엑시노스 모뎀 5400: 비지상 네트워크(NTN)의 성능 활용

비지상 네트워크(NTN)의 이해

일상생활을 하다 보면 건물이나 타워 꼭대기에 설치된 안테나 및 기타 유형의 네트워킹 장비를 쉽게 볼 수 있다. 이는 지상 네트워크 (terrestrial networks)의 근본적인 통신 지점인 기지국의 주요 지표로, 스마트폰 등의 기기가 무선으로 연결될 수 있도록 한다. 반면 이러한 전통적인 연결 방식에서 벗어난 비지상 네트워크 (non-terrestrial networks)는 위성, 드론 또는 하늘에 띄워진 기타 플랫폼을 사용한다.

위성은 지상국의 한계가 없어 GPS, 해외 방송, 기상 관측, 장거리 통신 등의 용도로 널리 사용되어 왔다. 위성 기반 비지상 네트워크는 사막이나 바다와 같이 지상 네트워크가 도달할 수 없는 원격 위치에서 통신을 가능하게 하며, 재해나 분쟁으로 인해 지상 네트워크가 중단되더라도 계속 작동할 수 있어 안정성이 향상된다는 이점도 있다. 하지만 기존의 위성 기반 네트워크는 위성 연결용으로 특별히 제작된 전화기에만 호환되었기 때문에 사용자가 별도의 위성 전화기를 휴대해야 하는 불편함을 겪었다.

그러나 통신 기술은 멈추지 않고 발전해 왔다. 새 우주 시대가 도래하였고,¹ 이제 스마트폰을 통해 위성 연결을 실용적인 방법으로 활용할 수 있게 되었다. 특히 민간 기업들이 우주 통신 개발에 뛰어들면서 긴급 구조용 위성 통신과 재사용이 가능한 위성 발사체 등이 등장하고 있다. 이러한 발전들을 통해 엑시노스 모뎀이 주도하고 있는 비지상 네트워크는 통신 기술의 혁신으로 더욱 주목받고 있다.

비지상 네트워크(NTN)의 이점

탄탄하게 구축된 지상 네트워크가 있는 장소에서는 셀룰러 연결이 훨씬 더 쉬운 반면, 외진 산악 지대에서는 연결이 어려운 편이다. 일명 ‘사각지대’라고도 부르는 신호가 없는 지역에서는 사용자가 다른 사람들과 연락을 주고 받기 힘들다.

예를 들어, 옐로스톤 국립공원이나 고비 사막의 일부 지역에서는 지상 네트워크가 온전히 작동하지 않을 수 있다. 만약 오지나 폭풍 속에 조난된 와중에 통신 신호가 잡히지 않는다면 어떨까? 바로 이때가 비지상 네트워크가 필요한 순간이다. 비지상 네트워크를 통하면 이러한 상황에서도 통신을 주고 받을 수 있는데, 이는 이 기술이 지상 네트워크의 한계를 극복하고 어떤 환경에서도 안정적인 통신을 유지하기 위해 개발되었기 때문이다.

비지상 네트워크는 한 국가가 새로운 통신 기술을 도입해야 하는데 지상 네트워크에 투자할 자본이 부족한 경우에 특히 유용하다. 신규 네트워크 구축에는 많은 인프라가 준비되어야 하는데, 비지상 네트워크는 더 넓은 범위의 연결을 제공할 뿐만 아니라 더 저렴한 비용으로 구축될 수 있다. 신속성 또한 뛰어나다. 이는 해당 국가의 거의 모든 지역이 즉시 커버리지 범위에 포함될 수 있음을 뜻한다. 이러한 이점으로 인해 지상 네트워크에서 비지상 네트워크로의 전환이 점점 더 주목받고 있다.

비지상 네트워크는 일상적인 통신 뿐만 아니라, 재난이나 분쟁이 발생하여 지상 네트워크를 사용할 수 없게 되는 상황에서도 매우 중요한 역할을 한다. 특히 지진이 발생하면 지상 네트워크의 기지국이 쉽게 손상될 수 있고, 이는 통신 네트워크의 마비로 이어진다. 재난 발생 시 가족 및 지인과 연락을 주고 받거나, 도움을 요청하거나, 중요한 대피 정보에 접근하는 것이 매우 중요한데, 이때 비지상 네트워크가 해결사가 될 수 있다. 

비지상 네트워크(NTN)의 유형

협대역 사물 인터넷 NTN(NB-IoT NTN): NB-IoT는 셀룰러 통신 대역을 이용해 다양한 기기와 서비스를 연결하기 위해 개발된 저전력, 광역 무선 기술 표준이다. 비지상 네트워크를 NB-IoT 프레임워크에 통합한 NB-IoT NTN은 원격 지역 혹은 접근하기 어려운 지역의 기기 및 센서에 연결을 제공할 수 있다. 현재는 주로 고궤도(HEO) 위성과 정지궤도(GEO) 위성을 사용하며, 향후에는 저궤도(LEO) 위성도 사용할 계획이다. 협대역(180kHz)을 활용하는 LTE 기반의 비지상 네트워크 기술이기도 하다.

NB-IoT를 비지상 네트워크와 통합하면 IoT 애플리케이션의 범위와 도달 범위가 향상되어 농촌이나 오지에서도 IoT 연결이 가능해진다. 이 조합은 다양한 산업 분야에서 IoT 서비스의 커버리지와 신뢰성을 확장하여, 수많은 응용 가능성을 가지고 있다.

5G 뉴 라디오 NTN(5G NR NTN): 5G NR 표준을 사용하는 5G NR NTN은 기존 NB-IoT NTN보다 더 빠른 데이터 속도, 더 낮은 지연 시간, 그리고 더 많은 용량을 제공한다. 또한 향상된 모바일 광대역 서비스 등의 다양한 애플리케이션을 지원하는 것을 목표로 하고 있다. 5G NR NTN에서는 정지궤도 위성이 지구에서 너무 멀리 떨어져 있어 광대역 신호를 처리할 수 없기 때문에 저궤도(LEO) 위성을 사용해야 한다.

레거시 LTE 위성 통신: 이미 저궤도 위성에 LTE 기지국 기능을 구현한 기업들이 있어, 위성에 기지국을 설치하여 레거시 LTE 네트워크를 활용하는 것도 가능하다. 이를 통해 기존 상용 디바이스에서 추가 업데이트 없이 위성 통신을 통해 문자를 주고받거나 인터넷에 접속할 수 있다. 저궤도 위성은 고정된 궤도를 따라 이동하므로 기기와 위성 사이의 채널을 미리 예측할 수 있다.

장거리와 도플러 편이로 인해 지연이 발생하지만,² 이러한 문제는 사전에 보상받을 수 있으며,³ 기기가 마치 지상 네트워크를 사용하는 것처럼 통신할 수 있다. 물론 실 사용에서는 전송 지연, 위성 간 통신 시간, 위성-게이트웨이 데이터 전송 시간 등의 문제로 인해 지원되는 서비스 유형에 제한이 있을 수 있다. 그러나 저궤도 위성의 저렴한 비용으로 인해 많은 수의 위성이 지구의 모든 영역을 포괄하게 되면 이러한 서비스의 가용성과 활용도가 높아질 것으로 예상된다.

비지상 네트워크(NTN) 기술을 선도하는 엑시노스 모뎀

삼성전자 시스템 LSI 사업부는 5G NTN 표준 기반의 위성 기술을 개발하여 엑시노스 모뎀 레퍼런스 플랫폼과 저궤도 위성 간의 NR NTN 통신을 성공적으로 실현했다. 2023년 모바일 월드 콩그레스(MWC)에서 삼성전자는 모뎀 장비와 5G NTN 라이브 연결을 통한 양방향 SMS 문자 메시지 및 비디오 스트리밍을 보여주는 데모를 공개하며 차세대 무선통신의 리더십을 선보였다.

그 후 시스템 LSI 테크 데이 2023에서는 단일 칩셋으로 NB-IoT NTN과 5G NR NTN을 모두 지원하는 엑시노스 모뎀 5400을 출시했다. 이와 함께 지상 네트워크 수신이 불가능한 레드우드 국립공원 일부 지역에서 촬영된 NB-IoT NTN 라이브 시연 영상을 공개하며, 위성을 통한 양방향 문자 전송이 실 생활에서도 성공적으로 작동함을 보여주었다. 이는 엑시노스 모뎀이 통신 기술의 선도자로서 인프라가 부족한 지역에서도 더 많은 사람들이 통신에 접근할 수 있도록 기술 실현에 집중하고 있음을 분명히 하는 신호였다. 이러한 기술적 성과는 2024년에도 이어지며, 올해 2월에는 스카일로사와 공동으로 개발한 엑시노스 모뎀 5400 기반 레퍼런스 플랫폼이 NB-IoT NTN 칩셋으로 공식 인증되었다.

엑시노스 모뎀, 초연결의 비전을 실현하다

삼성전자 시스템 LSI 사업부는 통신 산업의 오랜 선구자이자 혁신가로서 비지상 네트워크 기술을 더욱 발전시키기 위해 매진하고 있다. 이를 위해 점점 더 빠른 속도로 더 많은 데이터를 주고받을 수 있는 NB-IoT NTN과 5G NR NTN 기술을 모두 개발하는데 집중하고 있다.

비지상 네트워크가 제공하는 이점 중 하나는 산봉우리부터 바다 한가운데까지 지구상 어디에서나 안정적으로 연결을 유지할 수 있는 유비쿼터스 커버리지다. 그리고 기존에는 일명 '사각지대'로 간주되었던 오지에서도 통신이 작동하기 때문에 긴급 구조 요청 등의 서비스를 이용할 수 있고 친지들과 실시간으로 소통할 수 있는 등 안정성이 향상된다. 올해 엑시노스 모뎀 5400이 NB-IoT NTN 칩셋으로 공식 인증됐기 때문에 사용자들은 이러한 안정성을 기반으로 한 혁신적인 서비스 및 어플리케이션을 활용할 수 있게 될 것이다. 마지막으로, 전통적인 위성 서비스와 관련된 막대한 비용이 발생하지 않아 보다 경쟁력 있는 가격으로 향상된 커버리지를 제공할 수 있다.

이러한 노력을 기반으로 소비자와 기업 모두에게 비용 효율적인 서비스를 가능케 하며, 안정적인 통신에 대한 접근성을 높일 수 있다. 궁극적으로 비지상 네트워크 개발은 기술적 역량을 향상시키는 것 이상의 역할을 하며 우리 모두의 사용자 경험을 크게 향상시킬 것이다.

_{¹ 지난 몇 년간 '새 우주 시대'라는 용어가 주목을 받고 있는데, 이는 상업적 목적의 우주 활동의 증가와 더불어 우주 탐사와 여행에 대한 관심이 다시 높아지고 있음을 뜻함.
² 5G NR NTN 및 레거시 LTE NTN에서 도플러 편이는 위성이 지구 궤도를 돌 때 위성과 사용자 사이의 상대적 움직임으로 인해 무선 신호 주파수가 변경되기 때문에 발생하며, 이로 인해 수신 신호의 주파수가 원래와 다르게 되어 신뢰성 및 품질이 저하됨.
³ 먼저 위성의 이동 경로와 속도를 고려하여 편이를 정확하게 예측하고, 전송되는 신호의 주파수를 미리 조정하여 수신된 신호를 원래의 주파수로 복원하여 정확한 통신을 가능하게 함.}