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고성능·고품위의 통신을 위해서는 기술적으로 해결해야 할 부분도 적지 않다. 이른바 '위성통신의 차세대 기술'로 꼽히는 위성탑재기술이나 위성통신링크기술 등이 어떤 내용을 담고 있는지 살펴보자.

위성 통신 방식이 최초로 도입된 1960년대 초 이래 지금까지 30년이 넘는 기간 동안 위성통신 기술은 비약적 발전을 거듭돼 왔다. 이제 위성통신 기술 없는 통신은 생각조차 할 수 없을 만큼 국내와 국제 통신망에서 차지하는 위성통신의 위치는 확고하다.

위성통신 개발 초기부터 현재까지의 기술 발전 추세를 살펴보면 많은 혁신적 변화를 실감한다. 1965년 발사된 인텔새트 1호는 2개 중계기를 탑재해 전체 대역폭 50㎒로 음성전화급 2백40회선을 전송하는 정도에 불과했으나, 지난 89년 발사된 인텔새트 6호의 경우 48개 중계기를 탑재해 전체 대역폭 3천2백㎒, 음성전화 3만3천회선과 텔레비전 2회선을 전송할 수 있을 만큼 대용량화가 이루어졌다. 현재는 주파수대 이용면에서 6／4㎓대가 가장 많이 사용되고 있는데, 앞으로는 대용량 통신을 위해서 2천5백㎒의 대역폭을 갖는 30／20㎓대 주파수 이용이 활발해질 것이다.

위성의 수명 측면에서도 인텔새트 1호는 불과 1.5년에 불과했지만 계속적인 신뢰도 증가가 이루어져 60년대는 3-5년, 70년대는 7년, 현재에는 10-12년까지 도달해 있으며 2000년대에는 20년 이상의 설계 수명이 전망된다.

초기에는 위성통신을 위해 32m급 안테나의 대형지구국이 필요했는데, 위성의 고출력화와 지구국 소형화 기술발전으로 현재에는 1m 이하의 안테나로도 고품질 통신이 가능하며, 수년 내에 소형 휴대형 전화기만으로 자유로운 위성통신이 가능해질 것으로 보인다. 또한 위성 통신 서비스 이용면에서도 국제간 통신 및 국내 기간 통신에서부터 산업체 금융업체 유통업체 등의 조직체간 사설 통신은 물론, 개인간 휴대통신 서비스로 확장되고 있다.

90년대 후반기부터는 정지궤도(적도 상공 고도 3만6천㎞로 공전주기 24시간인 궤도)위성을 사용한 기존의 위성통신망과는 차원이 다른 새로운 개념의 위성통신망이 구현된다. 대략 지구상공 1천㎞ 내외의 저궤도 위성을 이용한 이동통신망이 바로 그것인데, 수십개의 위성을 사용해 전세계를 서비스 지역으로 삼는 이 계획은 이미 이리듐 글로벌스타 인마르새트 P-21등의 이름으로 널리 알려져 있다.

전세계 어느 곳에서나 적은 회선 사용료로 휴대전화를 통해 직접 위성 통신이 이루어져야 하므로 이 기술에는 현재까지 완전한 실용화가 이루어지지 않은 능동형 다중빔(Multi beam, 전파를 여러 지역으로 나누어 보내는 것을 말함) 안테나 기술, 위성탑재 기술, 위성간 통신기술 등 최첨단의 신기술이 투입돼야 한다.

고성능 통신 위한 핵심기술

미래 위성 통신망 구현과 고성능화에는 많은 차세대 위성통신기술들이 요구되고 있다. 여기에는 위성탑재 신호처리기술(On Board Processing), 위성간 통신기술(Intersatellite Link), 능동형 다중빔 안테나 기술, 복합서비스용 초대형 위성기술, 지구국 소형화 기술, 위성신호의 고효율 변조 및 데이터 압축기술 등이 있는데, 그중 핵심적인 몇몇 기술의 개요를 살펴보도록 하자.

■ 위성탑재 신호처리 기술

현재 운용중인 대부분의 통신 및 방송위성은 파이프와 같이 단순히 채널 중계의 수동적 역할만을 하고 있으나 앞으로는 위성 탑재 신호처리기술을 통해 하나의 교환국 역할을 담당하게 된다. 위성 탑재 신호처리기능으로는 신호복조 및 재변조, 오류정정, 중계기 및 빔 스위칭, 클럭 생성 및 복구, 채널의 동기화 및 동화, 간섭 신호의 검출 및 제거, 신호의 분류 및 재분배 등을 포함하고 있다. 이러한 기능의 실현은 전송용량의 증대나 지구국의 소형화, 통신망간 연결의 융통성 증대 등 많은 이점을 얻을 수 있다.

위성탑재 신호처리 기술은 처리 수준에 따라 RF프로세서, 비트스트림 프로세서, 풀 베이스밴드 프로세서로 구분되는데, 이중 RF 프로세서는 가장 간단한 형태로 매트릭스 구조의 RF 스위치를 이용해 위성 빔과 중계기를 정적, 또는 동적으로 연결한다. 이미 이 기술은 인텔새트 6호에 사용되고 있으며 30㎳라는 짧은 시간 주기로 다이내믹하게 빔간 설치가 가능하다. 가장 복잡한 형태는 풀 베이스밴드 프로세서로서 우주공간상에서 완벽하게 통신신호처리를 할 수 있다.

■ 위성간 통신 링크 기술

이 기술은 위성과 위성간의 상호 정보 전송이 지구국을 거치지 않고 우주공간에서 직접 이루어지는 전송로로, 위성 통신망의 융통성을 크게 증대시킨다. 예를 들어 현재 독립적으로 운용되는 서로 다른 위성망의 지국국들간의 통신이 별도의 지상중계, 또는 이중 위성중계에 의해서만 가능한 것을 위성간의 통신로를 이용해 직접 회선 연결이 되도록 한다. 따라서 전세계의 위성망을 종합 일체화할 수 있어 궁극적으로는 모든 지구국 및 단말들이 소속된 위성망에 관계없이 자유로운 통신이 가능한 것이다. 여기에는 22 ㎓대, 32 ㎓대, 60 ㎓대 등의 밀리미터파 대역과 0.5-10.6㎜의 파장을 갖는 광파대역을 사용하게 되며 위성체간의 상대 위치 오차가 0.1도 이내로 유지되도록 추적 제어하는 기술이 필요하다.

■ 다중빔 안테나 기술

다중빔 안테나는 약 0.5-1도의 빔 폭을 갖는 고이득 안테나 급전기들의 집합체와 빔 형성회로(beam forming network)로 구성된다. 서비스 요구에 따라 각각의 빔들이 켜지고 꺼지며 시간적으로 변화시켜 매우 빠른 속도로 빔 커버리지를 재구성할 수 있다. 또한 고이득 빔의 사용으로 지구국 단말의 안테나 크기를 크게 줄일 수 있다.

이러한 다중빔 안테나의 빔 형성회로는 수많은 반도체형 고출력 증폭기, 저잡음 증폭기, 위상변환기, 이득제어기 등과 같은 초고주파대 부품이 소요되므로 전체 무게와 제작비용이 기존 단순기능의 위성안테나와 비교해 크게 증가된다. 현재는 초고주파대능동회로의 고집적화 기술 발전으로 크기와 무게가 대폭 감소돼 실용화 단계에 와 있다.
 

■ 복합 서비스용 초대형 위성 기술

복합 서비스용 초대형 위성은 육상과 해상 및 항공이동통신 업무, 고정 통신 업무, 고출력 통신, 방송업무 등 여러 서비스를 초대형 위성체를 통해 제공하는 것으로 Ka 대역 전송 기술, 광무선 통신기술, 다중 빔 안테나 기술, 위성탑재 신호처리기술도 사용된다. 현재 세계 각국은 이 위성의 실용화를 위해 많은 실험 위성을 발사하고 있으며 2000년 초반에 실용화될 전망이다.

방송분야에 질적 변화 예고
 

위성통신망은 현재 논의되고 있는 이른바 '초고속정보통신망'에서 매우 중요한 역할을 수행한다. 이를 설명하기 위해 미국 휴즈(Hughes)사가 현재 추진중인 스페이스웨이 프로그램을 살펴보자. 오는 98년 첫 위성발사를 시작으로 2003년에는 17개의 정지궤도 위성을 통해 전세계를 커버한다는 이 계획은 Ka 대역(30／20㎓) 주파수의 2친5백㎒ 대역폭을 이용, 약 ${1}^{0}$-${3}^{0}$ 범위의 다중빔을 사용해 주파수 재이용 효과를 극대화한다. 여기에는 위성간 통신가능 위성탑재 신호처리기술 등의 신기술을 채용할 예정인데, 총 17개 위성의 통신용량을 전화회선으로 환산하면 약 4백만호(call)를 동시처리하는 것에 해당한다.

또한 작은 안테나 크기(약 66㎝)를 갖는 값싼 지상 장비로 1.544Mbps까지의 고속 데이터 정보를 전세계 어느 곳으로든 전달할 수 있게 된다. 이와 유사한, 정지궤도 위성을 이용한 초고속 정보통신망의 예는 캐나다의 스카이웨어 프로그램 등이 있으며 저궤도 위성군을 이용한 텔레데식사의 고속 정보망 구축계획이 있다.

위성통신은 방송분야에서도 질적, 양적인 변화를 예고하고 있다. 현재 위성 방송 방식은 1개 채널(대역폭 약 27-36㎒)에 1개 TV 프로그램을 아날로그 방식인 주파수 변조로 방송하고 있다. 국내에서 수신할 수 있는 일본이나 홍콩의 위성 TV방송이 대부분 이 방식에 속한다.

하지만 만약 디지털 방식을 사용하면 영상 데이터의 압축이 가능해 1개 위성 채널로 3-10개의 TV프로그램 전송이 가능해진다. 또한 디지털의 특성을 살려 더욱 선명한 화질이 제공될 뿐만 아니라, 팩시밀리방송, 다중 스테레오 방송 등과 같은 다양한 부가 디지털 방송을 쉽게 실현할 수 있게 된다.

미국에서는 이미 금년 6월 세계 최초로 최대 1백50개 채널의 디지털 위성 TV방송을 개시해 성공적인 서비스를 제공하고 있으며, 우리나라도 무궁화위성이 발사되면 세계 두번째로 최고 수준의 화질 시청이 가능한 디지털 방식의 위성 TV를 전국 어디서건 40㎝급 안테나로 수신할 수 있을 것이다.

2000년 문턱 이전에 널리 실용화될 또 하나의 위성 방송 기술은 영화처럼 선명한 화질을 즐길 수 있는 고선명 TV다. 일본은 세계 최초로 아날로그 방식의 협대역 고선명 TV위성방송을 서비스 중이다. 90년대 후반에는 우리나라에서도 기존 직접 위성 방송용 주파수(12㎓대)를 이용한 협대역의 고선명 디지털 TV위성 방송이 개시될 것이다. 특히 2000년대에는 광대역의 고선명 TV 전용채널 주파수(21㎓대)를 각 나라마다 분배할 예정이어서 본격적인 광대역 고해상도 TV 방송 서비스가 개시될 것이며 위성에 의한 입체 TV 방송 및 가상현실형 TV방송도 속속 실현될 것으로 보인다.
 

독특한 장점으로 시장 급속 확대

위성통신은 고유의 특징으로서 서비스의 광역성, 일시에 모든 곳에 정보를 전달하는 동보성, 회선 설정의 신속성 및 유연성과 같은, 지상계 통신 방식에는 없는 독특한 장점을 가지고 있어 서비스 시장규모도 급속히 확장되고 있다.

여기에 차세대 위성통신 기술들의 실용화가 이룩되면 위성통신방식은 회선 가격면에서나 기능 및 성능면에서 일대 혁명기를 맞이하게 될 것이다. 즉 위성 탑재 처리 기술의 발전을 통해 위성이 교환국 역할을 담당하게 되고 위성간 통신 링크 기술로 전세계를 하나의 통신망으로 구축하며 다중 빔 기술을 이용해 개인 위성통신이 가능해지는 것이다.

이러한 기술 혁신은 위성통신의 본질적 장점을 더욱 부각시킬 것이며 단점을 보완할 것이기 때문에 미래 초고속 정보통신 시대에 위성통신의 역할과 수요는 무한히 증대될 것으로 보인다.