최신 통신 패러다임은 지상기지국 중심 2차원 평면통신에서 공중·우주를 활용한 3차원 입체통신으로 전환되고 있다.
2차원 통신은 산간, 해양 등 기지국 구축이 어려운 환경에서 서비스가 제한되는 반면 3차원 통신은 사각지대 없이 언제 어디서나 빠른 서비스를 실현할 수 있다. 특히 전쟁, 재난 등으로 지상망이 마비돼도 안정적인 통신을 유지할 수 있다.
고도 200~2000㎞에서 데이터를 중계하는 6G 저궤도 위성은 3차원 통신의 핵심 인프라다. 미국 스페이스X의 ‘스타링크’가 대표적이다.
우리나라도 한국형 스타링크 구축을 위해 지난해 4월 국산 초소형 저궤도 위성 ‘네온샛 1호’를 발사하며 본격적인 망 구축을 준비 중이다.
6G 저궤도 위성통신 성능검증 표준 확립
한국표준과학연구원(KRISS, 이하 표준연)이 6G 저궤도 위성통신의 성능을 높은 신뢰성으로 검증할 수 있는 표준을 확립했다.
국산 6G 저궤도 위성통신이 성공하려면 통신품질을 정확히 측정하고 평가할 수 있는 표준이 필요하다.
그러나 우리나라는 독자적인 6G 저궤도 위성통신용 측정표준이 확립되지 않아 국내 개발 위성의 기술력을 신뢰성 있게 검증하기 어려웠다.
KRISS 전자파측정그룹 연구팀은 6G 저궤도 위성통신의 핵심 구성요소인 도파관(Waveguide)의 전자파 임피던스 측정표준을 개발했다.
도파관은 전자기파를 특정 경로로 전달하는 구조물로, 고주파를 손실 없이 전달할 수 있고 내구성도 뛰어나 위성 통신시스템의 신호전달 채널로 쓰인다.
연구팀은 도파관으로 전송할 수 있는 주파수대역 중 국산 초소형 저궤도 위성에 쓰이는 8~12㎓ X대역 임피던스 측정표준을 최우선 확립했다.
임피던스는 전자파가 진행할 때 받는 저항 정도로, 임피던스 측정표준을 기준 삼아 다양한 전자파 기기의 성능을 평가할 수 있다.
이를 위해 연구팀은 산업현장에서 흔히 사용되는 규격을 반영한 ’도파관 표준기‘ 형상을 수 ㎛ 정밀도로 측정했다.
이는 도파관 형상이 정확히 측정하지 않으면 임피던스를 정확히 계산할 수 없기 때문이다.
이때 국제단위계(SI)로부터 측정 소급성을 확보해 측정 일관성을 유지했다.
이어 연구팀은 임피던스를 측정하는 회로망분석기(VNA)에 도파관 표준기를 체결하고 0.01㏈ 이하 정밀도로 반복 측정했다.
0.01㏈은 10번을 측정할 때 데이터 간 차이가 0.1%인 수준으로, 여러 번 반복해도 측정 정확성 및 일관성이 매우 높은 수준으로 보장된다.
이를 통해 연구팀은 도파관 임피던스 측정에 사용한 회로망분석기를 자체 개발한 기술로 교정하고, 각 측정의 불확도를 산출하는 과정을 반복해 정밀한 측정표준을 확립했다.
이번 표준 개발은 국산 저궤도위성에 쓰이는 소자·부품의 기술 신뢰성을 한층 높인 것으로, 정확한 측정표준을 통해 위성 시제품 단계에서 신호세기, 지연시간, 전파손실 등 여러 성능 지표를 정량적으로 파악하고 이를 개선할 수 있다.
아울러 위성 부품에 필요한 통신출력을 사전에 정확히 파악하고 맞춤형으로 설계할 수 있어, 비용 절감과 개발기간 단축에도 기여할 전망이다.
이와 함께 연구팀은 이번에 개발한 측정표준을 산업현장에 보급하기 위한 도파관 임피던스 교정 기술도 함께 개발했다.
이에 따라 그간 임피던스 측정에 사용하는 회로망 분석기를 교정할 때 해외로 보내야 했던 시간·비용을 절감할 수 있게 됐다.
한편, 이번 연구성과는 지난 2월 국제학술지 ‘IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement(IF: 5.6)’에 게재됐다.
