일본산업뉴스요약

소프트뱅크, 하늘을 나는 기지국과의 5G 통신 실증
움직이는 비행기에서 고정 에리어 구축

소프트뱅크는 하늘을 나는 기지국을 위한 통신기기들을 개발해, 이것을 탑재한 비행기를 이용해 기지국과 휴대 단말 간의 엔드 투 엔드의 5G 통신 실증 실험에 성공했다. 이 성과를 2026년 이후에 계획 중인 상용 서비스 개시로 연결한다. 2025년 9월 18일에 발표했다.

소프트뱅크는 이미 상공에 이동통신 기지국을 배치하는 성층권 통신 플랫폼(HAPS: High Altitude Platform Station)의 실용화를 목표로 개발을 추진하고 있다. HAPS는 기지국 혹은 중계기(비재생 중계기)를 탑재한 무인 비행기를 기류가 안정된 고도 20km 부근의 성층권에서 장기간 비행하며, 지상의 스마트폰 등에 직접 통신 서비스를 제공하는 시스템이다. 산악 지대나 해상 등 통신 네트워크가 정비되지 않은 장소에서도 고품질에 고속의 통신 환경을 제공할 수 있다. 긴급 시 재해 대응에서도 활약이 기대되는 기술이다.

소프트뱅크는 HAPS와 지상의 통신망을 연계해, 드론과 플라잉카 등의 상공 이동체에도 통신을 제공하는 3차원 통신 네트워크의 구축도 목표로 하고 있다. 지금까지의 실증 실험에서는 성층권에서의 비행(2020년과 2024년), 성층권으로부터의 5G 통신(2023년)에 성공했다.

이번에 소프트뱅크가 개발한 페이로드에는 휴대단말기와 HAPS 간 통신(서비스 링크) 장치와, HAPS와 지상의 통신 네트워크를 중계하는 지상국(게이트웨이) 간 통신(피더링크) 장치를 모두 탑재했다. 지상 측은 6셀의 5G 기지국과 게이트웨이로 구성되어 있다. 사용하는 주파수대는 서비스 링크가 1.7GHz대, 피더링크가 26GHz대이다.

지상 측 게이트웨이에는 비행하는 기체를 추적해, 빔을 항상 기체 쪽으로 돌리기 위한 빔 트래킹 기술이 탑재되어 있다. 기체 측의 피더링크로 사용하는 안테나에는 26GHz대라는 높은 주파수에 대응하기 위해, 기체 이동에 수반하는 주파수의 어긋남을 보정하는 도플러 시프트 보정이나 수신 레벨 보상 기능이 탑재되어 있다.

서비스 링크에서 사용하는 안테나는 여러 안테나 소자를 배치한 자체 개발 실린더 안테나로, 종방향과 횡방향의 빔 방향과 빔 폭을 제어할 수 있다.

-- HAPS 특유의 3개의 과제 --
소프트뱅크가 지금까지 개발한 서비스 링크의 요소 기술은 주로 3개다. (1) 기체가 움직여도 통신 에리어를 고정하는 ‘풋프린트 고정 기술’, (2) 셀의 배치를 최적화함으로써 통신 에리어 전체의 통신 용량을 증대시키는 ‘에리어 최적화 기술’, (3) HAPS와 지상 시스템에서 동일 주파수대를 이용하는 경우에 일어나는 간섭을 억제하는 ‘주파수 공용 기술’이다.

(1)은, 기존에는 기체의 이동이나 자세의 변화에 따라, 지상을 향한 빔의 방향이 바뀌어 핸드오버(휴대 단말이 접속하는 기지국의 전환)가 빈발하거나, 통신 에리어가 갑자기 어긋나 통신이 불안정해지는 것을 회피하는 기술이다. 서비스 링크용으로 사용하는 실린더 안테나에서 빔을 적절히 제어하여 셀이 이동하지 않도록 한다.

(2)는 통신 용량 수요가 높은 곳에는 여러 개의 셀을 할당하고, 낮은 곳에는 하나의 셀로 넓은 에리어를 만드는 등 셀 배치를 최적화하는 기능이다.

(3)은 여러 안테나 소자에 대해 신호의 진폭과 위상을 조정함으로써 겨냥한 방향으로 신호를 억제하는, 이른바 널 포밍(Nullforming)을 통해 실현한다.

-- 27년도까지 용량 2배로 --
소프트뱅크는 이번에 이들 요소 기술 중 (1)의 풋프린트 고정 기술의 효과를 확인했다. 비행기가 고도 3000m에서 반경 2.5km의 원형 궤도로 선회하면서, 탑재한 페이로드를 통해 6개의 셀로 이루어진 통신 에리어를 형성. 중심에서 15km 지점의 통신 에리어 가장자리에서, 다운링크 평균 통신 속도 33Mbps(비트/초)를 기록했다.

이 실험 지점에서 비행기를 올려다본 각도(앙각)는, 실제 운용에서 고도 20km의 HAPS가 커버하는 반경 100km의 통신 에리어 가장자리에서 HAPS를 올려다본 경우의 앙각에 해당한다. 가장 전파가 닿기 어려운 에리어의 가장자리를 모의한 환경에서 안정된 통신을 실증할 수 있었기 때문에 소프트뱅크는 HAPS에서도 이번과 동일한 방식으로 통신 에리어를 커버할 수 있다고 보고 있다.

소프트뱅크 테크놀로지 유닛통괄 기반기술연구실의 호시노(星野) 부장은 “현시점에서는 시뮬레이션과 동일한 결과를 확인할 수 있었다”라고 말한다. 2027년도 내까지, 현재의 6셀을 12셀로 확장하여 2배 이상의 통신 용량 확보를 목표로 하고 있다. 과제는 셀 수가 증가했을 때 셀 간 간섭이 커진다는 점이다. 소프트뱅크는 불필요한 누설 전파인 사이드 로브를 줄이는 안테나 설계 연구 개발에 힘쓰고 있다고 한다.

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