사막? 바다? 문제 없어! 인공위성과 내 모바일 기기를 바로 연결하는 차세대 통신기술 ‘NTN’ 개발자 인터뷰

한 순간도 쉬지 않고 계속되고 있는 차세대 반도체 기술 개발. 오늘 삼성전자 반도체 뉴스룸에서는 얼마 전 5G 기반 위성통신용 모뎀 국제표준기술 구현을 발표해 세상을 깜짝 놀라게 한 개발자 이야기를 전해드립니다.

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“오지에서도 5G 터진다”
삼성전자, 5G 기반 위성통신용 모뎀 국제표준기술 구현

지난 달 23일, 삼성전자 반도체는 모바일 기기와 인공위성을 연결하는 ‘5G 기반 비지상 네트워크(Non-Terrestrial Networks, 이하 NTN)’ 표준기술 구현 소식을 전해 세상을 깜짝 놀라게 했습니다. NTN은 지상 기지국이 아닌 인공위성과 직접 통신하는 기술로, 기존 지상 네트워크에서 발생했던 통신의 한계를 극복했다는 점이 가장 큰 특징입니다. 사막, 바다, 산 등과 같은 오지나 재난/재해 상황에서도 통신이 가능해 진 것이죠.

위성통신에 사용되는 인공위성은 고도에 따라 4G(LTE) 기반의 ‘정지궤도 위성’과 5G 기반의 ‘저궤도 위성‘이 있습니다. 고도 3만 6천km 대에 위치한 정지궤도 위성의 경우 고정 위성 기반으로 안정적으로 데이터를 주고받을 수 있지만, 좁은 대역폭으로 인해 대용량 데이터 전송은 어렵습니다.

비교적 낮은 고도의 저궤도 위성은 넓은 대역폭으로 5G 기반 대용량 데이터를 주고 받을 수 있는데요. 하지만 7.8km/s의 빠른 속도로 지구를 돌고 있어 주파수의 오류가 생깁니다. 이를 ‘도플러 효과’라고 하는데, 파동원(인공위성)과 관찰자(모바일 사용자)의 상대 속도에 따라 파장이 바뀌는 현상입니다.

삼성전자 반도체는 이를 해결하고자, 인공위성이 이동하는 위치를 정확하게 예측함으로써 파동을 동일하게 유지시켜 주파수 오류를 최소화하는 ‘도플러 천이 보상’ 기술을 개발했습니다.

또한, 3GPP(이동통신 표준화 기술협력기구) 최신 표준(릴리즈-17) 기술을 세계 최초로 구현했다는 것도 주목할 점입니다. 위성통신에 활용되는 핵심 모뎀 기술이기에, 표준 구현을 통해 시장에서 우위를 선점했다는 것이 큰 의미를 갖기 때문이죠.

실제 이 기술이 상용화된다면, 기지국과 멀리 떨어져 있는 곳에서도 사진, 영상 등 대용량 데이터의 양방향 송수신이 가능하게 되는데요. 기술을 개발한 주인공들을 만나 좀 더 자세한 이야기를 들어보았습니다.

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MISSION: 차세대 통신기술을 선점하라

“안녕하세요, S.LSI사업부 Modem개발팀 제희원, 김기일, 방종현, 그리고 CP S/W개발팀 정영훈 입니다. 3GPP 표준 기반 5G NTN 위성통신 기술은 네트워크 사업자, 위성사업자, 위성 발사 관련 업체 등 다양한 분야에서 시장 선점을 위해 노력하고 있는데요. Fast follower가 아닌 frontier로써 삼성전자 반도체가 도전하고 있다는 것에 자부심을 느끼고 있습니다.”

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불가능의 영역? 아직 발견하지 못했을 뿐!

“5G NTN의 가장 큰 어려움은 도플러 효과로 인한 신호 품질 저하였습니다. 빠른 속도로 지구를 돌고 있는 저궤도 위성과 지표면의 단말기 간 상대속도 때문에, 파장이 계속 바뀌고 이에 따라 오류가 생기는 것인데요. 저희는 여러 통신 프로토콜 및 알고리즘 개선을 통해 이를 해결하고자 했습니다. 그리고 ‘도플러 천이 보상‘ 기술이 개발되었죠.”

“도플러 천이 보상 기술은 단말기에서 위성 신호를 수신할 때에는 도플러 효과를 빠른 시간 안에 찾아 초기 접속 시간을 단축할 수 있도록 하고, 단말기에서 위성에 신호를 전송할 때에는 도플러 현상을 예측해 미리 보상 신호를 전송함으로써 왜곡을 최소화해주는 기술입니다. 5G NTN 기술은 엑시노스 모뎀 5300에 적용해 검증까지 마치며 표준 구현에 성공했는데요. 5G NTN에 이어 NB IoT NTN 표준기술도 구현해 나갈 계획입니다.”

“앞서 5G NTN은 저궤도 위성과의 통신이라고 말씀드렸는데요. NB-IoT NTN은 보다 높은 고도에 위치한 4G 기반의 정지궤도 위성과의 통신입니다.”

“두 기술의 가장 큰 차이점은 ‘대역폭’인데요. 5G NTN은 광대역을 이용하기에, 추후 웹 브라우징이나 실시간 영상서비스가 가능할 것으로 기대됩니다. NB IoT NTN은 대역폭이 좁아 낮은 데이터 전송만 지원하지만, 고정 위성과 통신하기 때문에 도달범위가 넓고 안정적인 특징이 있고요.”

“각각 타깃으로 하는 서비스가 다르기 때문에 둘 다 필요한 기술인데요. 서로 공존하면서 세계적으로 다양한 통신 서비스를 제공할 수 있도록 노력할 예정입니다. 얼마 전, 스페인에서 열린 ‘MWC 2023’에서 NTN 기술 시연을 진행했는데, 아주 핫한 반응을 얻기도 했죠.”

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표준=글로벌 기술진보

“최근 위성 통신 시장이 급변하고 있는데요. 현재는 여러 기술들이 경쟁하고 있지만, 결국 표준 기반의 통신 기술이 주도권을 가질 것으로 예측됩니다. 우리는 그 시장을 리드할 수 있는 가능성을 갖게 된 것이고요.”

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“이번 개발은 ‘협력’ 그 자체였죠”

세상엔 없던 기술로 새로운 시장을 만든 자랑스러운 주인공들. ‘이것‘이 없었다면 불가능했다고 입을 모아 말했습니다.

“5G NTN 기술은 Modem개발팀, CP SW개발팀, RF개발팀, 기획팀, 상품기획팀, 마케팅팀 등 S.LSI사업부 전체가 협력해서 얻은 결과이기에 더 값지게 느껴집니다. 특히, 위성통신 사업은 처음 도전해보는 분야라 내부 협력뿐만 아니라 외부 위성사업자, 위성 발사 업체, 장비사 등 정말 많은 분들의 도움도 필요했는데요. 이 자리를 빌려 개발에 함께 힘써준 모든 분들께 감사 인사를 전하고 싶어요.”

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World best & World first를 향해

앞으로 삼성전자 반도체가 개척해 나갈 위성통신 시장이 기대가 되는데요. 마지막으로, 개발진들이 전하고 싶은 메시지가 있다고 합니다.

“그동안 다양한 글로벌 기업에서 통신 음영지역에 무선 통신 서비스를 제공하려는 시도가 지속적으로 있었지만 다소 제한된 범위의 메시지나 긴급 구조 서비스 정도에 그쳤습니다. 삼성전자 반도체는 이에서 더 나아가고자 표준기술 기반의 더 넓은 대역폭을 활용한 서비스, 즉 5G NTN 표준에 대한 비전을 갖고 실제 개발까지 해낼 수 있게 되었습니다.”

표준 기반 기술을 구현한 만큼 개발진들은 이제부터가 진짜 시작이라고 말합니다. 2G부터 5G 시대까지 국내에서 세계로, 모뎀 개발의 최전선에서 쉼 없이 달려온 삼성전자 반도체의 기술이 지구를 넘어 우주에서도 빛을 펼칠 수 있도록 많은 응원과 관심 부탁드립니다.