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by 투자하는 아재 Feb 01. 2023

미래의 언어 6G

"스타링크"로 본 일런 머스크의 꿈

반갑습니다~~

투자하는 아재입니다.

과거 저의 글에서 4차 산업의 핵심 트리거가 될 4가지 기술 중 1. [반도체]는 미래의 "육체", 2. [통신, 6G]는 미래의 "언어", 3. [양자 컴퓨팅]은 미래의 "두뇌", 4. [보안]은 미래의"갑옷"이라 논한 바 있습니다.

그중에서 오늘의 주제는 미래의 언어인 통신, 즉 6G에 대해서 이야기해 보도록 하겠습니다.

우리가 사용하는 통신망은 크게 "유무선 인터넷"과 "위성 통신망"으로 나눌 수 있습니다.

기존의 "유무선 인터넷"은 가격이 저렴하고 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있습니다. 하지만 도심을 벗어난 외곽지역에선 신호가 잘 잡히지 않는다는 단점이 있습니다. 이를 보완하는 것이 서비스 지역이 넓은 "위성 통신망"입니다. 하지만 "위성 통신망"은 통신속도가 너무 느리다는 한계가 있습니다.

[6G의 정의]는 무엇일까요?

우리가 흔히 말하는 5세대 이동통신(5G)의 다음 단계의 기술로 인공위성을 이용한다는 특징이 있습니다. 6G는 5G 이동통신 최대 속도 초당 20 Gbps보다 5배 빠른 속도인 100기가 비트(100 Gbps) 이상의 전송속도를 구현할 것으로 예상됩니다. 이동통신 발전 속도를 고려하면 2026년에 기술 시연, 28년에 상용화가 이루어질 것으로 예상됩니다. 6G의 상용화는 4차 산업의 본격적인 확대에 대한 트리거가 될 것이라고 생각됩니다.

개인적으로 본격적인 4차 산업이 개화기를 2027년 이후로 생각하는 이유 중 하나가 6G의 상용화가 트리거 중 하나로 작용할 것이라 생각하기 때문입니다.

[6G의 특징, 장점]

1. 위성 통신 시스템 도입

기지국을 활용했던 5G 이하의 기술과는 달리 6G부터는 인공위성을 사용하게 됩니다. 따라서 그동안 기지국을 활용했던 일반적인 이동통신의 사각지대로 여겨졌던 해상과 항공등의 지리적 장애를 극복하여 자유로운 통신이 가능해집니다. 더욱이 해외에서 로밍이 필요 없게 되며, 수중 통신이 가능할 뿐만 아니라 자연재해의 영향을 받지 않습니다.

2. 전송속도(1 테라비트급(1 Tbps))

5G의 기가비트급(Gbps) 속도보다 훨씬 더 빠르며 영화 한 편을 다운로드하는데 몇 초밖에 걸리지 않는다고 합니다. 1 Tbps는 1초에 1조 비트의 데이터를 전송할 수 있는 속도로 이론적으로 5G 이동통신 최대 속도 초당 20 Gbps보다 50배 빠른 속도를 말합니다. 초기 6G는 100기가 비트(100 Gbps) 이상의 전송속도를 구현될 것으로 예상되는바 점진적인 발전을 이루어 1 Tbps에 근접하는 속도의 성장을 이룰 것으로 예상해 볼 수 있습니다.

3. 짧은 전송 지연

5G보다 전송 지연이 무선 기준 0.1ms로 낮아집니다.

4. 넓은 서비스 거리

최대 10km까지 서비스 지역 거리가 확대됩니다.

5. 높은 신뢰성

5G의 보안 취약을 감안하여 기본적으로 강력한 보안기술이 적용됩니다.

6G의 핵심은 "위성 통신 시스템(Satellite Communication System)"입니다.

그렇기에 최근 우주항공 관련 기업에 대한 투자자들의 관심과 기대가 투자로 이어지는 것은 당연한 일인 것으로 보입니다.

위성 통신 시스템(Satellite Communication System)에 대하여 세부적으로 알아보겠습니다. 아래의 설명은 "저궤도 위성통신" 시스템이 아닌 일반적인 "정지궤도 위성"시스템에 대한 내용입니다.

일반적으로 인공위성을 이용하여 이동통신 서비스를 제공하는 시스템을 말합니다. 우선적으로 인공위성을 쏘아 올려야 하기 때문에 비용과 기술적인 측면에서의 진입 장벽이 매우 높습니다. 사실상 6세대 이동통신(6G)의 핵심 요소기술 중 하나입니다. 2020년대 테슬라의 CEO로 유명한 일론 머스크는 SpaceX의 스타링크(저궤도 위성) 서비스 품질을 혁신적으로 개선하고 가격까지 크게 낮춰 인기를 얻고 있습니다.(물론, 아직 일반통신(5G)에 비해 가격이 비쌉니다. 뒤에 세부적으로 언급하겠습니다.)

대한민국 누리호 발사 장면

1) 장점

일반 무선 통신을 사용할 수 없는 지역이나 해상에서도 사용이 가능합니다. 그렇기에 원양 선박 등 특수 목적으로 주로 이용되고 있습니다. 또한 지리적 장애를 극복할 수 있으며 수중이나 전쟁등의 지상의 자연재해에 영향을 받지 않습니다.

2) 단점

일반 무선통신보다 요금이 훨씬 비쌉니다. 데이터 통신 속도가 느리고 불안정하며, 지연시간이 매우 깁니다. 빠르게 이동하거나 휴대하기 위해 안테나를 접어 버리면 전파가 끊어져 버려 사용할 수 없게 됩니다. 따라서 휴대용 위성 전화의 경우 사실상 발신 전용입니다.(항공기나 선박용 위성 전화는 알아서 위성 쪽으로 전파를 발신하기 때문에 이동하면서 사용이 가능) 시설 후 유지보수의 어려움이 있고 위성의 수명이 짧습니다. 또한 단위면적당 대역폭이 제한되어 인구밀도가 높은 대도시에서는 위성 통신이 유선 광역 통신망을 대체하는 것이 사실상 불가능합니다.

- 국내 항공사인 대한항공과 아시아나 등에서 기내 위성전화 서비스를 운영하는데 요금이 분당 12달러(한화 15,000원)입니다.

# 현재 서비스되고 있는 위성휴대통신 시스템은 [스타링크], [이리듐 계획], [글로벌스타], [투라야], [INMARSAT] 등과 iPhone과 같은 스마트폰에 장착하여 사용할 수 있는 외장형 위성통신 모듈인 [Thuraya SatSleeve]가 있습니다.

-[Thuraya SatSleeve]의 외장형 위성통신 모듈은 대한민국의 [AP위성통신]이 제조합니다.

SpaceX는 올해(23년) 2분기 한국에서 "스타링크"(저궤도 위성시스템) 서비스를 시작할 것이라 합니다.

현재 "기간통신사업자 등록"을 진행 중에 있으며, 국경 간 공급 협정 승인을 거치게 되면 글로벌 망 사업자로는 최초로 국내에 진입하게 됩니다.

업계에선 국내 파급력이 당장은 크지 않을 것으로 보고 있습니다. 서비스 가격이 월 15만 원 내외이고 별도의 위성 통신안테나의 가격이 70~80만 원으로 기존 통신망에 비해 비쌉니다. 또한 국내에 깔려있는 광케이블(5G) 보다 통신속도가 느리다는 단점이 있기 때문입니다. 다만 항공과 선반등 위성 통신시스템의 수요가 많은 곳에선 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 생각됩니다. 일부 4차 산업 중 도심항공(UAM), 자율 주행(운항선, 전기차) 등과 같은 첨단 산업 및 6G 시장에서의 주도권을 빼앗 길 수 있다는 우려 어린 시선도 있습니다. 또 다른 글로벌 강자 "원웹(OneWeb)도 한국 진출을 예고하여 "저궤도 위성통신"의 경쟁이 치열해진 상황입니다. 국내 통신업체들은 위성끼리의 전파 혼간섭이 일어날 수 있을 것으로 적적한 규제 마련이 필요하다고 이야기하고 있습니다. 삼성전자도 아이폰 14시리즈를 시작으로 한 위성통신 시스템을 올해부터 갤럭시에도 위성통신 기능을 탑재합니다.

[스타링크]는 무엇일까요?(세부적으로 살펴봅시다)

- 일론 머스크의 우주 탐사기업 SpaceX에서 서비스 중인 위성 인터넷 사업을 말합니다. 전 세계 인터넷 보급을 목적으로 하고 있습니다.

일론 머스크는 그동안의 위성통신망의 단점인 속도가 매우 느리고(불안정), 서비스 가격이 비싼 것을 해결하기 위해 두 가지 방법을 고안해 냈습니다.(과거보다 싸졌지만 아직 비싸고 느리다)

1. 물리적 통신 높이를 낮추어 통신 속도를 높였습니다.
-일반적인 통신위성이 고도 36,000km(정지 궤도, 지구의 자전 고려)인 것에 비해, 스타링크의 위성은 340km ~ 1,100km으로 우리는 이것을 저궤도 통신위성이라 부릅니다. 하지만 저궤도 위성을 활용한다는 것은 위성 하나가 담당할 수 있는 범위가 줄어드는 것을 의미하게 됩니다. 일론 머스크는 그것을 아래의 2번의 방법으로 해결하고 있습니다.

2. 위성의 개수를 많이 늘려 서비스 가능 지역을 크게 늘렸습니다.(2027년까지 12,000개)
- 이에 스타링크는 저궤도 위성이 가지는 단점을 극복하고 기존 일반 위성(정지궤도) 통신이 닿지 않는 곳에서도 서비스가 가능하여, 전쟁이나 통신대란 등의 유사시에 요긴하게 사용될 수 있었습니다. 러우 전쟁에서 일론 머스크가 우크라이나에게 스타링크 서비스를 제공해 주어 반전의 바탕이 된 것이 좋은 예라 할 수 있겠습니다.

물론, 기존 일반 통신망에 비해 아직 비용이나 속도면에서 부족함이 있기에 한국처럼 대도심 지역이 많은 지역에서는 스타링크의 효율성이 크진 않겠지만 기존 일반 통신 인프라가 닿지 않는 낙후된 지역에서는 스타링크가 유일한 통신망입니다.

스타링크(저궤도 위성)의 문제점(환경)

현재 스타링크가 상공에 쏘아 올린 위성수는 2,000개로 2027년까지 12,000개를 목표로 하고 있습니다. 이로 인하여 "우주 쓰레기"와 "빛 공해" 문제가 대두되고 있습니다.

우주 쓰레기는 지구 궤도를 돌지만 이용할 수 없는 모든 인공 물체를 말합니다.

작동하지 않는 인공위성, 로켓 본체, 로켓에서 분리된 페어링과 부스터, 부서진 우주선의 파편, 우주 비행사가 작업 도중 떨어트린 공구나 부품 등입니다. 우주탐사선과 인공위성이 수명이 다하거나 고장 등으로 기능을 수행하지 못할 때 대기권에 진입시켜 불타도록 하지만, 통제가 되지 않아 우주에 떠 있는 우주 쓰레기의 양은 증가할 수밖에 없습니다. 우주에서 작동하는 인공위성이나 유인 우주선을 포함한 국제우주정거장(International Space Station, ISS)과 충돌하면 시설에 피해를 줄 뿐 아니라 우주인의 생명도 위협할 수 있기 때문에 국제 문제가 되고 있습니다. 2017년에는 미국 국방부 산하 고등연구계획국(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)이 '국제 우주쓰레기 처리 회의'를 개최해서 우주쓰레기의 효율적 제거 방안에 대한 아이디어를 모으기도 했습니다.)

위험성

1978년 케슬러는 우주쓰레기가 다른 위성과 충돌하면 파편이 생겨 또 다른 우주쓰레기가 되고, 이것이 연쇄반응을 일으켜서 결국 궤도 전체가 우주쓰레기로 가득 찰 것이라고 주장했습니다. "케슬러 신드롬"이라는 큰 반향을 일으켰는데, 이렇게 되면 인공위성 사용이 어려워지고 우주로 진출하려는 유인우주선의 운용에 심각한 어려움이 예상되기 때문입니다. 2006년 NASA 과학자에 의하면 인간이 더 이상 우주로 인공위성을 발사하지 않더라도 2055년 이후 우주쓰레기의 수가 자가 증식할 것으로 예측되기도 하였습니다. 2011년 미국 국립연구회는 저궤도(고도 2000km 미만) 중 일부는 임계 밀도를 넘어 서로 충돌하여 그 양이 더욱 증가할 것이라고 경고했습니다. 고도 2000km 미만인 곳에서는 우주쓰레기 파편의 밀도가 유성체(meteoroids) 보다 높다고 합니다. 우주쓰레기의 궤도 속도는 초속 7.9km - 11.2km이다. 속도가 빠르기 때문에 작은 페인트 조각 정도의 충격량은 지상에서 250㎏ 물체가 시속 100km로 충돌하는 것과 비슷한 수준이라 합니다.

실제로 1996년에는 프랑스가 쏜 소형위성 써리스(Cerise)의 안테나가 1986년 폭발한 아리안-1의 부스터와 충돌해 손상을 입었습니다. 국제우주정거장은 우주쓰레기와 충돌을 피하기 위해 회피 기동을 수차례 하였고, 2011년에는 승무원 6명이 소유즈 탈출 캡슐로 피신해 비상 탈출 준비를 하기도 했습니다. 2014 년 1 월 현재 국제우주정거장이 궤도에 올랐던 15 년 동안 16 차례의 회피기동이 있었습니다. 2006년 러시아의 Ekspress AM11 통신위성은 미확인 물체와 충돌해 작동 불능 상태에 빠졌습니다. 2007년 중국의 인공위성 미사일 요결 실험 결과로 만들어진 파편을 피해 NASA의 테라 위성이 파편을 피하는 회피 기동을 하였습니다. 2015년에는 우리나라 과학기술위성 3호가 우주쓰레기와 1km 차이로 충돌을 피한 적이 있습니다. NASA의 우주 왕복선 연구자들에 의하면 우주쓰레기에 의한 위험성이 왕복선에 대한 전반적인 위험 요소의 절반 정도를 차지한다고 합니다.

감시와 추적

라이다(lidar) 같은 레이더와 광학 망원경이 우주에 떠도는 물체를 감시하는 데 사용됩니다. 크기가 10 cm보다 작은 것은 정확도가 떨어지지만 경우에 따라 1cm 정도의 우주 파편도 추적이 가능합니다. '우주 감시 네트워크'(Space Surveillance Network, SSN)는 미국 전략사령부(U.S. Strategic Command, USSTRATCOM) 산하 합동우주운영센터(Joint Space Operations Center, JSpOC)에서 운용합니다. 이 시스템은 고성능 우주감시 레이더 26대와 지름 2m 이상의 대형 우주감시 망원경 3대로 지름 10cm가 넘는 우주 쓰레기를 파악합니다. 러시아의 우주 감시 시스템(Space Surveillance System, SSS) 등은 약 10cm 이상의 비교적 큰 파편들을 목록화하여 상시 감시를 하고 있습니다.

우리나라에서는 2010년 12월부터 천문연구원(Korea Astronomy & Space Science Institute, KASI)이 우주위험감시센터를 운영하고 있습니다. 인공위성과 그 궤도를 감시하고 지구근접천체(Near-Earth object, NEO)의 충돌 예측 및 대책 마련을 위해 ‘우주물체 전자광학 감시체계 기술 개발 사업(Optical Wide-field Patrol, OWL)을 수행 중입니다.(아래 그림 참조) 우주위험감시센터는 해외 관측소 5곳에서 이루어지는 관측 일정 관리, 데이터 수집, 정보 분석의 운영을 총괄합니다.

우주위험감시센터가 운용하는 우주물체 전자광학 감시체계 네트워크

"스타링크"는

"4차 산업을 선도하며 글로벌 정보 격차를 해결할 '구원자'가 될지 우주 환경을 위협하는 '파괴자'가 될지" 아직 판단하기 이르지만

"개선해야 할 점은 환경적이나 기술적으로 분명해 보입니다."

이와 관련하여 한국의 윤대통령이 지난 23일 용산 청사에서 일런 머스크와 화상 면담을 실시하였습니다.

윤석열 대통령이 23일(23년 1월) 용산 대통령실 청사에서 일론 머스크(Elon Musk) 미국 테슬라·스페이스X CEO와 화상 면담

이날 면담은 윤 대통령과 일런 머스크와의 글로벌 기술 혁신에 대한 의견을 교환하고 전기차 생산과 관련한 한국 투자 방안을 구체적으로 논의하기 위해 이루어 졌다고 합니다.

29일 스마트폰 업계에 따르면, 애플과 화웨이가 스마트폰 위성 통신 구조 기능을 도입했고, 삼성전자도 이르면 다음 주 공개 예정인 갤럭시 S23 시리즈에 이 기능을 탑재할 것으로 알려졌습니다.

퀄컴은 올해 초 CES 2023에서 스냅드래곤 8, 2세대 기반 위성통신 기술 스냅드래곤 '새틀라이트'를 공개했습니다. 퀄컴의 스냅드래곤 8, 2세대 칩을 탑재하는 스마트폰은 위성통신이 가능해지게 됩니다. 삼성전자는 그동안 자체 생산 칩인 엑시노스와 퀄컴 스냅드래곤의 AP를 교차 적용해 왔습니다. 하지만 엑시노스 2200을 탑재한 갤럭시 S22 시리즈에서 발열과 성능저하(GOS) 이슈 등 논란이 발생하자 갤럭시 S23 시리즈부터 전량 퀄컴 스냅드래곤 AP를 적용할 것으로 알려졌습니다.

이로써, 글로벌 1, 2위 스마트폰에 모두 위성통신 기능이 생기게 됩니다.

애플이 지난해 아이폰 14 시리즈부터 탑재한 저궤도 위성통신 시스템을 활용한 긴급 SOS의 충돌감지 기능은 말 그대로 충돌이 감지되면 자동으로 구조요청이 되는 것으로, 통신이 터지지 않는 곳에서도 위성통신으로 메시지가 전송됩니다. 지난해에는 미국에서 절벽 아래로 추락한 운전자가 통신이 터지지 않는 상황에서 이 기능으로 자동 구조 메시지가 전송돼 구조된 일화도 있었습니다. 이후 스마트폰 위성통신 기능에 대한 관심이 높아졌습니다.

도심 지역이 많고 기존 통신망의 의존도가 높은 대한민국

한국에서 올해 2분기부터 시작될 스타링크(저궤도 위성통신 시스템)는 수익보다는 이제 곧 상용화될 6G의 성능 및 효과를 시험할 수 있는 테스트베드로 한국을 선택한 것으로 볼 수 있을 것입니다.

6G는 지상 기지국과 저궤도 위성 간 연결이 중요하기 때문에 "통신 인프라 구축이 잘되어 있는 한국"을 선택한 것일 수 있습니다.

이에 이동 통신 3사와 삼성전자와 LG전자 등 국내 대기업은 앞다퉈 6G 시대를 준비하고 있습니다. 6G는 지상의 통신 기지국과 저궤도 위성간 협업이 필요한 기술로 저궤도 위성에 관심이 모이는 이유입니다.

SK 텔레콤은 일본의 NTT 도모코와 'ICT(Information and Communication Technologies, 정보기술과 통신기술의 총칭) 동맹'을 맺고 6G 기술 연구개발등의 협력을 추진 중에 있습니다.

2019년 1월 28일, KAIST와 LG전자가 6세대 이동통신(6G) 연구센터를 공동설립했습니다. 초대 센터장은 KAIST 조동호 교수가 임명되었습니다.

삼성전자 DX 부문장인 한종희 부회장은 삼성전자 멕시코 사협 현황 논의한 자리에서 "2030년 엑스포에선 6G 등 첨단 기술이 활용될 수 있도록 할 것"이라며 부산 엑스포 유치 당위성을 설파하였습니다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 테라헤르츠(THz) 대역 주파수를 이용한 초고속 무선 백 홀 시스템 개발(전 세계를 연결하는 통신네트워크)에 착수했습니다. THz 주파수는 100 GHz~10 THz 사이 대역으로 ETRI는 200 GHz 대역에서 통신 가능한 기술을 개발함을 목적으로 하고 있습니다. THz 주파수로 100 Gbps 무선 통신 기술을 개발하는 건 국내 최초입니다.

현재 미국과 중국, 유럽 등의 글로벌 강국들은 5G 이동통신 다음 세대 기술인 6G 핵심기술 선점 경쟁에 돌입했습니다.

코로나(COVID-19) 여파로 정보통신기술(ICT) 경쟁력 고도화가 더욱 중요해졌습니다.

대한민국 윤정부는 이 같은 상황에서 디지털 뉴딜을 위한 이동통신 인프라 구축을 통한 기술 선점이 중요하다고 보고 21년 4월부터 향후 5년간 총 2147억 원 규모의 6G 핵심기술 개발사업 예비타당성 조사를 최종 완료했습니다.
또한 과학기술정보통신부는 2024년부터 2030년까지 7년간 1조 원을 들여 6G 기술과 장비 및 부품 등을 개발하고 상용화를 준비할 계획입니다.

세부적으로

과학기술정보통신부는 6G 핵심기술개발사업을 통해 저궤도 위성통신 기술개발 등 민간이 적극적으로 투자하기 어려운 분야에서 기술 개발을 중점 추진 중에 있습니다. 2021년부터 초성능·초대역 분야 108억 원, 초공간 분야 23억 원, 초정밀·초지능 분야 33억 원 들 총 11개 세부과제에 164억 원을 지원중에 있습니다. 또한, 특허청과 협력해 구축한 표준특허 전략맵을 바탕으로 표준특허 확보 가능성이 높은 기술을 집중 발굴하고 기업·기관에 R&D 비용과 표준특허 확보전략을 패키지로 지원중에 있습니다. 추가로 6G 기초연구 강화와 전문인재 양성을 위한 대학 중심의 6G 연구센터를 선정·지원합니다.