5G 및 그 이상을 위한 비지상파 네트워크 (NTN)

비지상파 네트워크는 낮은 지구 궤도 (LEO), 중간 지구 궤도 (MEO) 및 정지 궤도 (GEO)의 위성, 고고도 플랫폼 (HAPS) 및 드론을 포함하는 지구 표면 위에서 작동하는 무선 통신 시스템입니다. 몇 가지 위성 통신 용어를 정리하는 것부터 시작하겠습니다. NTN은 위성 통신의 한 형태이지만 군사, 국방, 연구, 프라이빗 항공 우주를 포함하는 광범위한 어플리케이션 세트의 일부일 뿐입니다. 이 백서에서 "NTN"이라는 용어는 다양한 상업용 무선 사용 사례 (브로드밴드 데이터 네트워크, 협대역 데이터 확장 (사물 인터넷[IoT]-NTN/SOS) 및 신흥 비지상파 셀룰러 네트워크)를 가리키며, 이는 NTN의 최근 개발 내용의 대부분을 포함합니다.

NTN이 특정 상업용 어플리케이션에 적합한지 여부는 NTN이 해결해야 하는 과제에 따라 달라집니다. 그리고 이러한 과제는 대부분 그것이 구현되는 위치와 인구 밀도 (그에 따른 기존 인프라)에 의존합니다. 예를 들어, 잘 발달된 지역에서는 사람과 디바이스를 더 넓은 셀룰러 네트워크에 연결하기 위해 NTN을 사용하지는 않겠지만, 대규모 IoT 디바이스에 대한 연결을 제공하거나 긴급상황에 연결을 제공할 수 있습니다.

^{표 1: 디바이스 위치별 NTN 사용 사례}

이러한 사용 사례 중 상당수에는 특정 어플리케이션의 요구사항을 최적화하기 위해 다양한 위성 궤도가 필요합니다. 궤도가 다양해지면 기술적 과제도 다양해지며, 성능 요구사항과 기능 요구사항이 상충할 수 있습니다. 예를 들어, 궤도가 멀수록 대기 시간이 더 길어지고 처리량이 낮아지며 더 많은 전원이 필요하지만 훨씬 더 넓은 표면적을 커버하여 가장 먼 위치에서 연결을 제공할 수 있습니다. 저대역폭 연결에서는 처리량이 적고 지연 시간이 길어도 괜찮지만, 낮은 지연 시간이 필요한 지속적인 UL 및 DL 트래픽 통신으로 수백 개의 동시 연결을 지원하는 네트워크에서는 문제가 생길 수 있습니다. LEO가 좋은 대안이 될 수 있지만, 광범위한 커버리지를 제공하려면 더 많은 위성이 필요하다는 단점이 있습니다. 다양한 궤도 유형은 테이블 2에 나와 있습니다.

^{표 2: 궤도 유형}

언뜻 보기에는 도플러 이동이 없고, 상대 속도가 제로이고, 수명이 길고, 영역 커버리지가 우수한 GEO가 매력적일 수 있습니다. 그러나 GEO는 지연과 경로 손실이 크며, MEO나 LEO보다 궤도 거리를 달성하는 데 위성당 훨씬 더 많은 비용이 듭니다. GEO는 궤도에 있는 모든 위성의 약 12퍼센트를 차지합니다. 또한, 대상으로 지정된 낮은 데이터 전송률/낮은 대역폭 IoT 사용 사례는 지연에 민감하지 않습니다.

MEO는 GEO와 LEO 사이이며 GPS 위성이 궤도를 도는 곳입니다. 관리가 가능하기는 하지만 도플러와 큰 경로 손실이 존재합니다. 일반적으로 GEO보다 저렴하지만 비용이 아직 너무 높아 상업적 용도에 적합하지 않습니다.

LEO는 GEO와 완전히 반대입니다. 도플러 이동이 크지만, 지연 시간은 훨씬 낮고 경로 손실은 모든 궤도 유형 중에서 가장 적으며, 위성 배치도 상대적으로 저렴합니다. 실제로 오늘날 발사되는 대부분의 위성은 LEO를 사용할 것이며 LEO는 많은 상업용 어플리케이션에 매력적인 특성을 가지고 있습니다. 상업적으로 상당한 관심을 받고 있지만 여전히 극복해야 할 기술적 과제가 많이 있으며 이에 대해서는 나중에 다룰 것입니다.

궤도 유형과 별도로 NTN 구현을 위해 고려해야 할 또 다른 요소는 작동 주파수입니다. 모든 주파수가 다양한 궤도 유형에 적합한 것은 아니며 특정 지역이나 국가의 규정에 따라 사용 가능한 것도 아닙니다. 이러한 이유로 NTN은 주파수를 L 밴드에서 Ka 밴드까지 확장할 수 있으며 잠재적으로 E 밴드까지 확장할 수 있습니다.

^{표 3: UL 및 DL에 대한 NTN 주파수 및 대역폭}

지상파 통신과 마찬가지로, 변조 방식, 안테나, RF 트랜시버 등은 저주파와 mmWave 사이에서 크게 달라질 수 있습니다. 표 3에서 NTN 주파수는 광범위하지만 왕복 시간이 길기 때문에 NTN은 FDD로만 작동한다는 점에 주목할 가치가 있습니다.

이 표에는 모든 종류의 위성 통신에 사용되는 주파수가 요약되어 있지만, 3GPP는 표준화된 상업용 무선 어플리케이션에 사용할 밴드 세트를 제안했습니다.

^{표 4: NTN 통신용 3GPP 제안 밴드}

비지상파 네트워크 (NTN)는 위성 통신 초창기부터 존재했습니다. GPS, 위성 TV, 전용 위성 통신 장비, 군사 및 국방 어플리케이션 등을 통해 상호 연결된 위성 네트워크로 전세계를 연결한다는 개념은 꽤 오랜 시간 동안 입증되고 유지되어 왔습니다. 하지만 제대로 사용하기 위해서는 고도의 인프라, 전문 RF 기술 및 전용 시스템이 필요해 복잡하고 비용도 많이 들었습니다. 이러한 이유로 최근까지 상용화는 불가능했습니다.

NTN은 상업적 영역에서 변곡점에 와있습니다. 3GPP는 Rel-15까지 NTN에 관한 표준이나 연구를 제공했고, 이제 Rel-17 및 Rel-18 (5G 어드밴스드)에서 5G NTN 표준이 실사용 영역에 있어 상당한 모멘텀과 관심을 얻고 있습니다. 많은 셀룰러 사용자 장비 (UE)가 몇 가지 형태의 NTN 기능으로 사용할 수 있으며, 상업 및 국방 분야에서 사용이 증가함에 따라 운영 비용이 더욱 절감되고 있습니다. 궤도에 무언가를 올리는데 드는 킬로그램당 비용은 지난 수십 년 동안 대폭 감소했으며, 이제 통신 장비는 더 가벼워진 반면에 더 많은 기능을 탑재해 위성 통신 공급망의 일부를 이루는 셀 통신망 사업자, UE 제조업체, 위성군 사업자 및 대부분의 영리 기업 및 방산업체로부터 상당한 관심을 끌었습니다.

^{그림 1: 1 kg 페이로드를 LEO로 보내는 비용은 지난 20년 동안 100배 감소}

킬로그램당 비용이 더 낮아지고 기능은 더 많아진 덕분에 상업용 우주 시장의 현실성이 훨씬 높아졌습니다. 1960년대에는 1킬로그램을 저궤도 (LEO)로 보내는 비용이 약 10,000달러(USD)였습니다. 2006년까지 이 수치는 1,000달러였으며, 일부의 예측에 따르면 향후 수십 년 동안 kg당 약 50달러가 될 것으로 예상됩니다.¹ 이러한 감소폭은 약 60년 내에 200배나 감소한 것과 같습니다. 칩셋과 반도체가 더 작아지면서 동시에 더 강력해짐에 따라 동일한 기능을 위성에 통합하는 비용은 훨씬 많이 떨어질 것입니다.

우주 상업화에 영향을 미치는 또 다른 요인은 궤도에 발사되는 위성의 개수입니다. 규모의 경제가 갖는 효과가 나타나기 시작하면서 매년 더 많은 위성이 발사되고 있습니다. 설계, 생산, 유지 관리 등의 측면에서 보자면 위성이 더 많아질수록 좋습니다. 총 비용이 분산되어 단위당 비용이 낮아지기 때문입니다.

^{그림 2: 연도별 활성 위성 개수}

NTN 기술은 향후 수십 년간 성장이 예상되기 때문에 이러한 상업화를 촉진하는 데 도움이 될 것입니다. 시장 성장 추정치에 따르면 2030년까지 400억 달러 이상까지 증가할 것으로 예상합니다.²

^{그림 3: 2030년까지 추정되는 NTN 시장의 규모}

NTN 시장 내에서 많은 유형의 기업이 NTN 인프라의 공급망, 운영 및 개발에 참여하고 있습니다. 전문 지식과 주요 요구사항은 다양하지만 모두 우주의 상업화와 관련되어 있습니다. 이러한 관계는 구성요소, 하위 시스템 및 디바이스 수준 테스트가 수행되는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다.

다양하고 광범위한 NTN 시장을 단순화 및 요약하기 위해 NTN 사용 사례를 세 가지 항목으로 그룹화해 보겠습니다. 이러한 일반화가 모든 분야에 적용되는 것은 아니지만, 이를 통해 가장 일반적인 사용 사례를 논의하고 각 사용 사례를 요약해 볼 수 있습니다. 

브로드밴드 데이터 네트워크 – 이 분야에는 폐쇄형 네트워크에서 적절한 장비를 사용하는 프라이빗, 광대역 연결 제공업체가 포함됩니다. 이러한 네트워크에는 일반적으로 연결을 위한 전용 터미널 또는 지상 장비가 필요합니다.

협대역 데이터 확장 (IoT-NTN/SOS) – 이 그룹에는 더 많은 사용자에게 더 많은 서비스를 제공하는 기존 네트워크가 포함됩니다. 서비스는 기상학/기후학, 농업 데이터 수집, 인프라 모니터링, 원격 산업 장비 상태 및 오늘날 가장 관련성이 높은 사용 사례인 5G UE에 대한 긴급 (SOS) 연결 등 광범위한 지리적 영역에서 연결되는 대규모 데이터 기반 디바이스일 수 있습니다.

신흥 비지상파 셀룰러 네트워크 – 이 분야는 대규모 글로벌 통신 네트워크에서 음성 및 데이터 연결을 위해 안테나 또는 설계의 변경을 최소화하여 상업용 UE를 사용하는 것을 의미합니다.

이러한 카테고리에는 NTN 생태계의 전체 맥락에 영향을 미치는 특정 과제 (기술적, 운영적, 정치적 과제)가 포함됩니다. 후속 섹션에서 이에 대해 논의하겠습니다.

브로드밴드 데이터 네트워크

이 항목의 네트워크는 독점적 성격과 연결을 위한 특수한 독점 지상 터미널의 필요성이 특징입니다. 다양한 상업용 독점 위성군은 사용자에게 언제 어디서나 브로드밴드 데이터 연결을 제공하기 위해 지난 몇 년 동안 상당한 발전을 이루었습니다.

^{표 5: NTN 브로드밴드 데이터 제공업체 개요 (출처: 5G Americas)}

이러한 독점적 네트워크는 강력하고 안정적인 연결을 제공할 수 있지만 폐쇄적인 인프라로 인해 기존 UE 또는 셀룰러 네트워크와의 통합이 어렵거나 불가능합니다. 이와 같은 부족한 통합은 지상파에서 비지상파로의 네트워크 링크와 유비쿼터스 연결을 위한 공유 연결이 훨씬 더 어려워지거나 불가능하다는 것을 의미합니다. 폐쇄형 네트워크로 인해 확장성이 제한되기 때문에 이러한 네트워크의 비용 절감 가능성 역시 제한적입니다. 마지막으로 전용 독점 지상 터미널이 필요하므로 작업, 개발 및 유지 보수 비용이 증가합니다.

브로드밴드 데이터 네트워크가 기존 지상파 및 비지상파 네트워크에 어떻게 연결되는지 아직 확인하지 못했지만, 성장은 계속될 전망이며, 가까운 미래에 NTN 통신의 일부가 될 가능성이 높습니다. 실제로 3GPP Rel-18 (5G 어드밴스드)에는 ​​브로드밴드 데이터 네트워크에 대한 3GPP NTN 지원으로 이어질 수 있는 Ka 밴드 지원이 포함되어 있습니다.

협대역 데이터 확장 (IoT-NTN/SOS)

아마도 NTN과의 수정되지 않은 UE 연결을 향한 첫 번째 단계일 것입니다. 지난 몇 년간 이 항목에 대한 상당한 탐구 및 개발이 이뤄졌습니다. 많은 사용 분야가 IoT-NTN–산업 모니터링, 기상 데이터 수집, 연결된 농업 자산 등에 포함되지만 아마도 셀룰러 통신에 가장 큰 영향을 미치는 것 중 하나는 최신 플래그십 스마트폰의 긴급 (SOS) 기능 통합일 것입니다. 실제로 최신 세대의 UE 중 다수는 일종의 긴급 SMS 또는 음성 기능을 지원하여 (대부분) 수정되지 않은 UE와 언제 어디서나 연결됩니다.

^{표 6: 2023년 IoT 서비스 제공자 (출처: 5G Americas)}

글로벌 통신 인프라에서 NB/NTN의 중요성은 점점 더 커질 것입니다. NB/NTN은 3GPP 표준형 NTN인 차세대 NTN에 필요한 기반을 마련하고 핵심 기술을 개발하고 있습니다.

신흥 비지상파 셀룰러 네트워크

신흥 비지상파 셀룰러 네트워크에 대한 기술과 방법론을 탐색하는 두 가지 작업이 동시에 이루어지고 있습니다. 이는 3GPP에 초점을 맞춘 노력으로 이전 두 가지 범주 (브로드밴드용 3GPP Rel-18 및 IoT 사용 사례를 위한 3GPP Rel-17) 및 비-3GPP 개발에도 영향을 미쳤습니다.

3GPP 과제

NTN 사용 사례의 이 범주는 공통된 사용 및 적용을 표준화하는 것이 까다롭기 때문에 당장은 널리 채택되기 어려울 수 있습니다. 하지만 언젠가는 우리가 커뮤니케이션하는 방식에 가장 큰 영향을 미칠 것입니다. 이러한 형태의 NTN은 대부분 수정되지 않은 5G 상업용 UE에서 NTN 네트워크에 대한 높은 처리량의 유비쿼터스 연결을 포함하며, 지상파 기지국의 커버리지를 보완하여 사용자에게 더 높은 연결성과 가치를 제공합니다. 표준 생성 및 구현 타임라인은 아직 알 수 없습니다. 아직 배포가 어려워서 3GPP Rel-19, Rel-20 또는 그 이후 버전에서 문제가 생길 수 있기 때문입니다. 글로벌 스펙트럼 할당, 열악한 우주 환경에서 사용하기 위한 네트워크 인프라 배포, NTN 통신에 적합하지 않은 UE 안테나에 대한 연결 개발 등도 주요 과제입니다.

LEO를 통해 달성할 수 있는 더 높은 잠재적 처리량과 더 낮은 지연 시간을 고려할 때, 이 항목에 있는 대부분의 네트워크는 LEO 위성을 사용하여 커버리지를 제공할 것으로 예상됩니다. 이는 대부분 수정되지 않은 UE에서 다수의 동시 UL, DL 및 사이드링크 연결을 지원하는 네트워크에는 좋지만, LEO는 평균 수명이 단축될 수 있어 더 많은 양의 위성이 필요합니다.

비-3GPP 과제

아직 정확한 구현 기준을 알지 못하지만, 새로운 비지상파 셀룰러 네트워크 위성 인프라에 대한 많은 초기 시험에는 위성 자체의 대형 위상 배열 안테나가 포함되어 있습니다. 수백 개의 개별 요소와 수백 제곱피트에 달하는 이러한 인프라를 사용하는 네트워크는 개발, 유지 관리 및 배포가 까다롭습니다.

이렇게 큰 안테나 배열을 사용하는 이유는 수정되지 않은 UE를 사용해야 하기 때문입니다. 현재 세대의 UE에는 NTN 통신에 최적화되지 않은 안테나가 사용되고 있지만 기업에는 상업적으로 이용 가능한 UE를 널리 채택한 확실한 비즈니스 사례가 있습니다. 수정되지 않은 기존 UE를 사용하면 채택 및 구현 부담이 상당히 낮아질 것입니다.

^{그림 4: 대형 위상 배열 안테나는 수정되지 않은 UE에 대한 NTN 연결을 가능하게 합니다(확장 불가).}

이러한 유형의 안테나 구성요소는 수정되지 않은 UE를 사용하기 때문에 NTN 생태계를 극적으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 여기에는 문제가 있습니다.

테스트할 구성요소의 숫자가 증가하면 각 구성요소에는 엔지니어가 반복해야 할 자체 세트가 있기 때문에 테스트 사례 숫자도 훨씬 더 많이 증가하게 됩니다. 이러한 위성에 통합된 많은 안테나 요소(각각 자체 테스트 케이스 세트 포함)를 통해 일정에 맞춰 비용 효율적으로 뛰어난 제품을 개발하기 위해 자동화, 데이터 분석 및 효율적인 테스트 개발이 더욱 중요해질 것입니다.

테스트 요구사항과 테스트 케이스의 증가는 시장 출시 시간과 총 테스트 비용에 영향을 미칠 수 있으며, 테스트 케이스의 증가와 그에 따라 길어지는 테스트 시간은 생산되는 모든 유닛에서 복합적으로 작용합니다. 과거에는 이러한 것이 문제가 되지 않았지만, 이제는 더 많은 위성이 생산되고 있으며 이전의 민간/정부 위성 통신 분야와 달리 출시 기간은 새로운 NTN 사용 사례의 시장 점유율과 사용자 기반을 늘리는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

대형 안테나 배열과 NTN 시스템/구성요소를 모두 함께 테스트하는 것은 복잡한 작업이 될 것이며 테스트 조직의 요구사항을 충족하는 올바른 하드웨어 및 소프트웨어 세트가 있어야만 가능합니다.

동향: 지상파 및 비지상파 네트워크 통합

최근 NTN 개발의 대부분은 기존 지상파 네트워크 및 인프라와 별개로 이루어졌습니다. 그러나 현재는 더욱 많은 NTN 제공 업체가 서비스 통합을 위해 이동 통신사와 제휴하고 있습니다. 이는 전세계 어디에서나 긴급 메시지를 제공하는 것 (Apple 및 GlobalStar)부터 변경하지 않은 전화기 (AST Space Mobile, SpaceX/TMobile 및 Lynk)로 음성 및 데이터 서비스를 제공하는 것까지 다양합니다.

이제 3GPP 표준화 세계가 떠오르고 있습니다. 오늘날 지상파 셀룰러 네트워크가 작동하는 방식을 반영하여 개방적이고 접근 가능한 네트워크를 만들기 위한 프로세스를 촉진하는 것이 목표입니다.

NTN에는 지상파 네트워크에서는 볼 수 없는 많은 기술적 과제가 있습니다. NTN의 장거리, 높은 노이즈, 과도 통신 특성은 일관되고 안정적인 통신을 보장하기 위해 특정 기술 요소에 각별한 주의를 기울여야 함을 의미합니다. 지상파 셀룰러 네트워크와 통합된 진정한 유비쿼터스 글로벌 연결의 실현과 구현을 위해서는 반드시 이러한 과제를 극복해야 합니다.

도플러 이동

위성이 지구 표면에 정지해 있는 UE와 통신할 때 상대 속도가 크게 변화하기 때문에 NTN 통신에서 도플러 이동을 고려해야 합니다. 위성 속도는 30,000 kph를 초과할 수 있으며, 이는 전송된 신호의 주파수에 상당한 변화를 일으킬 수 있습니다. 특히 위성이 처음으로 접근한 후 주파수가 감소하여 양의 도플러에서 음의 도플러로 변경됩니다.

게다가 속도가 빠르면 안테나 빔이 빠르게 이동하게 됩니다. 즉, 특정 안테나 지면의 커버리지 지점이 위치 및 빔 공간 모두에서 지속적으로 변한다는 의미입니다.

^{그림 5: 위성이 지구 궤도를 돌 때 상대 속도와 고도 변화}

UE와의 안정적인 통신에는 상대 속도와 지상파의 빔 공간을 설명하는 조종 가능한 빔이 필요합니다. 위성은 이러한 변수를 고려하여 다음 위성으로 연결을 전환해야 합니다. 그렇지 않으면 UE에 대한 가시성이 손실됩니다. 디바이스와 위성 모두 서로의 위치와 속도를 알아야 하며 도플러 이동을 상쇄하기 위해 주파수를 조정해야 합니다.

^{그림 6: 빔 커버리지와 도플러는 지속적으로 변화합니다}

지연 시간 (왕복 지연)

낮은 지연 시간은 현대 고속 셀룰러 네트워크의 핵심입니다. 고객은 밀집된 도시 환경의 셀 네트워크가 영상 통화, 스트리밍, 게임, XR 등 처리량이 많고 지연 시간이 짧은 사용 사례를 지원하기를 기대합니다.

^{그림 7: 여러 궤도 거리 (출처: 5G Americas 자료)}

지상파 네트워크의 경우 UE는 일반적으로 베이스 스테이션에 훨씬 더 가깝기 때문에 이러한 낮은 지연 시간은 인프라 최적화, 이중화 기술 및 UE 가용성에 문제가 됩니다. 그러나 NTN을 사용하면 거리가 멀다는 것은 왕복으로 전송된 신호 이동 시간이 지상파 네트워크에서와 같이 마이크로초가 아니고, LEO의 경우에는 수십 밀리초 정도, GEO의 경우에는 수백 밀리초 정도임을 의미합니다. 1초도 안 되는 시간이지만, 왕복 시간은 1,000에서 10,000배 더 길어집니다. 이러한 차이는 다수의 동시 UE 연결 및 백홀 링크에 충분히 영향을 미칠 수 있을 뿐 아니라 사용자가 영상 또는 음성 링크에서 느낄 수 있습니다.

^{그림 8: NTN의 왕복 이동 시간은 지상파 네트워크보다 4-5배 더 깁니다.}

지연 시간이 길어지면 5G 네트워크에서 일반적으로 사용되는 일부 기술도 제한됩니다. 따라서 NTN은 지상파 셀룰러 네트워크와 달리 특정 한계 및 제약 사항이 있는 상태에서 작동합니다. 예를 들어 NTN은 긴 이동 시간으로 인해 TDD가 불가능하기 때문에 FDD로 제한됩니다. 결국, 이러한 제한은 네트워크 수요의 변화에 대응하기 위한 네트워크 유연성을 제한할 수 있으며, DL 및 UL 트래픽의 우선 순위를 지정하고 처리하는 과정에서도 제한이 생길 수 있습니다. 이러한 제한은 그 자체로 극복이 불가능한 건 아니지만, 이는 해소해야 하는 NTN의 또 다른 미묘한 지점입니다.

비, 구름, 반짝임으로 인한 감쇠

RF 웨이브폼이 UE에서 위성까지 이동하는 경로는 거리나 방향, 날씨나 시간에 따라 일관되지 않습니다. UE나 위성에서 신호를 수신하기 전에 더 많은 노이즈가 발생하므로 신호 품질이 더욱 저하될 수 있습니다. 노이즈와 그에 따른 신호 무결성 손실을 극복하는 쉬운 방법은 NTN을 더 낮은 차수 변조 구조로 제한하여 더 많은 불확실성을 허용하고 안정적인 연결을 유지하는 것입니다. 도움이 되기는 하지만, 낮은 차수의 변조 구조는 일정 시점에 네트워크의 처리량을 제한합니다.

경로 손실

이 시점에서 우리는 지구 표면에 대한 궤도 거리 및 속도와 관련하여 NTN에 많은 고유의 기술적 과제가 발생함을 확인했습니다. NTN 구현의 또 다른 문제는 연결된 UE와 위성 간의 수직 거리가 멀기 때문에 발생하는 높은 경로 손실입니다. LEO의 최소 궤도는 300 km이므로 이러한 연결은 이미 지상파 네트워크 연결보다 거리가 몇 배나 더 멉니다. 다른 모든 조건이 같다면, 300 km에서의 자유 공간 경로 손실 (FSPL)은 1 km에서보다 약 50 dB 더 높습니다. 또 다른 문제는 50 dB FSPL이 위성 연결에 이상적인 UE라는 것입니다. 빔 각도 또는 빔 내에서 UE의 위치는 수신되는 신호 강도를 더욱 저하시킬 수 있기 때문에 이상적인 연결은 이 두 가지 요소를 모두 고려합니다.

^{그림 9: 거리에 따른 FSPL}

이러한 문제를 극복하려면 더 높은 송신 출력 전원 및/또는 더 많은 TX 또는 RX 안테나 게인이 필요합니다. 이미 시장에 존재하는 UE의 비용, 설계 영향 및 수량으로 인해 UE에 훨씬 더 큰 안테나를 사용하는 것이 불가능할 수 있으며 기존 UE 안테나는 폼 팩터와 설계로 인해 성능이 떨어지는 경향이 있습니다. 또한 일반적으로 제조업체는 비용과 배터리 수명 단축 때문에 배터리로 구동되는 휴대용 UE의 전력 소비를 증가시킬 수 없습니다. 약 23 dBm 이상의 송신 전력은 가능하지 않습니다. UE 제조 업체가 설계를 변경하지 않으려 하거나 변경할 수 없는 경우 또는 기존 UE를 사용하려는 생각을 갖고 있는 경우, 대안은 더 큰 게인을 제공하는 훨씬 큰 위상 배열 위성, 위성의 베이스 스테이션 구성요소의 높은 전력, 혹은 그 둘의 조합입니다. 베이스 스테이션 측에서 더 높은 전력을 구현하면 비용이 더 많이 들고 이러한 구성요소의 설계 및 검증에서 고려해야 할 추가적인 기술 및 규제 문제가 발생합니다.

높은 전력의 필요성과 경로 손실의 극복은 NTN 개발에 있어 상당한 장애물입니다. 그러나 제품 성능을 향상시키는 데 도움이 되는 테스트 도구 및 솔루션으로 이러한 문제를 어느 정도 해소할 수 있습니다.

PXI VST

PXI 벡터 신호 트랜시버 (VST)는 RF 및 기저대역 벡터 신호 분석기 및 생성기를 사용자가 프로그램 가능한 FPGA 그리고 고속 직렬 및 병렬 디지털 인터페이스와 결합합니다. PXI VST는 NTN 테스트에 매우 적합합니다. 전송 및 수신 기능을 갖춘 PXI VST는 UL 및 DL을 둘 다 테스트할 수 있을 뿐만 아니라 특정 DUT에 대한 자극을 제공할 수도 있습니다. 이러한 기능을 기저대역부터 mmWave까지의 주파수 커버리지와 탁월한 RF 성능과 결합하면 NTN 디바이스 및 인프라 설계, 검증 및 생산을 위한 모든 도구가 준비됩니다.

최신 PXI VST인 PXIe-5842는 2 GHz의 순간 대역폭과 최대 26.5 GHz의 주파수 커버리지를 제공합니다. 이는 3GPP 및 비3GPP NTN 채널 대부분을 거뜬히 커버합니다. 이러한 주파스 스펙은 탁월한 RF 성능과 더불어, NTN용 3GPP 표준이 지속적으로 개발됨에 따라, PXIe-5842가 현재와 미래의 NTN 테스트 요구사항을 해결할 수 있음을 의미합니다.

^{그림 10: PXIe-5842 및 RFmx 소프트웨어는 기저대역부터 mmWave까지 신호 생성 분석을 가능하게 합니다.}

PXI 벡터 신호 트랜시버에 대해 자세히 알아보기

RFmx

RFmx는 범용, 셀룰러, 연결 및 항공 우주/방위 테스트 어플리케이션을 위해 NI RF 계측을 최적화하는 상호 운용 가능한 소프트웨어 어플리케이션 세트입니다. RFmx를 사용하면 대화식 소프트웨어 프런트패널을 사용하여 빠르고 쉽게 측정을 수행 및 디버깅하고, RFmx Waveform Creator를 사용하여 열리고 잠금 해제된 웨이브폼을 생성 및 재생하며, 성능 최적화 API를 사용하여 자동 테스트 속도를 높일 수 있습니다. RFmx는 사용자 정의 변조 유형을 테스트하기 위한 범용 복조 도구도 제공합니다. RFmx 제품에는 이미 3GPP Rel-17에 NTN의 LTE 및 5G NR 버전에 대한 지원 옵션이 포함되어 있습니다. RFmx LTE는 강화된 기계형 통신 (eMTC) 및 협대역 IoT (NB-IoT) 사용 사례를 NTN으로 지원하도록 확장되었습니다. 

RFmx NB-IoT/eMTC는 NB-IoT 및 eMTC 셀룰러 신호 생성 및 분석을 위해 NI RF 계측 기능을 확장합니다. 이 소프트웨어를 사용하면 에러 벡터 크기 (EVM), 인접 채널 누출 비율 (ACLR), 스펙트럼 방출 마스크 (SEM) 등과 같은 표준 호환 물리적 계층 측정으로 LTE Cat-NB1/NB2 및 LTE Cat-M1/M2 업링크 신호를 분석할 수 있습니다. 

RFmx에 대해 자세히 알아보거나 NI에 문의하여 자세한 내용을 확인하고 해당 어플리케이션 노트를 계속 확인하세요.

^{그림 11: InstrumentStudio™ 소프트웨어 RFmx 대화식 소프트 프런트패널}

USRP 하드웨어

USRP (Universal Software Radio Peripheral) 소프트웨어 정의 라디오 디바이스는 고급 무선 어플리케이션을 신속하게 프로토타이핑하고 배포할 수 있는 RF 트랜시버입니다. SDR은 무선 통신 및 신호 정보 시스템 배포에 사용되거나, 다중 채널 테스트 베드의 구성요소로 사용됩니다. 소형 폼 팩터, 높은 채널 밀도의 디바이스는 대규모 NTN 테스트 베드를 위한 위상 배열 및 빔 조정과 같은 무선 프로토타이핑 어플리케이션에 매우 적합합니다.

^{그림 12: Ettus USRP X440}

NI USRP 디바이스에 대해 자세히 알아보기

위성 링크 에뮬레이터 (SLE)

미래의 위성 통신 시스템 개발을 담당하는 엔지니어는 시스템 동작을 평가하고 예측하기 위해 발사 전에 실제 시나리오를 시뮬레이션, 구성 및 평가해야 합니다. 다양한 채널 에뮬레이터 설정을 검사하는 동안 종종 문제가 발생합니다. 확실하고 일관된 결과를 얻으려면 모델 기반 시뮬레이션을 HIL (hardware-in-the-loop) 테스트와 병합하는 것이 더 효율적입니다.

^{그림 13: 위성 링크 에뮬레이션 블록다이어그램}

위성 링크 에뮬레이션 수행 및 테스트에 대해 자세히 알아보기

NI의 NTN용 플랫폼 및 테스트 방법

NTN 테스트에 쉽게 사용할 수 있는 도구가 많이 있지만 요구사항 및 테스트 방법은 시장 요구사항과 기술 요구사항이 변화함에 따라 계속해서 발전할 것입니다. NI의 분야별 소프트웨어 및 다용도 하드웨어는 요구사항이 진화함에 따라 대응할 수 있는 테스트 시스템을 확장 및 구축하기 위한 기반입니다.

NTN은 광범위한 토픽이기 때문에 NTN과 NTN 테스트 요구사항을 완전히 이해하려면 여기에 제공된 내용보다 더 많은 것이 필요합니다. 기술 전문가에게 문의해 더 자세한 정보를 확인하고 NTN 테스트를 통해 목표를 달성하는 데 NI가 어떻게 도움을 줄 수 있는지 알아보십시오.

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¹ 출처: Futuretimeline.net

² 출처: Boston Consulting Group

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