안녕하세요. 위성통신인프라연구실 실장을 맡고 있는 유준규입니다. 저희 실은 기존 Old Space 영역의 위성통신 시스템부터, 현재는 3GPP 표준 기반의 저궤도 위성통신 시스템까지 개발을 진행하고 있습니다. 작년 12월 10일에는 국내 최초 IoT 위성인 ETRISat을 누리호 4차 발사를 통해 성공적으로 발사하고, 지상과의 통신까지 구현하는 성과를 거뒀습니다.

6G 시대에는 기존의 지상 이동통신을 넘어, 위성통신까지 통합된 형태로 네트워크가 발전할 것으로 보고 있어요. 특히 이런 통합 네트워크를 통해 지상은 물론, 통신 인프라가 부족한 오지나 해상 등에서도 끊김이 없는 통신 서비스 제공이 가능해질 것으로 기대하고 있어요.

그동안 지상 이동통신망과 위성통신망은 서로 다른 표준으로 개발하고 운용되어 왔어요. 하지만 향후 지상/위성 통합 6G 초공간 네트워크가 구현되면 현재 사용하는 단말로 언제 어디서나 통신이 가능한 환경이 마련될 거예요. 나아가 이러한 네트워크는 자율주행차와 도심항공교통(UAM) 등 미래 모빌리티를 지원하는 핵심 인프라로 활용될 것으로 전망됩니다.

지상/위성 통합 초공간 네트워크 개념도

스타링크(Starlink), 유텔샛 원웹(Eutelsat OneWeb), 프로젝트 카이퍼(Project Kuiper) 등 저궤도 위성망이 확대되면서 위성 간 간섭이 중요한 이슈로 떠오를 것으로 예상합니다.

이에 우리 연구팀은 위성 클러스터링 기술을 통해 간섭을 효과적으로 완화하고, 시스템 성능을 높이는 방안을 제안했어요. 위성 클러스터링이란 위성이 기존과 같이 단독으로 운용되지 않고, 몇 개의 위성이 대형을 갖춰 같은 속력과 방향으로 날아가는 편대비행을 하는 것을 의미해요.

현재 전 세계적으로 스타링크 가입자가 빠르게 증가하고 있어요. 현재는 900만 명의 가입자를 보유하고 있죠. 앞으로 지상과 위성이 통합된 환경에서는 트래픽 수요가 폭발적으로 늘어날 것으로 예상돼요. 다만, 단순히 위성의 수를 늘린다고 해서 위성망의 용량이 증가하지는 않아요.

이러한 한계를 해결하기 위해 위성 클러스터링 기술을 이용하는 것이죠. 위성 클러스터링 기술을 통해서라면 위성 간 간섭을 완화하면서 용량을 증대할 수 있어요. 이를 통해 사용자는 기존 지상망에서 사용하는 것과 유사한 서비스를 저궤도 위성통신망에서도 안정적으로 즐길 수 있게 된답니다.

위성이 많아지면 아무래도 밀도가 높아지면서 서로 전파 간섭이 생길 수밖에 없어요. 그러면 신호 품질이 떨어지거나 통신 장애로 이어질 수도 있고요. 클러스터링 기술은 여러 위성을 하나의 그룹으로 묶고, 마스터 위성이 슬레이브 위성들의 신호를 조정하면서 간섭을 줄여주는 방식이에요. 이렇게 하면 위성이 많이 늘어나더라도 간섭을 효율적으로 관리할 수 있고, 결과적으로 전체 위성망의 용량이나 성능도 함께 좋아지게 되죠.

위성 클러스터 구조 및 시뮬레이션 결과

우리 연구실은 오랫동안 Old Space1)Old Space: 기존의 정지궤도 위성 중심으로 시스템을 개발하던 환경을 의미한다. 주로 군이나 관, 정부 기관이 주도해 위성 산업이 추진된 것이 특징이다. 시대의 위성통신 시스템을 개발하고 있었습니다. 그래서 해당 과제를 기획하고 연구에 착수하는 초기 단계부터 난관이었지요. 하지만 참여 연구원들이 3GPP 표준을 공부하고, 세미나를 하면서 팀워크가 강화됐어요. 그 결과 위성 클러스터링 기술, 위성 다중접속 기술, 저궤도 위성 핸드오버 기술, ETRISat 개발 등 많은 실적을 달성할 수 있었습니다.

현재 우리 연구팀은 3GPP 표준 기반 저궤도 위성통신 시스템을 개발 중이에요. 본 사업을 통해 우리나라의 저궤도 위성통신 네트워크에 ETRI가 개발한 기술이 적용되어, 실생활 속에서 활용되기를 기대합니다.