제3장
WIA-COMM-005(Satellite Internet Standard) v1.0.0은 위성 인터넷 시스템의 기술 프레임워크를 정의합니다. 대상은 LEO 군집(constellation), 위성 간 링크(ISL), 지상국 구조, 지연 시간 최적화입니다. 홍익인간(弘益人間)의 이념에 따라 외딴 지역, 농어촌, 해상, 항공 환경까지 인터넷 접근을 넓혀 디지털 격차를 줄이는 것을 목표로 합니다. 표준은 데이터 형식(Phase 1), API(Phase 2), 프로토콜(Phase 3), 통합(Phase 4)의 네 단계로 나뉩니다. 이 장에서는 네 단계를 한 번에 훑으며 각 단계가 어떤 문제를 맡는지 살펴봅니다.
표준이 다루는 범위는 궤도 구조와 군집 설계, 위성 간 통신, 지상국·게이트웨이, 사용자 단말, RF 링크 예산과 주파수 계획, 지연 시간 최적화, 핸드오버와 이동성 관리, 규제 준수와 우주 잔해 완화입니다. 본문에서 반복해서 쓰이는 용어는 다음과 같습니다.
이 절의 수식은 모두 표준 본문에 정의된 것입니다. 군집 설계, 링크 예산, 도플러, 핸드오버가 서로 어떻게 맞물리는지 보여 줍니다.
대표적인 LEO 구성은 고도 500~2,000 km, 궤도면 20~80개, 면당 위성 20~80기이며 전체 규모는 300기에서 4만 기 이상까지 걸칩니다. 고도 550 km 기준 궤도 주기는 약 95.6분입니다. 예시로 든 Starlink Phase 1은 72개 궤도면에 면당 22기, 총 1,584기이며 궤도면 간 위상각은 5°입니다. 위성은 궤도면 안에서 360° / satellites_per_plane 간격으로 균등하게 배치합니다.
링크 예산은 다음 관계로 계산합니다. 용량식의 SNR은 dB가 아니라 선형 값입니다.
EIRP (dBW) = Tx Power (dBW) + Antenna Gain (dBi) - Losses (dB)
Path Loss (dB) = 20 log10(d) + 20 log10(f) + 92.45 (d: km, f: GHz)
SNR (dB) = EIRP - Path Loss - Noise Figure + G/T
Capacity = Bandwidth × log2(1 + SNR)도플러 편이는 Δf = (v/c) × f₀ × cos(θ)로 계산합니다. 550 km LEO의 위성 속도는 7.59 km/s이고 28 GHz 반송파에서 최대 편이는 약 ±710 kHz입니다. 변화율은 대략 10~50 kHz/s이므로 단말은 연속적으로 추적해야 합니다. 위성 한 기가 보이는 시간은 t_visible = 2 × arccos(R_e / (R_e + h)) / ω로 구하며, LEO에서는 약 4~7분입니다. 최소 앙각은 보통 25~40°로 잡습니다.
표준은 시장 규모를 다루지 않고 궤도 계층별 서비스 포지셔닝을 정의합니다. 일반적으로 서비스 형태는 궤도 고도에 따른 지연 시간 차이에서 갈립니다.
| 궤도 | 고도 | 왕복 지연 | 주된 용도 |
|---|---|---|---|
| LEO | 500~2,000 km | 20~40 ms | 광대역, 실시간 응용 |
| MEO | 8,000~20,000 km(본문 기준) | 100~150 ms | 항법, 지역 광대역, LEO 백업 |
| GEO | 35,786 km | 500~600 ms | 방송(DTH), 기존 해상·항공, 기상, 비상 백업 |
현대 시스템은 이 계층을 섞어 씁니다. LEO가 저지연 사용자 접속을, MEO가 지역 커버리지 보완을, GEO가 방송과 백업을 맡는 구조입니다. 이 구성을 전제로 표준은 Starlink, OneWeb, Kuiper 방식의 LEO 군집을 모두 포괄하는 공통 규격을 지향합니다.
적용 환경은 외딴 지역, 농어촌, 해상, 항공입니다. 지상망이 닿기 어려운 곳에서 기존 GEO 위주 서비스를 저지연 LEO가 보완하는 구도입니다. 이를 지원하는 사용자 단말과 API는 다음과 같이 규정됩니다.
사용자 단말은 위상배열(phased-array) 안테나로 기계적 이동 없이 전자적으로 빔을 조향하며, 주사 범위는 천정 기준 ±60°입니다. 모뎀은 DVB-S2X 변조(QPSK~32APSK)와 LDPC 부호화를 사용합니다. 날씨에 따라 변조·부호율을 바꾸는 적응형 코딩·변조(ACM)의 예로, 맑은 날 32APSK 9/10은 500 Mbps, 약한 비에서 16APSK 3/4는 300 Mbps, 폭우에서 QPSK 1/2은 100 Mbps를 제시합니다.
Phase 2는 통합 개발자가 호출하는 엔드포인트를 정의합니다. 모든 엔드포인트는 /.well-known/wia-satellite-internet 디스커버리 규약을 따릅니다.
POST /satinternet/v1/terminal/register # 사용자 단말 등록
GET /satinternet/v1/coverage/{lat}/{lon} # 위치별 커버리지
POST /satinternet/v1/handover/request # 핸드오버 요청
GET /satinternet/v1/link/{id}/budget # 링크 예산 텔레메트리커버리지 엔드포인트는 가시 위성 목록과 예측 앙각, 예측 링크 품질, 다음 가시 구간을 돌려줍니다. 이 값은 단말 안테나 지향과 운영 대시보드의 입력이 됩니다. 활성 링크의 링크 예산 보고는 대개 분 단위로 이루어지므로 운영팀이 페이딩을 실시간으로 볼 수 있습니다.
Phase 3의 핸드오버는 세 단계로 진행됩니다.
유형은 같은 궤도면 내 이동(약 4~7분마다), 궤도면 간 이동(약 20~40분마다, 더 나은 SNR이 있을 때), 게이트웨이 간 이동(사용자에게 투명)으로 나뉩니다.
준수 사항은 주파수 조정, 국가별 인허가, 우주 잔해 완화로 나뉩니다.
ITU 무선통신규칙(Radio Regulations)에서는 Article 9(주파수 조정), Article 11(통보와 등록), Article 22(운용 절차)가 핵심입니다. 제출 절차는 발사 7년 전 사전 공표, 5년 전 조정 요청, 운용 개시 후 30일 이내 통보, ITU 마스터 등록부 기록 순입니다. 국가 단위로는 미국 FCC(NGSO 군집에 대한 Processing Round 방식과 이정표 요건), 영국 Ofcom, 일본 MIC, 한국 KCC, EU 회원국 규제기관의 허가가 필요합니다. 표준은 발행 문서(envelope)에 관할권 식별자를 실어 지역별 준수를 추적하게 합니다. 수출 통제로는 미국 ITAR와 바세나르 체제가 언급됩니다.
주파수는 LEO의 Ka 대역을 기본으로 합니다. 상향은 27.5~30.0 GHz, 하향은 17.7~20.2 GHz입니다. 간섭 완화는 직교 편파와 스폿 빔 주파수 재사용, 동적 스펙트럼 관리, GEO와의 공존(궤도호 ±2° 배제 구역, 이탈각 EIRP 제한)으로 이루어집니다.
잔해 완화에서는 LEO 위성이 임무 종료 후 25년 이내에 궤도를 이탈해야 합니다. 방법은 능동 이탈, 600 km 미만에서의 대기 항력을 이용한 수동 이탈, GEO의 묘지 궤도(300 km 이상 상승)입니다. 충돌 회피는 카탈로그(TLE)와의 일일 점검으로 하며, 충돌 확률이 10⁻⁴를 넘으면 경보를 내고 이격 거리가 1 km 미만이면 기동합니다. 설계 단계에서는 소멸 설계(design for demise)와 추진제 소진(passivation)을 적용합니다. 참고 규격은 ISO 24113, NASA Orbital Debris Mitigation Guidelines입니다.
첫 배치는 보통 한 지역에서 지상국 망과 초기 사용자 단말 물량으로 시작합니다. 설계 점검 순서는 다음과 같습니다.
성능 검증 기준은 링크 마진 3~6 dB(강우 감쇠와 지향 오차 반영), LEO 종단 간 RTT 40 ms 미만, 핸드오버 중단 100 ms 미만과 TCP 연결 유지, 포화 처리량 시험입니다. 지연 최적화는 ISL 우주 메시 라우팅(지상 홉을 피해 50~70% 감소), 게이트웨이 에지 컴퓨팅, TCP BBR·QUIC 같은 프로토콜 조정으로 접근합니다.
로드맵은 1.0.0에서 LEO·MEO·GEO를 안정화한 뒤, 1.1.x에서 군집 계층과 광 ISL 표준화를 추가하고, 1.2.x에서 TEE 내부의 기밀 위성 인터넷을 다룹니다. 2.0.0에서는 포스트 양자 서명을 도입하는 호환성 파괴 변경도 가능하다고 명시합니다. 기술 측면에서는 V 대역(최대 약 10 GHz 대역폭)이 고용량 서비스 후보로 꼽힙니다. 3GPP NTN 규격과의 접점도 표준이 참조하는 방향입니다.
이 장에서는 WIA-COMM-005를 네 단계로 정리했습니다. 먼저 군집 구조, 링크 예산, 도플러, 가시 시간이라는 수식 기반을 확인했습니다. 이어 LEO·MEO·GEO를 지연 시간으로 구분해 역할을 나누는 구도를 보았고, 단말 사양, 엔드포인트 네 개, 3단계 핸드오버 절차를 살폈습니다. 규제 면에서는 ITU 조정과 국가별 인허가, 25년 규칙을 포함한 잔해 완화가 준수의 핵심입니다. 구현 면에서는 링크 마진 3~6 dB, RTT 40 ms 미만, 핸드오버 중단 100 ms 미만이 검증 기준입니다. 다음 장에서는 이렇게 개관한 구성 요소를 바탕으로 개별 계층의 세부 규격으로 들어갑니다.