인공위성과 이동통신

[모래]

정보통신 관련 일을 하고 있는 사람이면 누구나 한 번쯤은 인공위성을 통한 이동통신에 대한 내용을 언론 매체를 통하여 접할 기회가 있었을 만큼 대중적이다. 아마도 인공위성을 이용한 통신이 일반 대중에게 알려지기 시작한 것은 아마도 걸프전 아닐까 한다. 수 년 전 걸프전 때 전 세계의 모든 기자들이 일촉즉발의 전쟁 상황과 특종 뉴스를 뒤로한 채 이라크를 떠날 수 밖에 없는 절박한 상황이었으나, 그 중에도 목숨을 담보로 한 CNN의 어느 한 기자만이 홀로 남아 그 현장을 인공위성을 통하여 생생히 실시간 중계되었고 이때 사용한 기술과 장비가 뉴스에 공개되면서 세인도 관심을 갖게 되었다. 또, 언제부터인가 비행기를 타게 되면 앞좌석 등받이 뒤에 설치되어 있는 전화를 보고 실제로 통화가 가능한지 궁금해 하며 사용법 등을 알기 위해 수화기를 거치대에서 꺼내서 살펴보다가 약 25불에 (현재는 약 15불 수준) 달하는 기본 요금에 약간 놀라 슬그머니 제자리에 다시 놓은 경험을 가진 분도 있을 것이다. 과연 될까 하는 의구심과 통화가 가능하면 잘 들릴까 하는 통화충동은 늘 있었지만, 시험 통화를 해 본 이는 몇 안될 것이다.

한국도 공기업과 민간기업을 포함한 다수의 기업이 전세계적인 위성통신 사업에 참여도 하고 있으나 그 진행이 활발하지 않다는 것 등을 알리는 소식도 접해 보았을 것이다. 위성 통신은 크게 세 가지 방식이 있는데 기본적인 사항에 대하여 살펴보고 우리의 앞날을 생각해 보자.

일반 이동통신 방식을 우리가 Cellular Telephony라 부르는 반면 위성이동통신을 통신업계에서는 Satellite Telephony라고 하며 서로 다른 점은 매우 간단하다. 즉, 위성이동통신은 기반 중계소(Base Station)가 지구 궤도를 회전하고 있는 인공위성이라는 점이다. 위성이동통신은 유선통신이나 일반이동통신으로는 감당 불가능한 기반 중계소 설치의 경제성이 없는 험준한 산악, 해상 지역까지 확장하는 것과 다른 하나는 세계를 하나의 지역으로 간주하는 Global Roaming의 실현한다는 취지하에 시작하였다. 앞서 잠시 언급하였듯이 위성이동 통신 방식은 인공위성 궤도의 높이에 따라 세가지로 구분하는데 LEO (Low Earth Orbit), MEO (Medium Earth Orbit)과 GEO (Geosynchoronous Earth Orbit)로 구분하며, LEO 위성은 약 500-1500 Km 상공에, MEO는 5000-12,000Km 상공을, 마지막으로 GEO는 35,800Km 상공 궤도를 돌고 있다.

사실 GEO 시스템은 오래 전부터 텔레비전 신호를 중계하는데 사용되어 왔다. 또, INMARSAT과 같은 GEO 시스템은 해안가에서부터 원거리에 있는 해상 함정과의 교신을 주 목적으로 하여 원거리 지역간 통신에 중계하는데 사용되어 왔다. GEO 방식을 사용하면 한 대의 위성이 위도 75도 정도를 커버할 수 있기 때문에 3 개의 위성만을 가지고도 지구 전역에 서비스를 제공할 수 있다. GEO는 높은 궤도를 돌고 있는 만큼 장점도 있지만 단점도 있다. 높은 궤도를 회전하고 있는 관계로 왕복을 계산하면 약 250msec 정도의 신호전달 지연현상이 존재하고 이동 단말기에서도 위성까지 고출력이 필요하다.

LEO는 신호전달지연 현상과 출력문제는 현저히 저하시킬 수 있어 위성과 단말기에 소요되는 비용을 줄일 수 있지만, LEO의 첫 번째 단점은 한 개의 위성이 커버할 수 있는 지역이 좁고 빠른 속도로 지구 주의를 회전하므로 다수 위성이 필요하여 hand-off 현상이 자주 일어나게 되는 것이 단점이다. 두 번째 치명적이 단점은 GEO 인공위성 수명이 약 12년에서 15년인데 반하여 저궤도에서는 radiation이 증가하는 관계로 LEO 위성의 수명은 고작 5년에서 최대 8년에 불과하다.

MEO 방식은 GEO와 LEO 방식의 중간형태로 각기 장단점 균형을 맞추려고 한 것이다. LEO 방식을 취한 것은 1988년 66 개의 위성으로 시작한 Iridium, 1999년 48개 위성을 계획한 Globalstar, 2000년 14개 위성을 시작한 Ellipso, 2002년 출범할 Teledesc, 1999년 15개로 시작한 Orbcomm이고 MEO 방식은 2000년에 시작한 ICO와 1998년 12 개의 위성을 주축으로 한 Odyssey가 그 대표적인 것들이다.

우리에게 거의 필수품이 되어 버린 mobile phone (cellular and PCS) 은 사실 엄밀한 의미에서 100% mobile은 아니다. 이유인 즉 mobile에는 가장 중요한 두 가지 요소가 있는데 하나는 사용자가 사용하는 단말기이고 다른 하나는 서비스 제공자의 중계소이다. 현재 우리가 사용하는 mobile phone은 이동할 수 있지만 중계소 (Base Station)은 고정되어 있기 때문이다. 반면에 위성이동통신은 사용자의 단말기나 중계소 모두가 고정적이지 않다는 면에서 진정한 mobile이다. 서비스 제공자와 이용자가 모두 이동 가능하면 이용자는 이동성에 더 많은 자유를 부여받을 수 있지만 제공자는 고도의 기술을 필요로 할 것이라는 것은 누구나 짐작할 수 있으리라 생각한다. 예로, 서비스 제공자가 이동에 제약이 있는 관계로 우리는 히말라야나 태평양 한가운데서는 아직 휴대전화를 사용할 수 없다.

이 칼럼은 "박 진"님이 8월 3일에 쓰신 컬럼입니다.