일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.6.12

위성 1기로 일본 전역을 IoT 통신 지역으로
NTT와 JAXA 추진, ‘초(超) 커버리지’ 시대 도래

1기의 인공위성으로 일본열도 전체를 IoT(사물인터넷) 통신 지역으로 만든다. 게다가 Sigfox나 LoRa 등 920MHz대를 이용하는 모든 방식에 대응한다.

상식을 뒤집는 새로운 기술 확립을 위해 NTT와 JAXA(우주항공연구개발기구)가 대응하고 있다. JAXA가 22년에 발사할 고도 500km의 저궤도 위성을 사용해 NTT와 JAXA는 실증실험을 추진하며 사업화를 검토할 생각이다. 지상 통신망이 정비되어 있지 않은 해양이나 산간부 등이 통신 지역이 될 가능성이 있다. ‘초(超) 커버리지’가 테마 중 하나인 차세대통신방식 ‘6G’의 요소 기술로서도 기대가 높아지고 있다.

-- 저가의 920MHz대 IoT 단말의 데이터를 위성으로 수집 --
인공위성을 사용한 통신서비스는 1960년대부터 실용화되었다. 지상 통신망이 정비되어 있지 않은 지역에서 통신이 가능하지만 고가의 위성 전용 무선기가 필요하기 때문에 재해 시 등 이용 장면이 한정적인 것이 현실이다.

NTT 미래넷연구소의 후지노(藤野) 선임연구원은 “Sigfox나 LoRa에 사용되는 저가의 IoT 단말에서 나오는 센서 데이터를 위성 경유로 수집할 수 있도록 해서 현재의 문제를 타파하고 싶다”라고 말한다. 저궤도 위성이 커버하는 반경 500km라는 광범위한 지역을 920MHz대의 IoT 단말로 통신을 가능하게 만드는 장대한 계획이다.

LPWA(Low Power Wide Area)라 불리는 Sigfox나 LoRa로도, 지상에서는 수십 km 정도의 장거리 전송이 고작이다. 또한 920MHz대를 사용한 IoT 단말은 현재 스마트미터용 등을 포함해 국내에서 적어도 수백만 대 규모가 작동하고 있다. 방대한 수의 IoT 단말에서 나오는 전파 간섭을 어떻게 회피할 것인가도 과제다.

후지노 연구원은 “과제를 해결하기 위해 블라인드 빔 제어를 활용한다”라고 말한다. 블라인드 빔 제어는 데이터를 수신하는 위성 측에 다수의 수신 안테나를 준비. 특정 IoT 단말의 전파를 증폭하기 위해 각 안테나에서 수신한 파형 데이터의 위상 진폭을 제어하는 기술이다. 전파가 간섭하고 있어도 특정 IoT 단말의 전파를 추출할 수 있다고 한다. “다수의 사람이 말하는 환경 하에서 특정 사람의 목소리를 추출하는 용도에 사용되는 기술이다. 이를 위성 통신에 응용한다”(후지노 연구원).

이번 실험은 920MHz대를 사용한 IoT 무선 방식에 대응하는 것을 목표한다는 점도 특징이다. 920MHz대에는 Sigfox나 LoRa 이외에 계속해서 새로운 방식이 등장하고 있다. NTT는 위성을 중계기로서 활용해, 지상 측에서 신호 처리하는 시스템을 통해 계속 증가하는 새로운 통신에 쉽게 대응할 수 있도록 한다.

“위성은 한 번 발사하면 통신 방식을 추가하기 어렵다. 위성 상에서 수신한 파형을 복조(demodulate)하지 않고 파형 데이터를 디지털 샘플링한다. 그 데이터를 위성∙지상 간 통신을 사용해 지상으로 돌려 보내 지상 측에서 복조한다. 위성 상의 신호 처리는 이용 가능한 전력이 한정적이기 때문에 높은 연산 능력을 부여하기 어렵다. 지상에서 신호 처리하면 높은 연산 능력을 저가에 확보할 수 있다. 또한 새로운 통신 방식에도 대응하기 쉽다”(후지노 연구원).

-- 위성 MIMO를 활용해 최대 20G비트/초 통신도 --
수신한 파형 데이터를 지상에 돌려 보내기 위해서는 위성∙지상 간에 대용량 통신이 필요하다. 최대 20G비트/초의 통신을 실현하는 위성 MIMO(Multi Input Multi Output) 기술을 새로이 도입한다.

MIMO는 복수의 안테나를 사용해 통신 용량을 늘릴 수 있는 기술이다. 무선 LAN이나 휴대전화에 일반적으로 사용되고 있다. 동일 주파수대를 사용해 공간 다중해 신호를 전송하기 때문에 안테나를 추가할수록 통신 용량을 늘릴 수 있다.

그러나 위성 통신에 MIMO 기술을 적용하는 것은 어려웠다. MIMO는 복수 안테나에서 나오는 신호를 분리하기 위해 멀티패스라는 건물 등의 반사파를 활용한다. 멀티패스가 있을수록 신호를 분리하기 쉽다. 그러나 위성 통신은 전망이 좋은 환경에서의 통신이 일반적이기 때문에 멀티패스를 이용하기 어렵다. NTT와 JAXA는 2ⅹ2 MIMO 구성으로, 지상의 수신 안테나를 10km 이상 떨어뜨리는 등의 방법으로 과제를 해결한다고 한다.

이번 대응은 JAXA가 공모하는 위성을 사용한 혁신적인 기술 실증에 NTT가 응모해 채택되면서 시작됐다. 22년도에 위성을 발사, 실증실험은 22~23년에 걸쳐 추진할 계획이다.

경쟁하는 기술은 고도 20km의 성층권에 기지국을 실은 드론을 비행시켜 넓은 지역을 커버하는 HAPS(High Altitude Platform Station, 또는 High Altitude Pseudo Satellite)일 것이다. 소프트뱅크의 자회사인 HAPS모바일(도쿄)이 19년, HAPS의 시험 비행에 성공하는 등 실용화를 위해 움직이기 시작했다. 위성 전용 단말을 사용하지 않고 통상의 휴대전화로 HAPS와 통신이 가능하다는 점도 이점이다.

“이번 기술은 1기로 HAPS보다도 넓은 지역을 커버할 수 있다. 스몰 스타트할 수 있다는 점이 강점이다”(후지노 연구원).

무선통신은 고도가 높을수록 넓은 범위를 커버할 수 있다. 고도 500km의 저궤도 위성은 반경 500km 정도를 1기로 커버할 수 있다. 고도 20km의 HAPS는 반경 수십~100km 정도에 그친다. HAPS로 일본 전체를 커버하기 위해서는 수십 기가 필요하다.

발사 비용이나 통신의 실시간성까지 고려할 경우, 두 기술에는 일장일단이 있다. 어쨌든 산간부와 해상을 포함하는 ‘초(超) 커버리지’ 시대가 드디어 현실이 되려 하고 있다.

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