톰 크루즈와 카메론 디아즈 주연의 영화 ‘나잇앤데이(2010)’에서는 톰 크루즈와 함께 절해 고도로 피신한 카메론 디아즈가 휴대폰으로 육지에서 걸려온 전화를 받는다. 그리고나선 이 신호를 추적해 온 세력의 공격을 받게 된다. 한번 더 생각해 보면 그녀가 전화를 받는 것은 지극히 비현실적이다. 바다 위에 점점이 기지국이라도 세워뒀단 말인가. 태풍에 조난당한 먼 바다의 선박들도 일반 휴대폰으로는 통신을 할 수 없는 게 상식이다. 그런데 평소 쓰던 휴대폰으로 육지에서 육지에서 걸려온 전화를 받았다니···그저 영화적 설정이랄 수 밖에 없다.

그러나 올해부터는 이런 상황이 점점더 말이 된다. 지구상의 누군가에게는 이 영화속 이야기가 현실이 된다. 평소 쓰던 일반 휴대폰으로 지구 저궤도(LEO) 통신 위성 신호를 받아 메시지 전달같은 간단한 긴급 구조요청 통신부터 시작할 수 있게 될 것으로 전망된다. 물론 이 서비스 사업자가 서비스하기로 맘먹은 지역에 국한된 얘기가 된다.

이미 알려졌다시피 지난해 9월 애플이 최신 아이폰으로 위성통신 서비스를 한다는 소식을 내놓으면서 전세계를 술렁이게 만들었다. 그같은 휴대폰을 사용한 위성통신 상용 서비스 경쟁이 본격적으로 펼쳐지는 게 바로 올해다. 사실 2023년 새해에 이 서비스를 시작할 계획을 진행중인 회사는 애플만이 아니고, 애플이 처음도 아니다.

다수의 업체들이 올해 안에 기존 휴대폰으로 위성통신까지 할 수 있는 서비스를 계획하고 있다. 애플보다 한달 앞서 스페이스X와 미국2위 이통사업자 T모바일도 제휴해 이 분야에 참여하겠다고 선언했다. 야심찬 위성통신 스타트업인 ‘AST 스페이스 모바일’과 ‘링크 글로벌(Lynk Global)’도 지구저궤도(LEO)에서 지상 통신기지국 도달 범위 밖에 있는 5G 휴대폰에 신호가 도달하도록 설계된 새로운 위성 네트워크를 구축하고 있다.

분명 올해는 누군가가 위성통신 전용 전화기 대신 자신의 휴대폰으로 그대로 우주를 통해 지구 저편으로 문자 메시지를 보내는 시대를 여는 역사적 한 해가 될 것이다.

룩셈부르크 대학의 시그콤 연구 그룹 책임자인 시메온 차치노타스는 “(이 사업자들이 말하듯)스마트폰을 수정하지 않고 직접 인공위성 접속 서비스를 제공하면 전 세계 수십억 대의 기기가 접속하게 될 것이다”라고 말한다. 다소 과장스럽지만 수요가 있다는 얘기다.

휴대폰으로 직접 연결하는 위성통신 서비스가 누구에게 어떤 혜택을 주게 될지, 서비스 경쟁 업체들은 누구인지, 어떤 내용으로 준비중인지, 언제 음성이나 영상까지 보편적 서비스를 하게 될지, 어떤 장애물을 넘어야 하는지 등 애플의 비상 SOS 아이폰 서비스를 계기로 올해 이목을 끄는 휴대폰 우주통신에 대해 살펴봤다. IEEE 스펙트럼·더버지·스페이스 뉴스를 참고했다.

①미국 스타트업이 쏘아올린 작은 위성

②애플 휴대폰 통신 야망, 우주로 뻗쳤다

③통신·위성 거인들이 움직이기 시작했다

거인들 잇단 참여···대부분 다수에 소용량 서비스부터 시작

지난해 3분기 애플, 스페이스X, T모바일 등이 말그대로 ‘지구상 어디에서나’ 휴대폰으로 위성통신을 하는 아이디어를 전세계에 홍보하면서 많은 사람들을 기대감에 부풀게 했다.

그러나 첫 서비스는 그렇게 매끄럽지 않을 것으로 전망되고 있다.

애플의 경우 초기에는 저궤도보다 더 높은 궤도에 있는 오래된 글로벌 스타 인공위성에 연결할 것이며, 연결을 설정하는 데 10분 이상 걸릴 수 있다는 전망이 나온다.

현재 위성 문자 메시지 서비스를 광고하고 있는 링크 글로벌과 같은 지구저궤도(LEO) 위성 네트워크조차도 아직 음성이나 영상 통화에 필요한 대용량 링크를 약속하지는 않고 있다. 찰스 밀러 링크 글로벌 최고경영자(CEO)는 경쟁사들의 야심찬 광고 캠페인에 개의치 않는다. 그는 “이는 사람들이 더 많은 것을 원하게 만들 뿐이다”라고 말했다.

이와관련, 대다수 사업자들이 초기 서비스 시에는 다수의 사용자들에게 소용량 메시징 서비스부터 시작할 가능성에 대해 무게를 두면서 점차 음성, 영상서비스로 확대해 나가게 될 것으로 보인다.

진출 봇물 배경···송수신 안테나·SW기술 기술 발전에 경제적 위성제조 및 로켓 발사

이러한 새로운 서비스는 현재 성숙 단계에 있는 몇 가지 기술 발전 덕분에 가능해졌다.

무엇보다도 기술발전에 따른 위성 제조 비용의 감소와 위성 크기 자체가 축소되면서 과거보다 더 많은 위성을 경제적 가격으로 만들 수 있다는 점을 빼놓을 수 없다.

그들 중에는 각 위성들이 지구상 300~600km 사이의 더 적은 지면을 커버하는 저궤도를 돌도록 계획하는 경우도 있다. 지구에 더 가까운 이 위성들은 더 적은 전력을 가진 휴대폰들이 위성에 도달할 수 있게 한다.

또 다른 개선은 소프트웨어(SW) 정의 라디오다. 이는 위성에서 실행되는 SW에 의해 변조되는 다양한 파장으로 송수신하는 칩을 말한다. 과거에는 서로 다른 넓은 범위의 파장을 송수신하는 데 별도의 하드웨어(HW)가 필요했다. 이젠 디지털 신호 처리(DSP)를 통해 이 칩들은 복잡한 HW 어레이의 작업을 수행할 수 있게 됐다.

찰스 밀러 링크 글로벌 CEO는 “SW 정의 라디오(SDR)는 단계 별 어레이 안테나가 국가 간 전환 시 주파수 호핑(주파수 도약)을 수행할 수 있다는 것을 의미한다”고 설명했다. 이 기술은 더 적은 공간에 더 많은 안테나 기능을 탑재할 수 있게 해 준다. 주파수 도약은 펄스화된 반송파를 어떤 특정 주파수 대역 내에서 주기적으로, 또는 계속 이동하면서 송신하고 사용중인 주파수가 전파방해를 받을 때 방해받지 않은 주파수로 송신하는 기법이다. 링크 글로벌은 상대적으로 작은 1㎡ 면적의 안테나로 시작하지만 향후 위성에 더 크고 더 효과적인 안테나를 설치할 계획이다.

스콧 위스니에프스키 AST 스페이스 모바일 최고 전략 책임자(CSO)는 더 큰 안테나가 AST 전략의 큰 부분이라며 “우리는 그것이 저전력, 저강도 신호 휴대폰과 통신하는 데 매우 중요하다고 생각한다”고 말했다.

AST는 최대 약 400㎡의 안테나를 배치할 계획이며, 이는 LEO에서 가장 큰 상용 통신 어레이가 될 것이다.

이같은 서비스 계획이 진전됨에 따라 특정 국가에 사는 사람들에게 올해는 더 이상 휴대폰이 서비스되지 않는 것을 고민할 필요가 없는 해가 될 것으로 보인다.

아직 어떤 나라에서 먼저 이 서비스가 이뤄질지 확인하지 않았지만 미국처럼 광대한 영토를 가지면서도 통신 오지가 있는 나라인 캐나다와 미국이 우선 순위인 것만은 틀림없는 사실이다.

한편 휴대폰 통신위성 탑재 안테나 어레이의 크기는 안테나 반사력을 더 높게 만들면서 천문학자들 사이에서 우려를 불러일으키고 있다. 스타링크가 계획한 인공위성 별자리가 이미 천문학자들 사이에서 우주를 관찰하는 능력을 방해하면서 불만을 불러일으켰다. 스카이앤 텔레스코프 지는 지난해 9월호에서 전문 천문학자와 아마추어 천문학자 모두에게 증가하는 위성의 자리를 관측해 간섭 현상을 기록할 것을 요청했다. 전문 천문학 협회들은 이 문제에 대해 미국 정부 기관들과 의회에 로비를 벌였으며 지난해 5월에는 스페이스X 관계자들과 만나 스타링크 위성들을 시각적으로 0.5 등급만큼 밝게 한 변화에 대해 논의했다.

초기 휴대폰 위성통신 신호지연 불가피

그럼에도 불구하고 휴대폰으로 지구궤도 상의 인공위성과 통신하는 것은 훨씬 더 큰 신호 지연으로 인해 까다롭다.

위스니에프스키는 “휴대폰의 모든 것은 5~10밀리초(1밀리=1,000분의1) 정도의 시간 동기화를 중심으로 구축된다. 그것은 400m 떨어져 있는, 심지어 4.8km나 떨어진 기지국에서도 잘 작동하지만 궤도에는 적합하지 않다”고 말했다.

이에따라 AST는 노키아, 라쿠텐과 함께 위성 신호를 더 오래 기다리는 방법을 핵심 네트워크에 알려주는 HW 솔루션을 개발하고 있다.

스페이스X에서 촉발된 우주로켓 재사용에 따른 발사 비용 저감 노력도 이같은 휴대폰 우주통신 분야에 큰 영향을 미치는 요인이 되고 있다.

제프 베이조스의 블루 오리진, 볼 에어로스페이스와 같은 다른 회사들처럼 스페이스X는 우주 배달을 더 일상적이고 저렴하게 만들어 우주 배달 속도를 높이고 있는 혁신적인 우주선을 설계하고 제작하고 있다.

중국 화웨이는 지난해 9월 애플이 아이폰14으로 이머전시 SOS 기능을 사용할 수 있게 하겠다고 발표하기 하루 전 자사 주력 휴대폰 메이트 50 시리즈가 중국정부의 위성항법시스템 베이더우를 이용해 좌표를 보내는 기능이 가능해졌다고 발표했다.

각사 서비스 기술과 일정은?

지금까지 이 사업체 참여하겠다고 밝혔거나 사업을 진행중인 업체는 크게 4개 연합군, 또는 개별회사로 좁혀지고 있다. 4개 군은 ▲애플(휴대폰)과 글로벌 스타(인공위성)의 느슨한 연합 ▲스페이스X(로멧 인공위성)와 T모바일(미국 2위 이통사)의 강한 연합 ▲링크 글로벌(위성,통신SW)과 제휴 이통사 군 ▲AST스페이스 모바일과 제휴이통사 군이 포진하고 있다.

각 경쟁업체는 우주 기반 통신 서비스에 대해 서로 다른 접근 방식을 취하고 있다.

①링크 글로벌(Lynk Global, 이전 ‘유비쿼티 링크’)

링크 글로벌은 스페이스X와 T모바일 제휴 및 애플과 글로벌 스타 제휴에 앞서 일반 휴대폰으로 직접 위성통신 서비스를 받도록 하는 것을 목표로 위성을 개발해 온 첫 번째 회사로서 2017년 설림된 회사다.

지난해 말 기준으로 23개 이통사와 올해 안에 휴대폰 위성통신 상용화 서비스를 시작하기로 합의했다고 밝혔다. 일이 계획대로 진행된다면 올해 봄까지 이통사업자 파트너들에게 상업적 서비스를 제공할 것이다.

링크 글로벌은 올해 네트워크에 대한 초기 상용 서비스를 시작할 것을 기대하고 있다.

인공위성을 우주로 쏘아 올리기 위해 필요한 엄청난 물리적, 재정적, 규제적 노력을 감안할 때 이 사업에는 놀라운 수의 참가자들이 있다.

링크 글로벌은 일반 휴대폰으로 작동하는 세계적인 비상 통신 네트워크를 구축하려고 시도하기 시작한 최초의 회사로서 2020년 위성 테스트 동안 우주에서 문자를 보낸 최초의 회사가 됐다고 밝히고 있다.

②AST 스페이스모바일

AST스페이스 모바일은 링크 글로벌과 같은 해인 2017년 설립된 회사다. 스페이스X와 T모바일 제휴 및 애플과 글로벌 스타 제휴에 앞서 일반 휴대폰으로 직접 위성통신 서비스를 받도록 하는 것을 목표로 위성을 개발해 온 또다른 회사다.

AST 스페이스 모바일은 올연말 첫 번째 상용 휴대폰 우주통신 위성을 배치 및 운영할 수 있을 것으로 예상하고 있다. AST 스페이스 모바일의 블루워커 3 시제품 위성은 지난해 9월 발사됐다.

이 회사는 지난해 약 64㎡ 크기의 어레이를 갖춘 블루 워커3 위성을 성공적으로 발사했다.

아벨 아벨란 AST 스페이스 모바일 CEO는 올연말 첫 상용 휴대폰 통신위성 5기를 발사할 계획이며, 전 세계 25개 이상의 통신사와 계약 또는 양해각서를 교환했고 2024년 상용화 운영 계획이라고도 밝혔다.

스콧 위스니에프스키 AST 스페이스 모바일 최고 전략 책임자(CSO)는 “그동안 네트워크 운영자들은 쭉 ‘어떻게 이것이 가능한가?’라고 물어왔다”고 말했다. 그는 이어 “최근 그 질문은 어떻게 이걸 가장 잘 쓸 수 있을까’, ‘언제 쓸 수 있을까’, ‘각 시장별로 가장 좋은 시장 전략은 무엇인가’에 대한 것이 되고 있다”고 밝혔다.

AST 스페이스 모바일은 자사가 위성을 추가함에 따라 서비스를 늘려가는 것은 이통사업자들에 달려있다고 했다. 즉, 많은 사용자들에게 문자 메시지 또는 음성 전용 통화를 위해 소량씩 대역폭을 마케팅할지, 아니면 선택된 사용자들에게 데이터 집약적인 서비스를 제공할지가 정하는 것은 파트너인 이통망사업자(MNO)들의 몫이 될 것이라는 것이다.

AST 프로젝트와 또 다른 회사인 링크글로벌은 4G, 5G, 그리고 언젠가 6G 셀룰러 신호를 기존 어떤 4G 휴대폰과도 호환되도록 하기 위해 일반 안테나보다 큰 위성 전용 네트워크를 사용할 준비를 하고 있다.

규제당국의 승인이 임박했다고 가정할 때, 이 기술은 먼저 적도 지역에서 작동하고, 이들 제공자들이 위성 군을 확장해 감에 따라 더 많은 지구 전역에서 작동할 것이다.

③애플

애플은 글로벌 스타가 한때 메시징 서비스를 제공했던 기존 위성 통신 주파수 대역을 사용해 서비스한다. 하지만 별도의 위성전묭 휴대폰을 구입할 필요가 없이 사용할 수 있다.

새로운 칩을 장착한 주력 아이폰14를 통해 구형 통신위성을 얼마나 활용할 수 있는지 테스트하고 있다. 글로벌 스타와 느슨한 연합군을 형성하고 있다.

④스페이스X와 T모바일, “2023년말 첫 메시지 베타 서비스”

지난해 8월 25일 T모바일과 스페이스X의 휴대폰 위성통신 사업 제휴 발표는 “세계가 유일하게 계획된 우주 기반 셀룰러 광대역통신망인 스페이스 모바일의 거대한 시장 기회에 관심을 집중하는 데 도움이 됐다.

두 회사는 발표대로 스페이스X의 스타링크 위성 2세대 위성군을 통해 자체 메시징 및 제한된 데이터 서비스를 제공할 계획이다.

이에따라 T모바일은 올해 스페이스X의 스타링크 광대역 위성을 사용해 미국 내 기지국의 손이 닿지 않는 곳에 있는 휴대폰에 연결할 계획이다.

머스크에 따르면 이 서비스는 1,000~2,000건의 동시 음성 통화, 또는 수십만 건의 문자 메시지를 가능케 하며 “아마도 2~4메가비트(Mbps)의 서비스 용량을 제공”할 수 있게 될 것이다. 그러나 이 용량은 매우 넓은 영역에 걸쳐 분산된다.

이를 위해 업그레이드된 스타링크 위성은 미국 전역의 이른 바 ‘모바일 데드 존(통화 불가 지역)’에 서비스를 제공하는 것을 목표로 표준 휴대폰에 직접 연결된다.

마이크 시버트 T-모바일 CEO는 “처음에는 메시지와 사진으로만 제한되는 베타 서비스가 “이르면 2023년 말에 시작될 수 있으며, 음성 및 데이터 기능은 나중에 지정되지 않은 시기에 제공될 것”이라고 말했다.

T모바일은 스페이스X와의 제휴의 일환으로 휴대폰을 사용할 수 있는 미국의 전국적 주파수 일부를 제공하며, 스페이스 X는 약 25㎡ 크기의 안테나를 사용하는 2세대 스타링크 위성에서는 휴대폰으로 주파수를 전송하게 된다.

일론 머스크 스페이스X CEO는 “스타링크 V2 위성은 너무 커서 스페이스X가 현재 세대의 스타링크를 발사하기 위해 사용해 온 팰컨 9 로켓에 실을 수 없다”며 “지구 저궤도용으로 개발중인 초강력 리프트 스타십 로켓이 필요하다”고 말했다. 그는 스타십 프로그램이 예상보다 훨씬 길어진다면, 초기에는 팰컨 9에 맞도록 2세대 위성인 ‘스타링크 V2 미니’의 크기를 줄이는 것을 고려하고 있다고 말했다. 머스크는 작아진 스타링크 V2 위성이 휴대폰과 직접 통신 연결을 할 수 있을 정도로 큰 안테나를 갖출 것인지에 대해선 구체적으로 언급하지 않았다.

스페이스X는 지난해 8월 19일 미연방통신위(FCC)에 보낸 서한에서 스타링크 V2에 팰컨 9 로켓과 스타십 로켓을 이 사업용으로 함께 사용할 계획을 처음 공개했다.

다만 스페이스X와 T모바일이 제휴에 따른 계획을 실행에 옮기기 위해선 규제 장애를 넘어서야 한다. 지난 6월 미국 연방항공청(FAA)은 스페이스X가 스타십을 텍사스 시험장에서 궤도로 발사하기 전에 환경 영향을 완화하기 위한 수십 가지 조치를 이행해야 한다고 밝혔다. 또한 스페이스X는 자사가 제안한 2세대 인공위성군에서 3만개의 스타링크 V2 위성을 운영하기 위해 여전히 규제당국의 허가를 받아야 한다.

이들의 제안 방식은 미국의 이전 PCS 밴드에서 작동하게 된다. 스페이스X는 AST 및 링크 글로벌과 마찬가지로 국가별로 주파수에 대한 접근을 협상해야 한다.

이들은 애플, 글로벌 스타 연합군과 함께 가장 주목받는 동맹이다. 두 회사 간 제휴는 스타트업 AST 스페이스 모바일과 링크 글로벌을 혼란에 빠뜨릴 수 있기 때문이다.

스페이스 뉴스는 머스크가 “우리는 규제 승인에 의해 제약을 받는다”고 말했다면서 “비록 서비스 향상시점까지 지연이 있겠지만 기술 관점에서 이 회사의 휴대폰 위성통신 직통 서비스는 충분한 크기의 안테나가 있는 궤도상의 소수의 스타링크만 있어도 작동할 것”이라고 서비스를 긍적으로 평가했다.

머스크는 “이 서비스는 특히 도시와 교외 지역의 기지국들을 대체할 수 없다. 그들은 우리가 여기서 말하는 것보다 확실히 우월할 것이기 때문이다. 이 서비스는 정말로 현재 통신서비스가 완전히 죽은 지역에 대한 기본 보장을 제공하기 위한 것이다”라고 말했다.

시버트 T모바일 CEO는 “그들의 휴대폰 직통 서비스는 이밖에도 기지국이 자연재해나 다른 수단에 의해 파괴될 경우에 대비해 셀기지국을 위한 중복 계층을 만들 것”이라고 말했다. T모바일은 아직 제품을 발표할 준비가 되지 않았지만, 그는 회사가 “가장 인기 있는 모바일 요금제에 위성통신 전국 커버리지를 무료로 포함할 것으로 기대한다”고 말했다. 그는 이를 포함하지 않은 저가 요금제에 대해 "우리의 포부는 오늘날 위성 통신 서비스가 부과하는 월 서비스 요금보다 훨씬 낮은 월정액을 부과하는 것“이라고 말했다.

시버트 CEO는 또 “두 회사는 애플과 같은 메시징 앱 제공업체들에게 아이메시지 서비스를 통해 그들을 신속(right out the gate) 서비스에 서비스에 포함시킬 계획이라고 말했다.

두 회사는 또한 상호 로밍 제휴를 맺기 위해 국제 이동통신사들과 제휴를 모색하고 있다.

시버트 T모바일 CEO는 ”외국 이통사가 자국 내에서 로밍 제휴에 참여할 수 있는 적절한 주파수를 찾을 수 있다면, 이 회사는 미국 내 고객들에게 자국 방문시 동일한 기능을 제공하는 대가로 미국 내 어디를 여행하든 통신 연결 상태를 유지할 수 있다“고 말했다.

AST와 링크는 지금까지 투자자들에게 그들의 각국 이동통신사 파트너들이 사용당 또는 하루당 요금을 부과할 것으로 예상한다고 말했다. 하지만 T모바일은 자사의 기존 서비스에 1,900 메가헤르츠(MHz) 범위의 위성 메시징을 포함할 계획이라고 발표했다.

캘리포니아 멘로 파크에 있는 팀 파라 어소시에이츠의 통신 컨설턴트 팀 파라는 T모바일-스타링크 제휴 발표는 AST와 링크의 제안을 “어떤 면에서는 지지하는 것”이며, “다른 면에서는 큰 위협”이라고 말한다.

한편 아마존도 그들의 카이퍼 프로젝트를 갖고 있지만 지금까지 알려진 바에 따르면 그 시스템에 대한 합의는 인터넷을 휴대폰에 직접 보내는 것이 아니라 지상 기지국에 보내는 방식이다.

또 중국 통신 장비 및 스마트폰 대기업인 화웨이는 지난해 9월 6일 애플의 이머전시 SOS 기능 발표일 하루전 자사 주력 제품인 메이트 50 시리즈가 위성 통신을 통한 문자 메시지를 지원할 것이라고 말했다. 이 기능은 중국 자체 항법위성인 베이더우위성을 이용해 좌표를 송신하는 기능이다.

넘어야 할 규제 장벽 많다···애플 경쟁사, 2024년 이전 상용화 가능성 낮아

이같은 움직임에 대해 통신 컨설턴트인 팀 파라는 “규제 당국(FCC)은 우주로부터의 송출력 제한, 특히 국경을 넘는 간섭에 대한 우려에 대해 결정하지 않았다. 지금까지 생각하지 못했던 규제 문제들이 산더미처럼 쌓여 있다”고 지적했다.

지금까지 정부 기관들은 천문학자들에게 가장 큰 영향을 미치는 수천 개의 지구 저궤도 위성에 대한 면허를 발급했다. 인공위성 군이 자리를 잡아가기 시작했음에도 위성 통신 회사들은 여전히 큰 규제의 위험에 노출돼 있다. 파라 컨설턴트는 “규제 당국은 우주로부터의 송출력 제한, 특히 국경을 넘는 간섭현상에 대한 우려에 대해 결정을 내리지 않았다. 지금까지 생각하지 못한 규제 문제가 많이 있다”고 말했다.

파라 컨설턴트는 “사용자들의 협조는 이 서비스가 대중 시장의 사용을 유치할 것인지 또는 사람들이 이 서비스에 상당한 금액을 지불할 의향이 있는지에 대한 가장 중요한 측면이라고 생각한다”고 말했다.

한편 IEEE스펙트럼은 발목이 삐끗한 등산객에게 위성이 지나갈 때 연결하는 데 시간이 좀 걸리고 서비스가 중단되는 메시지 서비스가 없는 것보다는 나을 수 있지만, 초기의 우주 기반 휴대폰은 해상에서 영상 통화를 원활하게 연결할 수 있는 방법은 아닐 것이라고 지적한다.