VOL. 170 March 2021
일상을 바꾸는
위성통신 기술 연구
최근 위성 통신 기업 SpaceX에서 위성 발사에 사용되는 로켓의 80%를 재활용하는 데 성공했다. 우주 산업 사상 최초로 ‘재활용’이 이뤄진 것이다. SpaceX에서 발사한 팰컨(Falcon) 9은 2017년 첫 발사를 시작으로 2021년 1월 기준 80% 이상의 부품이 재활용됐다. 기존 다른 발사체에 비해 효율성도 높아, 인공위성의 발사 비용을 혁신적으로 낮추는데 성공했다. 우주 산업에 날개가 달린 것이다.
위성통신 기술, 어디까지 왔을까Current Location
우주 산업기술과 시장이 국가영역에서 민간영역으로 확대되기 시작하면서 우주 산업 관련 활용 서비스 분야도 다양해졌다. Oneweb, SpaceX, Telesat, Amazon 등의 민간 기업들은 저궤도(해수면에서 200~2,000km 거리의 궤도) 위성군을 활용한 글로벌 인터넷망 구축 사업을 계획하여 진행 중이다. 저궤도 위성은 약 36,000km 고도의 정지궤도 위성에 비해 전송 지연 시간이 짧다. 이러한 특성을 이용하면 여러 저궤도 위성을 통해 범위를 확대, 글로벌 통신 서비스를 제공하는 것이 가능하다. 특히, IoT 및 음성 위주 서비스 분야에서 위성통신 기술이 크게 활약할 것으로 전망된다.
영국의 Oneweb은 가장 먼저 저궤도 위성통신망 사업을 시작했다. 현재는 잠시 중단됐지만, 기존에는 2021년까지 648개의 저궤도 위성을 발사할 계획이었다. 1개 위성당 평균 2.17Gbps의 데이터 속도를 지원할 계획이었으며, 2020년 3월에는 34개의 위성을 발사하는 데 성공해 총 74개의 저궤도 위성군과 22개의 지상국을 보유하고 있다.
미국의 SpaceX는 12,000개의 저궤도 위성을 사용한 네트워크 구축 계획(Starlink)을 실현하고 있다. 개인 통신 서비스와 지상망 광케이블을 대체할 수 있는 위성통신 네트워크 구축을 목표로 하고 있으며, 2021년 현재까지 1,000대가 넘는 인공위성 발사에 성공했다. 특히 위성 발사에 사용되는 Falcon 9 로켓의 80% 이상을 재활용하는 데에 성공해 발사 비용을 절감하고 우주 산업에 새로운 길을 제시했다. 더불어 지상 단말용 안테나의 단가를 1,500달러 수준에서 약 200~300달러로 낮춰 네트워크 구축 비용도 절감했다. SpaceX는 이를 바탕으로 시장에 가격 경쟁력 있는 위성 통신 서비스를 선보일 계획이다.
위성통신과 IoT 서비스가 만나다Combination
위성 IoT 기술은 지상망의 단점 중 하나인 7)로밍 과정 없이 전 세계 단말로부터 데이터를 수집해 새로운 인프라 구축 및 서비스 창출이 가능하다. 현재 세계 위성 IoT 시장의 84%는 저궤도 위성을 기반으로 한 소/중형급 IoT 사업자들이 서비스를 제공하고 있다.
Lacuna space는 초소형 위성을 통한 글로벌 IoT 서비스를 목표로 설립한 소규모 기업이다. 2021년까지 24개의 위성을 발사하여 서비스 제공하는 것을 목표로 하고 있으며, 2019년 시험 위성을 발사하여 성공했다.
프랑스의 Eutelsat은 글로벌 IoT 서비스를 목표로 하고 있다. 향후 개발되는 IoT 단말들은 지상망과 위성망을 모두 접속할 수 있는 기능을 갖추게 된다. 가령 단말이 육지에서 바다로 이동하는 경우 육지에서는 지상망과 접속하다가 바다에서는 위성망에 접속하는 방식이다. 그러나 아직까지는 지상망에서 사용하는 전송방식과 저궤도 위성망 전송방식 간의 호환이 불가능하다. 이 호환성 문제를 해결하는 것이 Eutelsat의 과제다. Eutelsat은 2020년 3분기 위성 발사를 시험했고, 2021년 최초 서비스를 목표로 하고 있다.
7) 로밍(Roaming)
서로 다른 통신사업자간 서비스를 이용할 수 있게 해 주는 제도
위성통신 표준기술이 가야 할 길The final goal
통신 서비스를 제공하기 위해서는 위성통신 궤도(저궤도/중궤도/정지궤도), 주파수, 지상 단말 형태에 따라 지상망 통신과 위성망 통신 간 호환이 가능한 표준기술이 필요하다. 또한, 저궤도 위성통신 기반 글로벌 네트워크 구축을 위해서는 기술적인 측면에서 크게 위성통신 탑재체, 지상국 통신장비, 통신 표준기술 등 3가지 분야의 기술 혁신이 필요하다.
첫째, 위성통신 탑재체 기술 분야에서는 데이터 처리와 운용의 유연성을 확보하기 위한 기술 발전이 필요하다. 위성통신에 탑재되는 부품 효율과 안테나 활용 범위를 확대해야 하고 탑재되는 부품과 부품 사이에도 연결성이 확보되어야 한다.
둘째, 지상국 기술 분야에서는 부품 소형화가 필요하다. 특히 저궤도 위성을 위한 안테나 기술과 사용자 단말 소형화, 비용 감축이 이뤄져야 한다. 이를 위해 소재 분야, 반도체 공정기술 분야, 제조 분야 등에서 혁신이 필요하며 대역폭이 확대됨에 따라 고속 디지털 신호 데이터 처리 기술도 필요한 시점이다.
셋째, 개인용 지상망 단말을 위성통신에 사용할 수 있는 통신 표준기술도 필요하다. 현재 표준기술은 기존 5G 기술에 위성통신을 기술을 적용하고 변형하는 수준이다. 앞으로는 위성망에 적합한 전송 및 접속기술, 지상망-비지상망 간 연결의 표준 규격화가 필요할 것으로 전망된다. 현재 시장에서는 8)VSAT 단말 기반 9)DVB 표준이 가장 큰 규모를 차지하고 있다. 5G 표준기술은 기존 지상망 기반 서비스에서 범위를 확대하기 위해 위성망이나 무인기 등 비지상망과 연결을 위한 위성통신 표준 규격화를 진행하고 있다.
7) 로밍(Roaming)
서로 다른 통신사업자간 서비스를 이용할 수 있게 해 주는 제도
8) VSAT(Very Small Aperture Terminal)
소형 안테나(직경 0.6m ~ 2.4m)를 사용하는 통신 기지국
9) DVB (Digital Video Broadcasting)
디지털 지상파 방송을 위한 유럽의 통신 표준기술
저자 : 위성광역인프라연구실 김판수, 유준규 책임연구원, 전파위성연구본부 변우진 책임연구원
(원문 : 전자통신동향분석 35권 5호 (통권 185) 2020.10.01)
