제1장

소개

개요

1.1 표준의 목적과 범위

WIA-COMM-005는 위성 인터넷 시스템의 기술 프레임워크를 정의하는 표준입니다. 우주 기반 네트워크로 전 지구 광대역 접속을 제공하는 것이 목적입니다. 대상은 Starlink, OneWeb, Kuiper 계열의 저궤도(LEO) 군집, 중궤도(MEO) 시스템, 전통적인 정지궤도(GEO) 위성입니다. 현재 버전은 1.0.0이고 상태는 Active이며, 분류는 COMM(통신·네트워킹)입니다.

표준이 다루는 범위는 다음과 같습니다.

궤도 구조와 군집(constellation) 설계
위성 간 통신 프로토콜
지상국(ground station)과 게이트웨이 인프라
사용자 단말 규격
RF 링크 버짓과 주파수 계획
지연 시간 최적화 기법
핸드오버와 이동성 관리
규제 준수와 우주 파편(debris) 저감

이 표준은 홍익인간(弘益人間)의 이념을 내세웁니다. 원격지, 농촌, 해상, 항공 환경에도 인터넷 접속을 제공해 디지털 격차를 줄이겠다는 뜻입니다. 지상망이 닿지 않는 곳을 위성으로 채우는 일이 이 표준의 출발점입니다.

표준 문서는 네 개의 Phase로 나뉩니다. Phase 1은 데이터 형식(와이어 포맷 계약)을, Phase 2는 이를 HTTPS로 노출하는 API를 다룹니다. Phase 3은 신뢰 경계를 넘나드는 프로토콜 교환을, Phase 4는 더 넓은 생태계와의 통합을 다룹니다. 이 장은 Phase 1의 앞부분, 곧 용어와 궤도 구조, 위성 간 링크, 데이터 봉투(envelope)를 중심으로 전체 그림을 소개합니다.

1.2 용어와 주파수 대역

이후 장에서 쓰이는 핵심 용어는 Phase 1의 용어 절에서 정의됩니다.

용어	의미
LEO	Low Earth Orbit, 고도 500~2000 km
MEO	Medium Earth Orbit, 고도 2000~35,786 km
GEO	Geostationary Earth Orbit, 고도 35,786 km
ISL	Inter-Satellite Link, 위성 사이의 광 또는 RF 링크
EIRP	Effective Isotropic Radiated Power, 유효 등방 복사 전력
G/T	이득 대 잡음 온도 비(Gain-to-noise-temperature ratio)

표준이 다루는 주파수 대역은 다음과 같습니다.

대역	주파수 범위	주된 용도	대역폭
Ka-band	26.5~40 GHz	사용자 링크, 고용량	최대 3.5 GHz
Ku-band	12~18 GHz	레거시 시스템, 백업	최대 2 GHz
V-band	40~75 GHz	향후 고처리량	최대 10 GHz
Q/V-band	40~50 GHz	게이트웨이 피더 링크	최대 5 GHz

사용자 링크는 주로 Ka-band에서 운용하고, 게이트웨이 피더 링크에는 Q/V-band를 둡니다. 이렇게 용도별로 대역을 나누어 두면 주파수 조정과 링크 버짓 계산의 기준이 분명해집니다. 규제 측면에서는 ITU 전파규칙(Radio Regulations)과 궤도 파편 저감 요건을 준수 대상으로 명시합니다.

1.3 LEO 군집 구조와 가시성

LEO 군집은 500~2000 km 고도에서 낮은 지연과 전 지구 커버리지를 제공합니다. 표준이 제시하는 전형적인 구성은 아래와 같습니다.

Altitude: 550 km (Starlink), 600 km (OneWeb), 590 km (Kuiper)
Inclination: 53°, 70°, 87° (for different coverage patterns)
Orbital Planes: 20-80 planes
Satellites per Plane: 20-80 satellites
Total Satellites: 300-40,000+ satellites
Orbital Period: ~90-100 minutes

경사각(inclination)은 서비스 목적을 좌우합니다. 87~90°의 극궤도는 극지방을 포함한 전 지구를 덮으며 과학·군사·긴급 용도에 쓰입니다. 53~70°의 중위도 구성은 인구 밀집 지역에 맞춘 상업용 광대역에 적합합니다.

위성은 연속 커버리지를 위해 궤도면 전체에 균일하게 배치합니다. 위상각과 위성 간격은 다음 식으로 정합니다.

Phase Angle = 360° × (plane_number / total_planes)
Satellite Spacing = 360° / satellites_per_plane

Starlink Phase 1이 예시로 실려 있습니다. 궤도면 72개, 면당 위성 22기, 총 1,584기이며 궤도면 사이의 위상각은 5°입니다.

사용자가 위성을 볼 수 있는지는 최소 앙각(minimum elevation angle)이 결정합니다. 표준은 다음 관계식을 제시합니다.

cos(θ) = R_e / (R_e + h)

r = R_e × arccos[R_e × cos(θ) / (R_e + h)]

여기서 θ는 최소 앙각으로 보통 25~40°를 씁니다. R_e는 지구 반지름(6,371 km), h는 위성 고도입니다. 두 번째 식은 최소 앙각 조건에서의 커버리지 반경입니다. 같은 관계가 핸드오버 예측에도 쓰입니다. 핵심 개념 절에서는 t_handover = arccos(R_e / (R_e + h)) / ω로 다음 위성으로 넘어갈 시점을 구하며, ω는 위성의 각속도입니다. LEO 위성의 지상 대비 속도는 약 7.5 km/s에 이릅니다. 그래서 도플러 편이 Δf = (v/c) × f₀ 보상이 단말과 게이트웨이 모두에 필요합니다.

1.4 궤도 계층, 위성 간 링크, 하이브리드 구조

표준은 LEO만 다루지 않고 세 궤도 계층을 함께 조율하도록 설계되어 있습니다.

계층	고도	왕복 지연	대표 용도
LEO	500~2000 km	20~40 ms	광대역, 실시간 응용
MEO	8,000~20,000 km (구조 절 기준)	100~150 ms	GPS·Galileo·BeiDou 같은 항법, 지역 광대역, LEO 백업
GEO	35,786 km	500~600 ms	TV 방송·DTH, 기상 관측, 긴급 백업

MEO는 용어 절에서 2000~35,786 km로 넓게 정의하고, 아키텍처 절에서는 운용 고도를 8,000~20,000 km로 구체화합니다. GEO의 주기는 23시간 56분이며 전 지구 커버에는 3~5기가 필요합니다. 현대 시스템은 이 계층을 섞어 씁니다. LEO가 저지연 사용자 접속을, MEO가 지역 커버리지 보완을, GEO가 방송과 백업을 맡습니다.

위성 사이를 잇는 ISL은 광 방식과 RF 방식으로 나뉩니다.

광 ISL: 파장 1550 nm, 링크당 1~100 Gbps, 최대 5,000 km, 빔 발산각 <10 마이크로라디안입니다. RF 대비 10~100배의 대역폭을 내고, 주파수 면허가 필요 없으며 간섭이 적고 도청이 어렵다는 장점이 있습니다. 수신 전력은 P_rx = P_tx + G_tx + G_rx - L_space - L_point로 계산하며, L_point는 지향(pointing) 손실입니다.
RF ISL: Ka-band 23~27 GHz(100 Mbps~1 Gbps), V-band 60 GHz(1~10 Gbps), E-band 71~76 GHz를 씁니다.

ISL은 메시 토폴로지를 가능하게 합니다. 지상국 의존도가 줄고, 우주 공간에서 라우팅하므로 지연이 낮아지며, 복원력이 높아지고, 지상 인프라 없이도 전 지구 커버리지가 가능합니다. 라우팅 프로토콜로는 OSPF 기반 방식, 군집 간 라우팅용 BGP, 심우주용 DTN(Delay-Tolerant Networking)이 언급됩니다.

1.5 데이터 봉투 규약과 요약

Phase 1의 데이터 형식은 WIA 계열 공통 기준을 따릅니다. UTF-8 JSON을 쓰고, RFC 8785 정규화(canonicalisation)를 적용하며 식별자는 ULID입니다. 궤도 요소는 레거시 호환을 위해 TLE(Two-Line Element) 형식을 참조합니다. 고정밀 전파(propagation)에는 CCSDS 502.0-B의 OEM(Orbital Ephemeris Message)을 함께 씁니다. 군집 서술자(constellation descriptor)의 실제 예는 다음과 같습니다.

{
  "wia_satinternet_version": "1.0.0",
  "type": "constellation_descriptor",
  "constellation_id": "starlink-shell-1",
  "tier": "leo",
  "satellite_count": 1584,
  "altitude_km": 550,
  "inclination_deg": 53.0,
  "expected_minimum_elevation_deg": 25.0,
  "isl_capable": true,
  "first_launch_at": "2019-11-11T12:56:00Z",
  "operator_id": "did:wia:satinternet:operator-A"
}

tier는 leo, meo, geo 중 하나를 값으로 갖습니다. 앞 절의 궤도 파라미터와 앙각 기준이 이 필드들에 그대로 대응합니다.

ISL 레코드는 링크 양 끝점, 광 파장, 링크 속도(레이저 ISL은 보통 100 Gbps), 링크 품질 추정치를 담습니다. 위성 운영자가 서명하므로 소비자는 어느 군집이 해당 링크를 만들었는지 검증할 수 있습니다. 지상국 레코드에는 지상국 식별자, 지리적 위치, 지원 주파수 대역, 운용 상태가 들어갑니다. 사용자 단말 레코드에는 단말 식별자, 소유자, 지원 대역, 성능 모니터링용 최근 링크 지표가 들어갑니다.

이 장의 내용을 정리하면 다음과 같습니다.

표준은 LEO·MEO·GEO를 아우르며, 사용자 접속은 LEO, 보완과 백업은 MEO·GEO가 맡는 하이브리드 구성을 전제로 합니다.
LEO 군집은 고도, 경사각, 궤도면 수, 면당 위성 수, 위상각, 최소 앙각으로 서술합니다.
ISL은 광(1550 nm)과 RF로 나뉘며 우주 메시 라우팅의 기반이 됩니다.
이 모든 구조는 서명되는 JSON 봉투로 표현되어 운영자 간에 교환됩니다.

하위 호환 정책도 알아 둘 만합니다. 1.x 계열 안에서는 기존 봉투 형태와 엔드포인트를 제거할 수 없고 선택 필드만 추가할 수 있습니다. 파괴적 변경은 주 버전 상승과 12개월의 폐기 유예 기간을 거치며, 위원회 3분의 2 찬성이 필요합니다.

다음 장은 Phase 2로 넘어가 이 봉투를 실제로 주고받는 지상 쪽 구성 요소를 다룹니다. 게이트웨이 지상국(안테나 3~13 m, Ka-band 상·하향 링크)과 텔레포트 설계, 위상배열 안테나와 DVB-S2X 모뎀을 갖춘 사용자 단말을 봅니다. 이어서 하향·상향 링크 버짓을 단계별로 계산하며, 이 장에서 소개한 EIRP, G/T, 경로 손실 개념이 그 계산에 그대로 쓰입니다.