5세대(G) 이동통신 상용화에 따라 초고속, 초저지연, 초연결 무선 통신 시대가 열렸다. 하지만 이 같은 특성을 활용하기 위해서는 기존 LTE망보다 더 촘촘한 기지국 인프라가 요구된다. 이는 회절률이 좋지 않은 5G의 38㎓ 전파 특성 때문이기도 하다.

전문가들은 원활한 5G 서비스 제공을 위해 기존 대비 2~3배 많은 기지국이 필요할 것으로 예측하고 있으며 이에 따라 이통사들의 투자금액도 덩달아 증가할 전망이다.

이 같은 상황 속에서 인구밀집도가 낮거나 경제적인 저개발 국가를 대상으로 무선 통신 서비스를 제공하기 위한 새로운 시도가 이뤄지고 있어 주목을 끈다.

고고도 상공에 통신 설비를 띄워 광범위한 지역에 무선 통신 서비스를 제공한다는 개념이다.

 

■기구 띄워 통신 서비스

고고도 통신의 경우 구글의 지주회사 알파벳이 추진하던 '룬 프로젝트'가 대표적인 예다.

상공에 통신설비를 매달은 기구를 띄워 지상으로 와이파이 같은 무선 인터넷 서비스를 제공하겠다는 룬 프로젝트는 지난 2016년 시작됐다.

기구에는 태양광 발전 설비가 갖춰져 있어 전기를 생산하고 이를 이용해 기구의 부력을 조정함으로써 위치를 능동적으로 제어할 수 있다.

풍선이 항상 하늘 위에 떠 있도록 해 광범위한 지역에 와이파이 서비스를 제공하겠다는 것이다. 열기구는 상공 20㎞ 지점 성층권에서 약 100일 정도 머무를 수 있는 것으로 알려졌다.

룬 프로젝트를 진행하던 알파벳의 연구부서 '알파벳 X'는 지난해 사업성을 인정받아 지난해 룬(Loon)이라는 별도 회사로 독립했다.

룬은 지난해 9월 열기구를 이용해 네트워크를 구축, 미국 캘리포니아주에서 무선으로 1000㎞에 이르는 거리까지 데이터를 전송하는 실험에 성공했다고 밝히기도 했다. 지상에서 기구까지 무선으로 데이터를 전송하면, 기구는 이웃한 기구에 데이터를 전송하고, 마지막 기구는 데이터를 받아 다시 지상으로 보내는 방식이다.

실험 성공이 상용화를 추진하는 바탕이 됐음은 물론이다.

룬은 텔콤 케냐(Telkom Kenya) 통신사와 계약을 체결해 케냐 중부지역의 거주민 수백만명에게 이동통신 서비스를 제공할 계획이다.

 

■드론 기지국도 상용화 목전

드론을 활용한 무선 통신도 시도되고 있다.

페이스북은 태양광을 동력으로 하는 드론 아퀼라(Aquila)를 통해 인터넷을 제공하는 '아퀼라 프로젝트'를 추진해 왔다.

하지만 시험비행에서 드론 추락사고가 잇따르자 지난해 6월 개발을 중단하고 자체 드론 제작이 아닌 관련 기술을 개발하는 쪽으로 방향을 선회한다고 발표했다.

페이스북은 "앞으로 항공기 설계 및 제작을 하지 않는다"며 "우리는 고고도 기지국(HAPS)의 연결성을 위해 집중할 시기라고 판단했다"고 입장을 밝혔다.

이같은 발표는 페이스북이 항공기 제조사와 손을 잡는 식으로 항공기 개발 부담을 덜고 그만큼 다른 부분에 집중하겠다는 것으로 해석될 수 있다.

실제로 최근 독일 미디어 넷츠폴리틱(Netzpolitik)은 페이스북이 항공기 제조사인 에어버스(Airbus)와 공동으로 호주에서 무인항공기 비행 실험을 하고 있다는 내용의 문건을 공개해 주목을 받았다.

이에 따르면 에어버스는 자사의 태양광 드론 '제퍼(Zephyr) S'를 사용해 호주 서부 윈덤 비행장에서 시험 비행하기 위해 지난해 3~9월에 걸쳐 호주 민간항공안전위원회(CASA)과 18번 협상을 진행했다는 내용이 담겨 있다.

시험 비행은 지난해 11~12월에 하는 것으로 계획이 잡혀 있었지만 실제로 실험을 했는지를 묻는 넷츠폴리틱의 질문에 대해 페이스북과 에어버스는 답변을 거부했다.

시험비행 기체로 언급된 에어버스의 '제퍼 S' 모델은 연료 공급없이 26일간 연속 비행을 한 것으로 알려졌다.

 

■경제성·유지관리서 이점 가져

풍선이나 드론을 이용한 고고도 통신 서비스는 기존 무선 통신 인프라와 비교했을 때 어떤 점에서 유리할까.

우선 경제적인 면에서 유리하다. 넓은 지역을 커버할 수 있기 때문에 설비를 밀집해 설치할 필요가 없을 뿐만 아니라 운용에 소요되는 각종 임대료 지불 문제에서도 자유롭다.

인프라 구축 비용을 절감할 수 있다는 의미다.

우주에 띄우는 위성을 이용한 통신과 비교해봐도 경제적이다.

위성 우주 로켓 발사비용은 ㎏당 최고 수천만원에 이른다.

이처럼 로켓 발사에 많은 비용이 드는 문제를 해결하기 위해, 미국의 스페이스X 등과 같은 민간기업들은 로켓을 한번 쏘고 난 뒤 주요 구성품을 재활용하는 방안을 연구하고 있다.

하지만 중력을 거스르는 데는 많은 비용이 들어가는 게 아직까지의 한계임에는 분명하다.

반면 구름 위에 위치하는 기구나 드론은 대기권 내에 위치하는 데다가, 목표 고도까지 도달하기 위해서 중력가속도를 상회하는 속도를 낼 필요가 없다.

로켓 발사보다 훨씬 저렴한 비용으로 목적 고도까지 다다를 수 있다는 결론이다.

풍선이나 드론을 이용한 고고도 통신은 광범위 지역을 커버하기 위한 설치 시간에서도 기존 기지국보다 빠르다는 장점도 있다.

기구나 드론을 띄우면 그것으로 끝이기 때문이다. 태양광을 이용하기 때문에 별도의 전력공급인프라를 구축할 필요도 없다.

고고도 통신 설비는 차량형 이동 기지국과 비교할 수도 있지만, 지표에 위치한 차량형 기지국은 서비스 제공 범위가 좁다는 한계를 갖고 있다.

이같은 특징을 바탕으로 고고도 통신 서비스는 저개발 또는 인구밀집도가 낮은 국가에서 서비스 제공에 특화됐다고 평가받고 있다.

 

■재난 시 통신 인프라 역할도

고고도 통신은 광범위한 재난 상황에서 시민들에게 통신 서비스를 제공할 수 있다.

지진, 해일과 같은 재난이 발생한 지역에서는 통신 인프라도 함께 파괴되곤 한다.

이런 상황에서 통신사들이 재난 지역 통신 인프라를 복구하기까지는 적지 않은 시간이 소요될 것이다. 또한 재난 범위가 클수록 복구 시간은 증가할 것은 분명하다. 가스폭발이나 쓰나미 등 후속적인 재난 발생 가능성 때문에 복구 작업이 신속하게 이뤄지지 못하는 경우도 있다.

이럴 때 고고도 통신 장비를 띄워 통신 서비스를 제공한다면 재난 상황을 전파하는 데 큰 도움이 될 것이다.

룬 프로젝트의 경우 아직 상용화 서비스 단계에 이르지는 못했다는 평가를 받고 있지만, 알파벳은 푸에르토리코에서 허리케인 마리아의 피해를 입은 지역에 응급 인터넷 연결을 위해 장비를 배치하기도 했다.

 

■남은 과제는

고고도 통신 서비스가 풀어야 할 숙제도 있다.

성능이나 속도 면에서는 불리한 점을 극복해야 하는 것이다.

18~27㎞ 높이의 고고도에서 너비 100㎞ 지상 지역에 10Gbps급의 인터넷 신호를 처리하려던 아퀼라 프로젝트의 경우를 예로 들자.

통신을 독점적으로 사용한다면 10Gbps 속도를 온전히 낼 수 있겠지만 현실은 그렇지 않다. 해당 지역 내에서 1만명이 동시에 통신을 이용할 경우에는 평균 속도가 1Mbps로 느려진다는 산술적 결론에 이르게 된다.

구름 위에 위치한 고고도 장비 특성상 기후 변화에 영향을 받을 수도 있다.

구름 때문에 전파 도달률이 낮아질 수도 있고, 강풍을 만나 정해진 위치를 벗어나거나 추락할 수도 있다. 우주에서 불어오는 태양풍이나 우주 쓰레기, 운석 등으로 고고도 통신 장비가 파손될 위험도 있다.

또한 와이파이 서비스의 경우 정지 상태가 아닌 이동 상황에서의 통신 품질은 보장할 수가 없다.

고고도 통신 서비스 개발사들은 이런 장점과 한계를 인식하고, 안정적인 서비스를 위해 오늘도 개발에 박차를 가하고 있다.

상상했던 것들이 현실이 되는 4차산업혁명 시대에 고고도 통신이 언제쯤 우리 곁에 상용화된 모습으로 나타날지 기대해보자.