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Nikkei X-TECH_2024.5.30

HAPS와 저궤도 위성으로 세계 첫 광통신 실증
소프트뱅크, 26년에 실증 실시

소프트뱅크는 2027년의 사업화를 목표로 개발하고 있는 성층권 통신 플랫폼(HAPS: High Altitude Platform Station)에 대해서, 2026년에 HAPS와 저궤도(LEO: Low Earth Orbit) 위성 간에 세계 최초가 되는 광무선통신의 실증을 실시하는 계획을 공개했다. 소프트뱅크가 2024년 4월에 개최한 기자 설명회 ‘기술의 힘 -HAPS 기술의 진화편-‘에서 발표했다.

HAPS는 이동통신 기지국을 탑재한 무인항공기를 고도 20km 부근의 성층권으로 비행시켜 광역 지역에 브로드밴드 통신 서비스를 제공하는 시스템이다. 산악지대나 개발도상국 등 통신네트워크가 갖추어지지 않은 장소에도 안정된 인터넷 접속 환경을 구축할 수 있다. 무인 항공기의 날개에 탑재하는 태양전지로 발전한 전력을 모터에서 추진 에너지로 변환해, 성층권을 수개월 이상의 장시간 비행한다.

이미 소프트뱅크는 2020년 가을에 HAPS에 의한 LTE 통신 시험에 성공했지만, 사업화에 있어서 하나의 과제가 되고 있는 것이 HAPS와 지상국과의 통신네트워크(피더 링크)이다.

HAPS가 유저의 스마트폰과의 직접 통신으로 취득한 데이터는 HAPS가 지상국과 연결하고, 지상국이 인터넷망과 광섬유를 경유해 연결한다. 그러나 사막이나 해상 등에서는 지상국 설치가 어려운 데다 다수의 지상국 건설에는 시간과 비용이 많이 든다.

그래서 다른 구역의 지상국으로부터 위성을 경유해 HAPS와 접속하는 방법이나, 여러 HAPS 간을 접속해 성층권에서 메시 네트워크를 구축해 통신 서비스를 제공하는 방법을 검토하고 있다. 하지만 여기서 큰 과제는 전파의 주파수 대역이 부족하다는 것이다.

그래서 등장하는 것이 주파수 대역 할당의 제약을 받지 않고 이용할 수 있는 광무선통신이다. 전파와 비교해 대역이 넓고, 전파에서는 곤란한 수십 G~수 Tbps(비트/초)의 전송 속도를 실현할 수 있는 이점도 크다. 실제로 소프트뱅크의 연구에서는 2Tbps의 속도를 달성하고 있다고 한다.

소프트뱅크에서는 HAPS와 저궤도 위성을 광무선으로 연결함으로써 지상국을 경유하지 않고 재해 시의 긴급 전개에 이용하는 것이나, 여러 HAPS 기체로 성층권에 메시 네트워크를 구축해 HAPS가 스마트폰으로부터 취득한 데이터를 적절한 지상국에 보내는 것을 목표로 하고 있다. 후자에서는 HAPS 간을 연결하기 위해서 기체에 복수의 광무선통신 단말을 탑재한다.

-- HAPS이기 때문에 겪는 어려움 --
광무선통신은 우주공간에서는 일부에서 실용화가 시작되었다. 선두주자는 미국의 스페이스X이다. 스페이스X는 위성통신서비스 ‘Starlink’를 위해 저궤도에 5000기 이상의 위성을 배치하고 있지만, 가장 최근에 발사된 3000기에는 1기당 광무선통신 단말을 3기 탑재해 메시 네트워크를 구축하고 있다고 한다.

이와 같이 대기가 존재하지 않는 우주공간에서는 광무선통신이 실용 국면으로 이행하고 있지만, HAPS용으로 전개하기 위해서는 극복해야 할 기술 과제가 있다고 한다. 그것은 성층권을 비행하는 HAPS 기체는 의외로 흔들린다는 것이다.

광무선통신에서는 수백~수천 km나 떨어진 상대방의 단말에 정확하게 레이저광을 계속 조사할(추적) 필요가 있다. 위성에서는 기체의 흔들림은 발생하지 않지만 HAPS에서는 항상 진동이 있는 가운데 서로를 추적하는 기술이 필요하게 된다. 게다가 센싱한 데이터를 지상으로 보내는 것이 주안인 위성용 광무선통신 단말과는 달리 HAPS의 메시 네트워크에서는 쌍방향 통신에서의 높은 퍼포먼스가 요구된다. “우주용보다 고도의 광무선통신 단말의 개발이 필요하다”(소프트뱅크 첨단기술연구소 야나기모토(柳本) 씨).

그래서 소프트뱅크는 우주 전용 광무선통신 단말을 개발하고 있는 정보통신연구기구(NICT)와 공동연구를 개시. 세계 최소의 우주용/성층권용 쌍방향 광무선통신 단말기를 개발 중이다.

소프트뱅크는 2026년에 세계 최초가 되는 저궤도 위성과 HAPS 간 10Gbps의 쌍방향광 무선통신 실증실험을 실시할 계획이다. 저궤도에 쏘아 올리는 초소형 위성은 우주 스타트업 기업인 ArkEdge Space(도쿄)가 개발을 담당한다.

그 외에 지상의 소형 기지국과의 통신이나 지상국이 날씨의 영향으로 인해 사용할 수 없는 경우를 상정한 사이트 다이버시티(거점의 다양화), 또한 정지궤도(GEO: Geostationary Earth Orbit) 위성과의 광무선통신 링크의 검증 등을 실시할 예정이다.

소프트뱅크는 “(성층권은) 인류가 아직 경험하지 못한 영역이라 무슨 일이 일어날지 우리도 모른다. 이번 실증을 통해 다수의 노하우를 얻을 수 있다고 생각하고 있다. 고성능이면서 저가에 양산할 수 있는 광무선통신 단말을 개발하고 싶다”고 말했다.

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