Starlink 위성 통신 시스템 지상 가입자 단말기의 간섭내성

2025-09-06

제어, 통신, 보안 시스템Системы управления, связи и безопасности №2. 2023

S. I. 마카렌코

관련성. 수용 가능한 지연시간을 가지는 고속 인터넷망 접속 서비스를 보장하기 위해서는 다중위성 저궤도 위성 통신 시스템 (SSS) 을 구축할 필요가 있다. 현재 러시아에서는 "스키프", "마라폰", "메가폰-1440" 등과 같은 SSS 프로젝트들이 추진되고 있다. 동시에 이러한 SSS에 대한 기술적 해법을 입증하려면 다양한 통신 조직 방식을 모델링하기 위한 기초 자료를 구축하여야 한다. 기초 자료 구축을 위해 기술적으로 진보한 해외 다중위성 시스템인 Starlink를 국내 SSS의 첨단 프로토타입으로 활용할 수 있다. 간섭내성은 SSS에서 가장 중요한 특성 중 하나이며, 이와 관련한 연구는 시급한 과학-실용적 과제이다. 당 연구의 목적은 Starlink SSS의 간섭내성, 특히 지상 가입자 단말 (AT) 의 간섭내성을 예비적으로 평가하는 것이다. 본 평가는 국내 다중위성 저궤도 SSS에 대한 간섭원의 영향을 모델링할 시, 간섭내성 AT 작동 모드를 과학적 근거로 선택하도록 하는 기초 자료 개발에 사용될 수 있다. Starlink AT의 간섭내성 평가에는 오픈 소스만을 사용하였다. 결과 및 참신성. 당 연구의 실질적인 참신성 요소는 Starlink AT 구현에서 현시된 기술적 특징 총체와 공간적, 시간적 및 에너지적 가용성을 고려한 간섭내성의 예비적 추정이다. 실질적 의의. 당 연구는 국내 다중위성 저궤도 SSS의 지상 AT를 위한 간섭내성 작동 모드를 입증하는 기술 전문가들에게 유용할 것이다. 또한 이 모델은 위성 통신 및 그 간섭내성을 다루는 분야에서 과학 연구를 수행하는 연구자 및 학위청구자에게도 유용할 것이다.

서론

오늘날 지구 전역을 담당하는 위성 통신 시스템 (SSS) 의 활용은 경제의 다양한 분야에서 중요하다. 동시에, 극권 지방을 포함한 지구 전표면의 가입자에게 통신을 보장할 뿐만 아니라 인터넷망에서 최신 멀티미디어 정보 자원에 접근하는 데에 필수적으로 중요한 저지연 고속 통신을 제공할 수 있는 다중위성 저궤도 SSS는 특히 더 중요하다. 2015년 I. 머스크가 지도하는 미국 기업 SpaceX는 자체 개발한 다중위성 저궤도 SSS인 Starlink를 기반으로 지구 전 주민에 인터넷망 접속을 보장하는 혁신적인 프로젝트를 제시하였다. 2023년까지 Starlink SSS는 초기 구축 단계를 지나 시험 운영 단계에 접어들었다. SSS Starlink는 일찍이 우주 통신에서 사용되지 아니하였던 다수의 첨단 기술적 해법을 사용함을 유의하여야 하며, 그러므로 이 SSS는 국내외에서 개발되고 있는 다중위성 저궤도 SSS의 선진적 프로토타입으로 간주되어야 한다. 이러한 프로젝트에는 차세대 국내 SSS "고네츠" 뿐만 아니라 "스키프", "마라폰", "메가폰-1440" 프로젝트로 개발중인 SSS도 포함된다. 해외의 다중위성 저궤도 SSS에는 OneWeb과 ORBCOMM이 있다.

채널용량, 전송 적시성 및 간섭내성은 그 어떤 무선통신 시스템에서라도 가장 중요한 특성이다. Starlink SSS를 예로 들어 다중위성 저궤도 SSS의 채널용량과 전송 적시성을 평가하는 문제는 필자의 이전 연구[1]에서 이미 부분적으로 다룬 바, 본 연구에서는 Starlink SSS의 간섭내성을 고찰함을 목적한다. 동시에 Starlink는 더 광범위한 급의 시스템, 즉 다중위성 저궤도 SSS에서 기술적으로 가장 발전된 프로토타입으로 간주된다. 본 연구에서 간섭내성은 통신 시스템이 의도적 간섭 (PP) 영향 하에서도 요구되는 품질로 통신을 보장하는 능력을 의미한다[2]. 당 연구에서 PP의 영향을 나타내는 지표로는 수신기 입력에서 신호 대 간섭 전력비 (OSP) 이며, 따로 명시되지 아니한 경우 PP는 유효 신호 대역의 가산성 백색 가우시안 잡음이라 가정한다.

일찍이 SSS 간섭내성 문제를 다룬 연구[3-12]가 있으나 Starlink와 같은 기술적으로 진보한 다중위성 저궤도 시스템에 대한 간섭내성 평가 문제는 알려진 연구에서 고려된 바가 없다.

본고의 목적은 Starlink SSS의 간섭내성, 특히 지상 가입자 단말 (AT) 의 간섭내성을 예비적으로 평가하는 것이다. 본 평가는 국내 다중위성 저궤도 SSS에 대한 간섭원의 영향을 모델링할 시, 간섭내성 AT 작동 모드를 과학적 근거로 선택하도록 하는 기초 자료 개발에 사용될 수 있다. 본고는 Starlink SSS 설명 모델을 구축하는 저자의 이전 연구[1]의 연속이다.

당고는 SpaceX와 본 SSS의 작동 원리를 창발적으로 연구하는 다수의 전문가들이 제시한 Starlink SSS의 기능과 관련한 오픈 소스 데이터만을 기초로 하여 작성되었다. 이 공개 정보는 본고의 기초가 되는 필자의 연구[1]에서 종합하였다. 필자는 Starlink SSS에 문서화되지 아니하였거나 확장된 기능이 있음을 배제하지 않는다. 다만 본 시스템의 기초 원리에 대한 검증된 정보만을 고려하고, 이를 통하여 당 SSS의 간섭내성 수준에 대해 상대적으로 신뢰가능한 결론을 도출하고자 한다.

본고에 제시된 모든 기초 전제, 자료 및 결론은 당시 (2023년 1월 기준) 의 Starlink SSS와 관련하여 유효하다. 우주 부문에서는 버전 1.0 및 1.5의 우주 장치 (KA) 에 기반하는 Starlink SSS의 1단계 궤도 집단이 배치되고, 지상 부문에서는 가입자 단말 (AT) 버전 UT-1, UT-2 및 ESIM (Earth Station In Motion) 이 사용된다. 본고 작성 당시 (2023년 3월) SpaceX는 이미 버전 1.0, 1.5 KA보다 향상된 전술-기술적 특성 (TTKh) 을 지닌 버전 V2mini KA를 발사하였다. 당 SSS의 개발 및 현대화 과정에서 본고에서 제시된 일부 결론은 관련성을 상실할 수 있다.

1. Starlink SSS의 AT 간섭내성 평가를 위한 중대한 특성 분석

Starlink SSS에서 잠재적 지상 및 공중 기반 PP 방출원 영향의 주요 대상은 지상 AT이다. 현재 SpaceX는 고정식인 UT-1, UT-2 및 이동식인 ESIM과 같은 3종의 Starlink AT를 출시하였다. 당 AT의 TTKh는 표 1에 제시하였다.

Starlink SSS의 통신 조직 원리에 대해 깊게 몰두하지 않고도 (상세는 연구[1]에서 설명) 본 시스템의 간섭내성 평가에 중요한 다음의 특징을 언급한다.

1. Starlink SSS는 저궤도 통신 시스템이며, [1]에서도 나타나듯 Starlink 위성 (KA) 하나가 시스템 커버리지 영역 내의 AT 위에 체류하는 시간은 약 250초 (4.1분) 로 극히 짧으며 이는 KA 하나가 고도각 25º 이상으로 상승한 순간부터 지평선 위 25º 아래로 하강하는 순간까지의 시간이다 (그림 1 참조).

2. Starlink AT는 기본적으로 안테나 방사 패턴 (DNA) 빔을 전자적으로 제어하는 위상배열 안테나 (FAR) 로, AT 상공을 체공하는 KA를 추적하고, 한 KA는 지평선 위로, 다른 KA는 지평선 아래로 움직일 때 다른 KA로 빔을 신속하게 조향할 수 있다. AT의 FAR은 25º 이상의 앙각으로 DNA를 포밍할 수 있다 (그림 1). 따라서 AT의 DNA 작동 각도는 지평선으로부터 ±60º 범위의 KA 각도이다. 또한 AT에는 FAR을 기울여 평면이 KA 방향에 거의 수직이 되도록 하는 기계식 구동 기기가 장착되어 있다 (그림 2).

그림 1. KA 측에서 AT 추적 [1]

그림 2. KA를 향하는 AT 안테나 앙각 변경 [1]

표 1 ─ UT-1, UT-2 및 ESIM 단말의 TTKh [1]

각주:
¹ ESIM 정보는 SpaceX의 FCC 제출 자료를 기반으로 하며 최종 제품의 TTKh와는 상이할 수 있음;
² DNA ─ 안테나 방사 패턴;
³ KIP ─ 전송 효율;
⁴ n/d ─ 자료 없음;
⁵ EIIM ─ 실효 등방성 복사 전력.

3. Starlink AT의 FAR은 최대 5.5º의 협소한 메인 로브를 가지는 DNA를 형성할 수 있는데, DNA 형태 분석 (그림 3) 은 메인 빔의 편각에 대해 사이드 로브의 안테나 이득이 빠르게 감소하는 변화를 도시한다. 따라서 ±20º에 위치한 DNA의 사이드 로브의 경우 이득이 24 ㏈i 감소 (34 ㏈i에서 10 ㏈i로) 한다; ±40º에 위치하여 메인 빔 주향에 더 멀리 떨어진 DNA 사이드 로브의 경우에는 34 ㏈i 감소 (34 ㏈i에서 0 ㏈i) 한다 [1].

그림 3. 각기 다른 고도각에서 KA에 14.125㎓ 주파수로 DNA를 지향시킬 때 UT-2 AT의 DNA: а ─ FAR의 "직선" 단면; б ─ FAR의 "사선" 단면 [1].

4. Starlink AT는 AT 수신단의 OSP 지표에 따라 FEC (Forward Error Correction) 내혼신성 코드의 사용 신호와 부호율을 적응적으로 변경하는 ACM (Adaptive Coding and Modulation) 기술을 구현한다 [1]. SpaceX 회사 자료는 ACM 스키마에 사용되는 신호와 부호율을 정확히 공개하지 않는다. 그러나 가입자 회선을 조직할 때 BPSK에서 64QAM까지의 신호를 사용함이 명시되어 있다. Starlink SSS에 사용되는 신호-코드 구조는 DVB-S2x 표준[3]에 정의된 신호-코드 구조 및 다른 SSS에서 사용되는 것과 유사하다고 가정할 수 있다 ─ 표 2를 참조하라. 동시에 정상 조건에서 시스템 운영 경험에 따른 통상적인 Starlink AT 수신단의 평균 OSP 값은 11.5-12.5㏈이다 [1].

표 2 ─ SSS에 광범위하게 사용되는 신호-코드 구조 [3, 4]

5. Starlink UT-1형 AT는 14-14.5/10.7-12.7㎓의 상/하향 채널 범위에서 15, 30, 60, 120, 240㎒ 5개 공칭 수신 채널 폭과 15, 30, 60㎒ 3개 공칭 송신 채널 폭으로 작동한다. 이 경우 각 AT에 대해 사용되는 주파수 및 채널 대역 할당은 네트워크 제어 및 모니터링 센터 NCMC (network control and monitoring center) 의 지령에 의해 파생된다. NCMC는 Starlink SSS의 각 AT와 게이트웨이 스테이션 (ShS) 을 최소 100ms마다 폴링polling하고, 작동능력과 방사 출력을 평가하여 필요한 경우 통신 조직 모드 변경을 명령한다. ShS는 지상망을 통해 폴링되고, AT는 KA를 통해 서비스 패킷을 전송하여 폴링된다 [1].

6. Starlink SSS는 지구 표면 전체를 직경 24㎞ 셀로 분할한다 (그림 4). 각 셀의 면적은 379.6㎢이다. SpaceX의 추산에 따르면 각 셀에는 125-130개의 활성 AT가 서비스될 것으로 예상된다. 고도 550km 궤도에 자리한 KA의 위성하Подспутниковая 영역에 있는 셀의 수는 약 7470개 이다. 각 Starlink KA에는 가입자 "하향" 채널 용으로 3-48개의 빔을 포밍하는 4개 FAR (수신용 1개, 송신용 3개) 이 장착되어 있다. 해당 빔은 순차적으로 셀을 우회 (그림 5) 하며, 위성하衛星下 영역 변방에 위치한 셀이 먼저 서비스되고 이후 중심에 위치한 셀이 서비스된다. 이는 위성하 영역 변방을 향해 배향된 KA 빔이 중심을 향해 배향된 빔보다 더 많은 셀을 커버함에 의함이다 (그림 6).

그림 4. Starlink SSS 서비스 셀 ("cells") [1]

그림 5. 위성하 영역 내 셀 서비스 시 Starlink KA 빔의 스위칭

그림 6. 위성하 영역 내 Starlink KA의 빔포밍

셀과 셀 내 AT에 대한 이러한 서비스 접근법은 AT가 KA와 영속적으로 데이터를 교환하지 않는 결과를 초래한다. AT는 KA 빔이 해당 AT가 위치한 셀을 조준하게 되는 상대적으로 단시간에만 KA와 데이터를 교환할 수 있다. 당 시간은 위성하 영역 내 활성 AT가 위치한 셀의 수에 비례한다. SpaceX는 위성하 영역 내 셀 "우회" 속도를 향상시키는 기법 중 하나로 AT를 작은 집단으로 집단화하고, AT 밀도가 높은 셀에 우선적으로 더 빈번히 서비스를 제공하는 것을 고려하고 있다.

2. 잠재적 PP원에 대한 Starlink AT의 공간적 가용성

잠재적 PP원原으로부터 Starlink AT와 관련된 통신 장애를 유발하기 위해서는 공간적 가용성을 확보해야 한다 - 즉 PP원의 방출이 AT DNA 주엽으로 떨어지거나 여의치 않은 경우 AT DNA 부엽에 도달하여 간섭 신호를 크게 증폭하고 OSP 수치를 감소시키기에 충분한 조건을 창출함을 의미한다.

잠재적 PP원에 대한 Starlink AT 메인 로브의 공간적 가용성 확보는 이하와 같은 요인으로 인해 복잡해진다:

1. AT DNA 메인 로브의 협소한 빔폭 (3.5º에서 5.5º);
2. 통신 세션을 조직하는 동안 상공을 통과하는 위성을 추적해야 하는 필요에 의해 발생하는 AT DNA 메인 로브의 극히 신속한 이전 (지평선 최소 25º 위의 KA 시야각에서 "끝에서 끝까지" 250초);
3. KA를 통해 AT로 전송되는 NCMC 센터의 지령에 따라 하나의 가시 KA에서 다른 KA로 AT DNA 메인 로브의 유사무작위적 전환.

요인 1 및 3의 복합적 영향으로 인해 AT DNA 주엽 방향을 파악하고 PP원을 그 내로 위치시킴이 매우 어려워지고, 요인 2 및 3의 복합적 영향으로 AT의 특정 소재지와 KA 탄도 구조를 고려한 무선가시성 계산을 수행하였더라도 PP원을 주엽에 유지시키는 것이 사실상 불가능하다. 현재 AT DNA 메인 빔과 동일한 각속도로 이동하며 그 안에 체재 가능한 PP원의 공중 혹은 우주 운반체는 존재하지 않으며 다만 통신 세션이 조직된 Starlink KA 궤도보다 약간 높거나 낮은 궤도 (수 킬로미터 이내) 에 위치한 KA는 예외이다.

최종 결론은 다음과 같다 - 무선전자 감시 수단 및 PP원 운반체의 현 발전 단계에서는 AT DNA 메인 빔에 PP원을 도입하고 유지시킴은 불가능하다.

Starlink AT의 사이드 로브를 통한 공간적 가용성 문제를 고려해 보자. 사이드 로브를 통해 Starlink AT의 잠재적 PP원의 공간적 가용성을 확보함은 이하와 같은 이유로 복잡하다:

1. 상기 언급한 요인인, AT DNA 메인 로브가 상공을 매우 빠르게 이동하는 것과 AT DNA 메인 로브가 한 KA에서 다른 KA로 유사무작위적으로 전환되는 것;
2. 메인 빔 대비 AT 안테나 이득이 사이드 로브에서 빠르게 감소함 - 그림 3 참조;
3. FAR을 기울여 평면이 KA 방향에 거의 수직이 되도록 하는 기계적 구동계가 AT에 장착됨 (그림 2);
4. KA의 직접 무선가시성 영역에 전파가 거의 직선으로 전파되며 지구 전리층을 통과할 때 다중경로 효과 혹은 반사파가 없는 것이 특징인 Ku-밴드 범위에서 작동하는 AT.

UT-2 AT의 안테나 이득 분석 (그림 3) 결과는 다음과 같다. 주 빔에 대한 사이드 로브의 경우, 메인 빔 0º에서 ±5º에 위치한 DNA의 사이드 로브의 경우 이득이 약 14㏈i 감소한다; 메인 빔 방향 ±5º-±20º의 경우 24㏈i 감소한다; 메인 빔 방향 ±20º-±40º의 경우 약 30㏈i 감소하며 메인 빔 방향에서 ±40º 이상 이격된 DNA 사이드 로브의 경우 이득이 34㏈i 감소한다. 이는 ±60º의 전체 작동 각도 범위에서 AT 메인 빔 편향에 대해 대략적으로 관찰된 수치이다.

고려되는 사항과 상기한 요인들을 바탕으로, PP원 안테나의 메인 로브가 Starlink AT 방향으로 배향될 시 (AT DNA의 메인 로브의 고속 이전과 유사무작위적 전환에 기인하여) 메인 빔 방향에서 ±40º 이격된 AT DNA 사이드 로브에 위치하는 것이 전형적인 상황이 될 가능성이 높은데 이는 PP원이 AT DNA 메인 로브에 있는 경우와 비교하여 PP원 출력을 +34㏈ 증가시켜야 함을 뜻한다. 경우에 따라 AT 메인 로브가 KA를 추적할 때 PP원이 메인 빔 방향의 ±5º-±20º 혹은 ±20º-±40º 영역에 잠시간 위치하는 유리한 조건이 조성될 수도 있다. 이러한 경우에는 PP 출력을 메인 로브에 있을 때와 비교해 동등하게 증가시키는 데에 각각 "겨우" +14㏈, +24㏈가 필요하다.

이하는 별도로 참고하길 바란다. Starlink AT를 "군사적"으로 이용하는 사례에서, AT 안테나 평면이 지면과 같거나 약간 아래에 위치하도록 지표에 파놓은 구멍에 설치하는 경우가 빈번하다는 증거가 있다. 이러한 AT 배치 방식은 AT DNA 사이드 로브 이득을 더욱 약화시켜 PP원의 Starlink AT의 공간적 가용성을 더 복잡하게 만든다.

3. 잠재적 PP원에 대한 Starlink AT의 에너지적 가용성

Starlink AT에 공간적 가용성 조건이 주어지면 PP원은 수신단의 OSP 수준을 KA로부터 유효한 신호를 수신할 수 없는 수준까지 감소시킬 수 있다.

표 1의 자료와 DVB-S2x 표준의 ACM 스키마를 바탕으로 Starlink AT가 가장 강력한 간섭내성 신호-코드 구조 (부호율 1/2의 FEC 내혼신성 부호화 BPSK 신호) 를 사용하는 수신단 입력에서 예상되는 OSP 한계치는 -10㏈이라 예비적으로 결론지을 수 있다. 따라서 Starlink AT를 억제하려면 AT 수신단에서 유효 신호의 OSP를 해당 수치 이하로 감소시켜야 한다. 상술한 PP원의 AT 공간적 가용성에 대한 결론을 고려할 때, 이를 달성하기 위해서는 PP 출력을 AT 수신단 입력에서 +45㏈ 이상 등가적으로 증가시켜야 한다. Starlink SSS의 다른 잠재적 간섭내성 조치를 확실히 극복하기 위해 5-10㏈ 등가 에너지 예비запас를 참량參量하여 PP 출력을 AT 수신단 입력 위치에서 +50...+55㏈ 이상 등가적으로 증가시켜야 한다.

Starlink AT에 대한 PP원의 당 수준 에너지적 가용성 확보는 이하와 같은 요인들로 인해 복잡해진다:

1. 무선전자 감시 수단에 대한 Starlink AT의 낮은 공간적 가용성 수준 (본고 2절에서 논의된 모든 요인과 동일) 은 Starlink AT의 위치를 신뢰할 만큼 확정할 가능성을, 그로 인해 높은 이득률을 가지는 PP원 지향성 안테나를 효과적으로 사용할 여지를 감소시킨다. 결과적으로 PP원 구성에는 AT 방향으로 높은 이득을 갖지 않는 전방위 안테나가 사용될 가능성이 높으며, 이에 AT 에너지적 가용성을 증가시키려면 PP 송신단의 출력을 증가시켜야 하는데 이는 완전히 합리적 해법은 아니다.
2. 상기 사항 외에도 AT 및 PP원 간의 상당한 이격 가능성과 직접적인 무선가시성 조건을 확보할 필요성을 고려하여야 한다. 이로 인하여 첫째, PP원은 고고도 플랫폼 (대체로 항공 혹은 우주) 에 배치되어야 하는데 고출력 PP원의 장착은 표준 탑재 장비와 전자파 적합성 (EMS) 문제가 발생할 수 있으며 둘째, PP 출력은 AT까지의 이격 거리의 제곱에 반비례하여 감소하므로, 이는 AT 억제 작동 반경을 심각하게 제한한다. 아마도 PP원의 배치에는 자료 [15]에 설명된 것과 같은, 항공역학적으로 고정된 고고도 플랫폼을 사용해야 할 것이다.
3. 표 1에 의하면, 상기 언급한 OSP 감소는 Starlink AT가 15, 30, 60, 120, 240㎒의 5가지 공칭 폭을 가진 수신 채널에서 동작하기 때문에 최대 240㎒인 유효 신호의 충분히 넓은 주파수대에서 실시되어야 한다. 이처럼 넓은 주파수대에서 AT 수신단 입력에 PP 출력을 +50...+55㏈만큼 등가적으로 증가시켜야 하는 필요성은, 장벽 잡음noise jamming ─ 역자 주 및 유효 신호 주파수를 겨냥한 잡음을 생성하는 현대의 전형적인 PP원의 사용 가망성에 의문을 던진다.
4. 유효 신호 주파수대 240㎒ 전체를 억제하는 대신, Starlink SSS에서 AT 위에서 KA의 존재를 나타내고 유효 신호의 OFDM-구조에서 도플러 주파수 천이를 동기화하고 추적하는 데에 사용되는 파일럿-신호를 억제하는 것이 더 합리적일 수 있다 (그림 7, 8 참조).

그림 7. Starlink SSS 가입자 "하향" 채널의 파일럿-신호 [19]

동시에 협대역 파일럿-신호는 유효 신호 수준 대비 10-35㏈의 에너지 예비를 가진다 (그림 7 참조). 따라서 이를 억제하려면 AT 수신 입력단에서 PP 출력이 +85...+90㏈만큼 등가적으로 증가하여야 한다.

상기 요인들은 Starlink AT 사이드 로브 억제를 보장하기 위해서는 고고도 플랫폼 (바람직하게는 [15]에 설명된 것과 같은 표준 전원을 갖춘 고정식 정지 성층권 플랫폼) 에 지향성 안테나를 장비하고 다른 탑재 장치와 함께 EMS를 갖춘 강력한 PP원이 필요함을 시사한다. 이러한 PP원출력은 직접 무선가시선 영역과 PP 전파 범위를 고려하여 AT 수신단 입력에 약 +85...+90㏈만큼 등가적으로 증가하여야 한다. 형성된 PP 유형은 협대역이며, Starlink SSS 가입자 "하향" 채널의 파일럿-신호 주파수에 표적화된다.

그림 8. 반송 주파수의 도플러 천이 및 오프셋 보정 후 StarLink SSS의 가입자 "하향" 채널 파일럿-신호의 스펙트로그램 [20]

4. 잠재적 PP원에 대한 Starlink AT의 시간적 가용성

Starlink SSS의 특징은 KA가 해당 영역을 통과하는 동안 전체 위성하 영역을 서비스하지 않는다는 점이다. 그 대신 KA가 포밍하는 빔은 위성하 영역 변방에서 중앙까지 각각의 셀 집단을 순차적으로 서비스한다. 이 경우 여러 KA의 빔이 각각의 셀을 서비스할 수 있다 (그림 5, 6). 결과적으로 AT와 KA 간의 정보 교환은 항구적이지 않고, KA 빔이 해당 AT가 위치한 셀을 서비스할때에만 이루어진다. AT와 KA 간의 정보 교환 기간은 이하에 따라 달라진다:

• 위성하 영역에서 활성 AT를 갖는 셀의 수;
• 각 KA가 포밍하는 빔의 수;
• 빔이 위성하 영역 셀을 순차적으로 통과하는 순서;
• 광점 치수 내에 도달하는 셀의 수 (위성하 영역 변방엔 더 많은 셀, 중앙에선 셀 하나);
• 셀을 동시에 서비스할 수 있는 KA 수량.

위성하 영역의 셀 수는 7470개[1], 모든 셀에 활성 AT가 존재하며 KA 빔이 위성하 영역의 모든 셀을 균일하고 우선순위 없이 서비스하며 광점 치수가 10개 셀이라는 가정 하에 KA가 포밍하는 빔의 수와 동시에 셀을 서비스할 수 있는 KA의 수에 따라 임의의 KA와 AT 간의 통신 시간에 대한 대략적인 비율을 획득할 수 있다.

표 3 ─ KA가 포밍하는 빔 수 및 동시적 셀 서비스가 가능한 KA 수량에 따른 AT와 KA 간의 데이터 교환 시간의 백분율

본 표의 지표는 공간적 및 에너지적 가용성 이외에도 Starlink AT의 시간적 가용성에도 어려움이 있음을 보여준다. AT는 대부분의 기능시간 동안 데이터를 송수신하지 않고, 실제로는 KA 빔이 셀에 서비스될 때를 기다리며 유휴 상태를 유지함에 기인한다.

AT 대비 PP원의 시간적 가용성을 향상시키려면 억제된 AT와 동일한 광점의 커버리지에 있는 셀 집단에 있는 무선감시 수단을 사용하는 것이 합목적적이다. 무선감시 수단은 KA 빔이 해당 AT가 있는 셀에 서비스하는 순간을 기록한다. 이후 PP원은 능동 방출 모드로 전환되어야 한다. 특정 셀에 대한 서비스 시작 시점은 해당 셀에서의 KA 파일럿-신호 레벨의 증가 (그림 7 참조) 를 통해 기록할 수 있으며, 서비스 종료 시점은 파일럿-신호의 감쇠로 기록할 수 있다.

결론

상기 내용들을 종합하면, Starlink AT는 전형적 PP원에 대한 공간적, 에너지적, 시간적 가용성이 낮기 때문에 극히 높은 간섭내성을 가진다고 결론지을 수 있다 [16-18]. 현재의 무선공학 이론 및 응용의 개발 수준에서 Starlink SSS를 억제하는 고효과성 PP를 구축하는 과제는 간단한 해법이 존재하지 않는 복잡하고 비범한 과학-기술적 과제이다.

동시에 상술한 결론은 대부분 간섭적 무선신호를 유발하는 "고전적" PP원에 적용된다. Starlink SSS에 대한 심층 분석[1]은 내부 통신 프로토콜의 기능 특질과 시스템 취약성에 특화된 신유형 PP에 더욱 "민감"할 수 있음을 제시한다. 당 PP 유형과 SSS를 포함한 디지털 무선통신망에 대한 이들의 적용 여지는 [7, 12, 21-28]과 같은 연구들에서 고려되고 있다. 이하는 이러한 PP의 가장 간단한 유형들이다:

1. 억제 대상 셀에 대량의 가상/실제 사본 혹은 허위 AT를 생성하여 활성 가입자로 과부하 유발;
2. 위성하 영역에서 KA와 연결되어 "빈" 정보를 전송하는 AT 가상/실제 사본을 생성하여 KA 통신 자원을 소진;
3. 신호 구조 및 KA와의 연결 설정 절차를 겨냥하는 PP를 형성하여 KA와 AT를 연결하는 프로세스와 또한 KA와 AT 간의 핸드오버 절차를 침해;
4. 동적으로 변동하는 신호-잡음 환경을 조성하여 비정상적이고 과도적인 작동 모드를 유도하여 KA-AT 연결 효과성을 감소;
5. 허위 파일럿-신호를 기록하고 중계하여 AT를 허위 KA 시뮬레이터에 접속하도록 유도;
6. 정상적 KA-AT 연결 신호 구조로 표적화된 PP를 더 강력한 에너지로 기록하고 중계하여 연결 내 허위 정보 교환을 강요;
7. 동기화 신호, 프레임 헤더 등 시간에 표적화된 PP를 통한 수신 동기화 탄파綻破.

이러한 신유형 PP의 공통적 특징은 Starlink SSS를 무선기술 시스템이 아닌 특정 가입자인증 프로토콜, 주소지정 및 연결 설정 프로토콜, AT-KA 간 로밍 및 핸드오버 프로토콜 등을 특성으로 하는 컴퓨터 시스템으로 간주한다는 점이다. 이러한 PP를 형성하는 방법은 무선기술 분야보다는 정보 대치 분야에 더 가까움을 유의하여야 하며 본고에서는 Starlink SSS의 잡음내성 평가 문제 해결과 관련하여 이를 고려하지 아니하였다.

참고문헌

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저자 정보

세르게이 이바노비치 마카렌코 ─ 공학 박사, 준교수доцент. 과학 연구 부총장. M.A. 본치-브루예비치 교수 기념 상트-페테르부르크 국립 전기통신 대학. 연구분야: 의도적 불안정 요인에 대한 통신망 및 시스템 안정성; 무선전자전; 정보 대치. E-mail: mak-serg@yandex.ru