전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_24.8 (p14-15)

HAPS와 저궤도 위성으로 세계 최초의 광통신 실증, 성층권에서 빛의 메시 네트워크 구축
실증은 2026년, 무인 비행선의 흔들림에 대응하는 디바이스 개발이 열쇠

소프트뱅크는 올 4월에 개최한 기자 설명회 ‘기술의 힘-HAPS 기술의 진화편'에서 2027년 이후의 사업화를 목표로 개발 중인 성층권통신 플랫폼(HAPS: High Altitude Platform Station)에 대해 2026년에 세계 최초로 HAPS와 저궤도(LEO: Low Earth Orbit) 위성간의 광무선통신을 실증한다는 계획을 발표했다.

HAPS는 이동통신기지국이 탑재된 무인 비행선을 고도 20km 부근의 성층권에 비행시켜 넓은 지역에 광대역통신 서비스를 제공하는 시스템이다. 산간지역이나 개발도상국 등 통신망이 구축되지 않은 곳에서도 안정적인 인터넷 접속 환경을 구축할 수 있다. 무인 비행선 날개에 탑재된 태양전지로 발전한 전력을 모터를 통해 추진 에너지로 변환해 성층권에서 수개월 이상 장시간 비행할 수 있다.

소프트뱅크는 이미 2020년 가을, HAPS를 이용한 LTE통신 시험에 성공했지만, 사업화를 위한 과제 중 하나가 HAPS와 지상국과의 통신 네트워크(피더링크)였다.

유저의 스마트폰과의 직접 통신은 HAPS가 지상국과 연결되고, 지상국은 광섬유를 통해 인터넷망과 연결되어 실현된다. 하지만 사막이나 해상 등에서는 지상국 설치가 어렵고, 다수의 지상국 건설에는 시간과 비용이 소요된다.

그래서 다른 지역의 지상국에서 위성을 통해 HAPS와 접속하는 방법이나 복수의 HAPS간을 접속해 성층권에서 메시 네트워크를 구축하여 통신 서비스를 제공하는 방법이 검토되고 있다. 여기서 가장 큰 문제는 전파의 주파수 대역 부족이다.

그 해결책으로 등장한 것이 주파수 대역 할당 제약 없이 이용할 수 있는 광무선 통신이다. 전파에 비해 대역폭이 넓고, 전파로는 어려운 수십G~수Tbps(비트/초)의 전송 속도를 실현할 수 있다는 장점이 있다. 실제로 소프트뱅크의 연구에서는 2Tbps의 속도를 달성했다고 한다.

소프트뱅크는 HAPS와 저궤도 위성을 광무선으로 연결해 지상국을 거치지 않고 재난 발생시의 긴급 전개에 이용하거나, HAPS의 복수의 무인 비행선으로 성층권에 메시 네트워크를 구축해 HAPS가 스마트폰을 통해 취득한 데이터를 적절한 지상국에 보내는 것을 목표로 하고 있다. 후자의 경우, HAPS간을 접속하기 위해 무인 비행선에 복수의 광무선통신 디바이스를 탑재한다.

-- HAPS만의 어려움 --
광무선통신은 우주공간에서 일부 실용화가 시작되고 있다. 그 선두 주자는 미국의 스페이스X(SpaceX)이다. 스페이스X는 위성통신 서비스 '스타링크(Starlink)'용으로 저궤도에 5,000개 이상의 위성을 배치하고 있으며, 최근 발사된 3,000개 위성에는 1기당 3대의 광무선통신 디바이스를 탑재해 메시 네트워크를 구축하고 있다고 한다.

이처럼 대기가 존재하지 않는 우주공간에서 광무선통신은 실용화 단계에 접어들었지만, HAPS용으로 전개하기 위해서는 극복해야 할 기술적 과제가 있다고 한다. 성층권을 비행하는 HAPS의 무인 비행선이 흔들린다는 것이다.

광무선통신에서는 수백~수천km 떨어진 상대방의 디바이스에 정확하게 레이저광을 계속 조사(추적)해야 한다. 위성에서는 흔들림이 발생하지 않지만, HAPS에서는 항상 진동이 있는 상태에서 서로를 추적하는 기술이 필요하다. 또한, 센싱한 데이터를 지상에 보내는 것이 주요 목적인 위성용 광무선통신 디바이스와는 달리, HAPS의 메시 네트워크에서는 양방향 통신에서의 높은 성능이 요구된다. "우주용으로 보다 고도화된 광무선통신 디바이스 개발이 필요하다"(소프트뱅크 첨단기술연구소의 야나기모토(柳本) 연구원)라고 한다.

그래서 소프트뱅크는 우주용 광무선통신 디바이스를 개발하고 있는 정보통신연구기구(NICT)와 공동연구를 개시. 세계에서 가장 작은 우주용/성층권용 양방향 광무선통신 디바이스를 개발 중이다.

소프트뱅크는 2026년에 세계 최초로 저궤도 위성과 HAPS간 10Gbps의 양방향 광무선통신 실증실험을 실시할 계획이다. 저궤도에 발사할 초소형 위성은 우주 스타트업인 아크에지스페이스(도쿄)가 개발을 담당한다.

이 외에도 지상의 소형 기지국과의 통신이나, 날씨의 영향으로 지상국을 사용할 수 없는 경우를 가정한 거점의 다양화, 더 나아가 정지궤도(GEO: Geostationary Earth Orbit) 위성과의 광무선통신 링크 검증 등을 실시할 예정이다.

야나기모토 연구원은 "(성층권은) 인류가 아직 한번도 접해보지 못한 영역이기 때문에 어떤 일이 일어날지 우리도 모른다. 양방향 광무선통신 실증을 통해 많은 노하우를 얻을 수 있을 것으로 생각한다. 고성능이면서 저렴하게 양산할 수 있는 광무선통신 디바이스를 개발하고 싶다"라고 말한다.

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목차 Nikkei Electronics_2024.8

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