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65년 최초의 상업위성 '인텔샛1호'가 발사된 이리 금년 봄에는 중국이 '아시아 샛'을 쏘아올려 기술력을 과시했다.

최근 우리나라에서 위성통신에 대한 관심이 고조되고 있다. 정부는 늦어도 1996년 8월까지 우리나라가 독자적인 위성을 확보할 계획이라고 발표했다. 지난 5월에는 민간차원에서 한국데이타통신(주)이 사옥 옥상에 소형 위성통신용 안테나(지름 6.1m)를 설치, 직접 국제간 디지털 전용회선 서비스를 개시함으로써 도시관문국(urban gateway) 형태의 국제위성 시대를 열었다.

위성 셋으로 지구를 커버

흔히 우주공간에 떠 있는 물체(인공위성 혹성탐사위성 로켓)를 이용한 통신을 모두 위성통신이라고 말하는데 사실은 그렇지 않다. 왜냐하면 기상위성이나 관측위성으로부터의 화상정보 전송이나 우주선 승무원이 지상 통제국과 하는 통신은 위성통신이라고 말하지 않기 때문이다.

따라서 위성통신은 지상의 여러 지점간에 통신을 실현하는 방법으로서, 통신위성을 적도 상공 약3만5천8백km에 띄워 지구의 자전속도와 같이 지구 주위를 회전하면서 지구국에서 발사된 신호를 수신하고 이를 다시 증폭, 변환하여 상대지구국에 재송신하는 일종의 극초단파 중계기를 이용한 다원 접속통신방식을 말한다.

이론상으로 위성 하나가 지구표면의 42.4%를 커버하므로 지구전체를 커버하려면 (그림1)과 같이 최소한 세개의 위성이 필요하다.
만일 위성을 띄우지 않고 철탑을 세운다면 철탑의 높이가 7백60km는 되어야 한다는 계산이 나온다.

실제로 국제전기통신위성기구(인텔샛, INTELSAT)는 태평양과 인도양 그리고 대서양 상공에 정지 위성을 띄워 올려 전 세계를 커버하는 국제위성통신서비스를 실시하고 있다.

위성의 접속 형태는 지구국-위성-지구국, 지구국-위성-지구국-위성-지구국(double-hop) 형태가 주 접속방법이며, 금년 3월초 인텔샛 6호계 위성을 발사했으나 실패하여 위성과 위성과의 직접 접속방법은 현재까지 불가능한 것으로 알려지고 있다.

위성통신의 역사는 35년에 불과하다. 1945년 영국의 클라크는 '무선세계'(Wireless World)라는 잡지에서 "지구로부터 일정한 거리에 떠있는 인공위성은 24시간마다 지구를 중심으로 지구 자전 방향과 동일하게 1회전 한다. 이것은 지구에서 보면 정지해 있는 것처럼 보여 지구 표면의 거의 반정도를 바라볼 수 있다. 따라서 3개 위성을 1백20˚ 간격으로 띄우면 지구전체를 커버할 수 있다"고 주장했다. 그후 12년 후인 1957년 10월4일 소련은 '스푸트니크'라는 인공위성을 띄웠다.

그러나 세계 최초의 통신위성은 1958년 12월 미국이 발사해 아이젠하워 대통령의 성탄 메시지를 전 지구상에 송신한 '슬로프'위성이라고 말할 수 있다.
 

지난 4월「아시아샛」발사

통신분야에서의 본격적인 응용실험은 1960년 미국항공우주국(NASA)이 쏘아 올린 풍선위성 '에코1호'다. 이 위성은 전화 및 TV중계 실험을 목적으로 직경 30cm의 플라스틱제의 풍선표면에 알루미늄을 씌우고 지구국에서 송신한 전파를 반사시켜 통신하였다. 이와 같이 적극적으로 전파를 중계하는 기능을 가지지 않은 위성을 수동위성(positive satellite)이라고 불렀다. 또 지구국에서 송신한 전파를 증폭하여 다시 지구국으로 되돌려 보내는 중계기를 탑재한 위성을 능동위성(active satellite)이라고 한다.

최초의 능동위성은 1962년 7월 미국 AT&T 벨 연구소에서 발사하여 미국과 유럽을 연결시켰던 '텔스타 1호'와 NASA에서 태평양 상공에 띄운 '릴레이1호'다

이 두개의 위성을 이용한 통신실험은 전 세계적인 규모로 이루어졌다. 1963년 11월 23일 '릴레이1호'를 이용해 일본의 이바라기 지구국과 미국의 모자비 지구국간 태평양 횡단 TV중계 실험이 실시되던중 우연히 케네디대통령 암살의 뉴스 속보가 전송되어 위성통신은 일반인들에게 강렬한 인상을 주었다.

왜냐하면 위성통신이 발달되기전 미국 16대 대통령 링컨의 저격소식이 영국 본토에 전달되기까지 보름이 걸렸기 때문이다.

그러나 이 위성은 불과 1천~8천km 정도의 낮은 고도의 위성이었다. 위성통신이 실용적으로 주목을 받기 시작한 것은 1964년 NASA가 '신콤 3호' 위성을 전지궤도에 띄워 올려 동경올림픽을 중계한 것이 계기가 됐다.

그해 8월20일 미국 일본 등 11개국이 위성을 이용한 국제통신 업무를 일원적으로 취급하기 위해 '세계상업위성통신기구'라는 잠정조직을 설립했고 1965년 5월에는 대서양 상공에 '인텔샛 1호'(일명 얼리버드)라는 상업통신위성을 쏘아 올렸다.

이 조직은 1973년에 인텔샛으로 발전됐다. 1989년 12월 현재 태평양 인도양 대서양 상공에 15개의 위성이 떠있으며 회원국은 총1백17개국, 8백 지구국에서 이들 위성을 이용하고 있다.

위성통신을 국내통신에 적용하려는 움직임이 일어나기 시작한 것은 1970년대 초. 캐나다에서 '아니크-A호'를 쏘아 올려 1973년 1월부터 국내 상용 위성통신 서비스를 실시한 후 미국 인도네시아 인도 일본 프랑스 브라질 멕시코 등이 각자 자국 위성을 쏘아 올려, 넓게 분산된 지역에 TV중계 및 전화서비스를 시작했다.

또 70년대 후반 선박과 통신업무를 관장하는 국제해사위성기구(INMARSAT)의 발족과 지역통신을 위한 통신위성의 발사는 커다란 변화를 불러 일으켰다.

그 예로 유럽지역 26개국을 위한 '유텔샛', 22개 아랍회원국을 위한 '아랍샛', 호주 대륙의 오스샛' 등이 발사되었으며, 금년 4월7일에는 홍콩에서 '아시아샛'이 발사됐다.

아시아샛은 홍콩의 C&W, 중국의 국제신탁투자공사 등이 총 자본금 2백80억원을 투자하여 1988년 2월에 설립한 아시아 최초의 지역 위성통신이며, 휴즈 항공사가 제작해 1984년에 발사했던 위성을 보수하여 재발사한 웨스터 4호계 위성이다.

이렇듯 국내 위성과 지역 위성이 급속도로 발전되고 있으며 위성통신 방식에 있어서도 기존의 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 바뀌고 있다.

금산, 보은지구국

우리나라의 위성통신은 체신부가 1967년 2월 24일 인텟샛에 잠정 가입한 후, 1970년 6월 2일 충남 금산에 지름이 28m인 태평양 지구국(일명 금산제1지국국)을 개국함으로써 시작됐다. 최초의 위성통신에 의한 TV중계는 그해 미스유니버스 대회였다.

금산 제1지구국이 개통한지 만7년만인 1977년 9월 1일 지름이 30m인 인도양 지구국(금산 제2지구국)을 개국, 대서양권을 제외한 전세계 어느 곳과도 통신이 가능하게 되었다. 1980년엔 트레일러에 장치된 표준 C지구국을 도입, 제2지구국 이중편파 개보수 공사에 이용했다. 또한 1985년 1월25일에는 충북 보은에 태평양지구국(보은제1지구국)을 개국하여, 지구국의 이원화를 추진했고 서울 올림픽 기간 동안에 무려 26채널의 TV중계를 실시하기도 했다.

기술적인 면에서도 1985년 6월 20일 인도양 위성을 이용하는 금산 제2지구국이 시분할 다중방식을 채택함으로써 위성통신의 디지털시대를 열었다.

또 금년 하반기부터는 금산에 설치된 해안 지구국을 경유, 원양어선 여객선 등의 선박은 물론 이동하는 항공기와의 항공위성 업무도 제공된다.

태양장애를 받기도

위성통신은 광대역성과 광역성 신속성 동시성이라는 장점이 있다. 즉 5백MHz의 넓은 대역을 가지고 있어 TV 등 영상 신호나 고속 디지털신호 전송이 용이하며 통신위성의 서비스내에 들어 있으면 어느 곳에서라도 송수신이 가능하여 통신망의 다원접속이 용이하다는 특징이 있다.
그러나 위성통신 기술에 있어서 아직까지 해결하지 못하고 있는 단점은 지상에서 정지위성까지는 3만5천8백km 이상이므로, 매초 30만km 속도의 전파도 0.25초 이상 지연된다는 것과, 무선통신이므로 보안상 취약점은 물론 지상 마이크로웨이브에 의한 전파의 간섭과 태양에 의한 회선 장애가 발생한다는 점이다.

태양장애(또는 태양간섭이라고도 함)의 원인은 지구국의 안테나에서 보아 정지위성 바로 뒤에 태양이 겹쳐 수신되는 신호의 잡음이 급격히 증대하기 때문에 일어나는 현상이다. 우리나라에서는 주로 봄 가을 두차례, 매일 4~8분씩 일주일가량 계속된다.

위성통신에서 무엇보다도 중요한 것은 지구국 장비다. 지구국과 위성사이의 자유공간 손실이 2백dB이 넘을 뿐만 아니라 위성으로부터 수신되는 신호세력도 생각보다 매우 낮다.

따라서 이들의 손실을 보상해 주고 증폭해 줄 수 있는 장치들이 필요하다. 그 중 하나가 위성통신용 안테나인데, 이 안테나는 지구국의 상징이기도 하다. 안테나의 크기는 회선 용량에 따라 직경 3m 내외의 소형 안테나에서 32m의 대형 안테나까지 그 종류가 다양하다. 지름이 30m인 금산지구국의 안테나 면적은 야구장의 다이아몬드를 덮을 수 있을 만큼 넓은 면적이다.

안테나 시스템은 주반사판 부반사판 피드 추적장치 등으로 구성되어 있으며, 구조 형태에 따라 파라볼릭 카세그레인 그레코리안 오프셋안테나로 구분된다.

안테나의 기능은 송수신을 겸하고 있다. 송신시 도파관을 통해서 온 전자파를 방사하고 수신시에는 인간의 귀와 같이 공간을 통해 전파되어온 전자파를 모아 도파관으로 보낸다. 이것은 매우 미약한 신호세력이므로 저잡음증폭기(LNA)라는 증폭기에 의해 일단 증폭된다. 이렇게 하여 얻어진 광대역 신호는 하향 주파수 변환기에 의해 특정한 주파수가 선택되고 고주파 신호는 중간주파 신호를 바뀌어 베이스 밴드 신호로 복조되어 넘어간다. 반대로 변조된 중간주파 신호는 상향 주파수 변환기에서 고주파 신호로 바뀌어 고출력 증폭기에서 증폭되고 안테나를 통하여 위성으로 전파를 보낸다.

고출력 증폭기(HPA)는 대역폭이 5백MHz 정도의 광대역 증폭기로서 하나의 증폭기로 여러개의 반송파를 동시에 증폭시킬 수 있는데, 반송파의 용량에 따라 솔라이드 스테이트, 클라이스트론, 진행파관(TWT) 증폭기 등을 사용한다.

이들 시스템이 설치된 지구국들은 하나의 위성중계기를 공용함으로써 발생할 수 있는 통신회산간의 간섭을 피하기 위해 여러가지 방식을 사용하는데, 주로 주파수 분할다원접속방식, 시분할다원접속방식을 채택하고 있다.
 

월드컵 중계에 이용

위성통신의 서비스 내용을 요약해 보면 △기존의 음성(전화)서비스 △월드컵 축구와 같은 스포츠 세계 각국에서 발생하는 뉴스와 사건 등의 TV중계를 포함하여 56~64Kbps급 이상의 고속 데이터전송 △전자우편, 사진전송 등의 고속팩시밀리 △음성과 데이터정보를 동시 또는 순차적으로 전송할 수 있다. 즉 한 회선을 이용해 여러 종류의 데이터 단말기에 접속이 가능하며 서비스의 다양화와 고속화를 추진, 경비절감의 효과가 나타난다는 것. 뿐만 아니라 국제 디지털 전용회선 서비스(일명IBS)는 에러 발생률이 1억분에 1정도로 고품질이다.

몇년 전 당시 신기술인 광통신기술에 밀려 위성통신은 사양길이라고 예상됐으나 오히려 그후 해마다 급성장을 하고 있어 향후 몇년간 공급이 수요를 따르지 못할 것으로 예측되고 있다.

따라서 컴퓨터 및 소자기술의 발달과 함께 급속한 디지털 통신망의 확산이 이뤄지고 있다. 이와함께 위성증폭기의 용량 증대와 지구국 안테나의 소형화가 추구되어 이용자의 부담이 줄어들고 있는 추세다. 앞으로 위성에 스위치 보드를 탑재, 공중에 떠 있는 극초단파 중계기 역할에서 교환센터로 기능을 바꾸어 위성상호간 통신도 가능해질 전망이다.

우리는 전 세계를 잇는 국제통신의 60% 이상이 위성통신 방식을 이용하고 있다는 사실을 명심하고 신기술 개발에 투자를 아끼지 말아야 하겠다.