 6G의 최중요 기술로 기능할 것으로 여겨진다. 위성으로 구현되는 초공간 입체통신 기술은 10m 이내의 지상 단말뿐만 아니라 10㎞ 높이의 다양한 공간 이동체를 위한 무선 엑세스 공간을 확보해야 한다.
한편, 저궤도 위성은 다른 위성에 비해 커버리지(신호 도달 범위)가 작고 매우 빠른 속도로 이동하기 때문에 지구 전 지역에 통신 서비스를 공급하기 위해서는 대규모 군집을 형성하면서도 이를 안정적으로 운용해야 한다. 따라서 위성 간 충돌 예방, 주파수 간섭 최소화 등 과제를 해결해야 한다.
저궤도 위성통신 ‘각축전’
NTN의 기반 인프라로 주목받는 저궤도 위성 시장은 미국 스타링크(Starlink)와 아마존(Amazon), 영국 원웹(OneWeb), 캐나다 텔레샛(Telesat) 등 해외 ICT 기업이 주도적으로 형성해나가고 있다.
2600개 이상의 위성과 전 세계 50만명의 가입자를 두고 있는 스페이스X(SpaceX)의 스타링크는 올해 내로 미국 전역에 모바일 서비스를 개시할 예정이다. 스타링크는 이동통신사인 티모바일(T-Mobile) US와 함께 위성 셀룰러 서비스 기능 추가 계획을 지난해 8월 발표한 바 있다.
스타링크는 국내 서비스 출시도 추진 중이다. 지난 5월 과학기술정보통신부가 스페이스X의 자회사인 스타링크코리아의 기간통신사업자 등록을 진행했다. 향후 공급협정 절차 등을 거치면 국내에서도 올해 하반기 중 스타링크의 저궤도 위성 기반 인터넷 서비스가 개시될 것으로 기대를 모으고 있다.
아마존은 프로젝트 카이퍼(Project Kuiper)라고 부르는 위성통신 서비스를 내년 하반기 상용화할 예정이다. 이 프로젝트는 고도 590~630㎞에 3236개의 군집 저궤도 위성을 구축해 지상에 최대 1Gbps의 고속 인터넷 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다.
원웹은 648개 위성을 18개 궤도면에 배치하는 것을 목표로 2019년부터 위성을 발사하기 시작해 최근까지 총 634개의 위성을 쏴 올렸다. 1차 계획한 위성을 모두 발사한 원웹은 전 세계 인터넷 서비스를 위한 준비를 진행 중으로, 일본 소프트뱅크(Softbank), 미국 인텔샛(Intelsat) 등과 위성통신 서비스 제공 협약을 진행했다.
텔레샛은 최근까지 저궤도 위성 2기를 발사해 성능 평가를 진행했으며, 지난 7월 14일 세 번째 저궤도 위성을 추가 발사했다. 총 198개의 위성을 활용해 군집위성망을 구축, 2026년 서비스 출시를 계획 중이다. 캐나다 정부는 10년간 총 6억 캐나다 달러(한화 약 5900억원)를 텔레샛의 위성통신 프로젝트에 투자한다.
이 밖에 각국 정부 또한 재난관리 필요성, 통신 주권에 대한 우려, 안보 위협 등을 이유로 독자 위성망 구축을 추진하거나 위성통신 이용 관련 제도를 정비해 나가고 있다.
국내 NTN R&D 활력 도모
우리나라도 NTN의 미래 가치에 주목해 저궤도 위성 등 비지상 통신 인프라 기술의 연구·개발을 본격화하고 있다.
민간에서는 이미 NTN 구축을 위한 위성통신 기술 개발 성과가 나타나고 있다. 삼성전자는 올해 초 5G 기반 위성통신용 모뎀 국제표준기술을 확보했다. 삼성전자가 확보한 표준은 5G 기반으로 지구를 공전하는 저궤도 인공위성의 위치를 정확하게 예측하고, 주파수 오류를 최소화하는 ‘도플러 천이 보상’ 기술이다.
도플러 효과는 파원에서 나온 파동의 진동수와 실제 진동수가 다르게 관측되는 현상이다. 삼성전자의 기술은 인공위성에서 전송하는 인공위성의 위치·속도 정보와 모바일 기기에서 범지구위치결정시스템(GPS) 신호로 측정한 기기의 위치·속도 정보를 활용해 인공위성과 단말기 간 도플러 효과를 사전에 예측함으로써 주파수 오차가 보상된 신호를 송수신할 수 있게 한다.
이 기술을 적용하면 간단한 문자 메시지 외에도 사진과 영상 등 대용량 데이터의 양방향 송수신이 가능해지는 것으로 알려졌다.
한편, 과기정통부는 지난달 18일 ‘위성통신 활성화 전략’을 발표해 위성통신 기술·산업 경쟁력 확보와 국민의 위성통신 서비스 이용 기반 마련을 위한 계획을 밝혔다.
정부도 미래 ICT 융합서비스가 지상에서 해상, 공중까지 공간적으로 확장되면서 위성통신의 중요성이 커질 것으로 내다보고 있다. 특히 저궤도 위성이 고도 3만6000㎞의 정지궤도 위성대비 저지연을 핵심 특성으로 하는 차세대 통신에 적합한 인프라가 될 것이라는 업계·전문가 의견에 공감하고 있다.
따라서 그간 지상·이동통신 대비 상대적으로 미흡하고 부족했던 위성통신 기술·산업의 성장동력 창출에 나설 방침이다.
특히 정부는 위성통신 분야 연구·개발을 지속 강화하고, 국내 독자 저궤도 통신위성 개발·발사와 함께 단말국, 지상국을 포함한 저궤도 위성통신 시스템(시범망)을 구축할 예정이다.
다만 단시일 내 국내 기업 주도로 저궤도 통신위성 발사와 망 구축이 어려운 여건임을 고려, 중장기 관점에서는 독자 저궤도 위성통신망 확보 타당성을 검토하기 위한 민·관·군 협의체인 ‘K-LEO 통신 얼라이언스’를 내년부터 운영한다.
위성망을 선제적으로 확보하기 위해 민간의 위성망 국제등록에 대한 인센티브 제공도 검토한다. 급증하는 위성 발사 수요를 반영해 위성망 소요량을 분석하는 한편, 혼신 방지 및 조정을 위한 위성망 관리체계도 마련한다. 위성망은 국제전기통신연합(ITU)에 국제등록을 통해 확보돼 통신, 항법, 관측, 과학연구 등 위성의 핵심 기능 수행을 위해 필수적인 국가의 전파자원으로 그 확보 및 관리가 중요하기 때문이다.
