[진화하는 무인이동체 기술 어디까지 왔나?-②] 국내·외 무인이동체 주파수 이용 동향

2021.11.27 11:31:41

김기원 한국방송통신전파진흥원 전파자원기획팀 차장

저대역 드론제어용 주파수 발굴 및 확보 필요
드론산업 핵심 R&D개발·표준화 정립 등 요구

김기원 차장, 한국방송통신전파진흥원 전파자원기획팀 차장

 

무인이동체(드론)는 4차 산업혁명 시대의 기술융합 플랫폼이자 산업의 구조변화 및 효율성 증대를 이끄는 촉매로서 타 산업과의 융합 가속화 등 새로운 전기에 직면하고 있다.

 

물류·운송, 영상촬영, 농어업, 측량 및 재난감시 등 비가시권·장거리 비행에 대한 산업계 수요가 증가하고 있으며, 산업계는 상업용 드론의 활성화 조건으로 운용거리의 증대(통상 10km 이상)와 같은 제도개선을 요구하고 있다.

 

 

이에 따라 고화질 〮장거리 영상 전송 등으로 사용 가능한 주파수 자원의 효율적 확대와 제도 개선 등 주파수 정책의 적극적 추진도 함께 요구되고 있는 상황이다.

 

주파수 정책의 개념

 

주파수 정책이란 다양한 전파 수요에 대해 전파의 혼‧간섭 없이 사용하도록 적정 주파수 자원을 공급·확보하고, 주파수 자원을 효율적, 합리적이며, 공정하고 투명하게 공급·확보하는 것과 관련한 법·제도를 정립하는 일련의 정책이라 할 수 있다.

 

과거에는 주파수 자원의 적정 공급·확보가 주파수 정책의 중심이었으나, 최근에는 주파수 자원의 부족현상이 심화됨에 따라 유한·희소 주파수 자원을 효율적으로 활용하고 합리성·공정성·투명성 있는 정책을 수립하는 일의 중요성이 커지고 있다.

 

주파수 공급 정책은 특정 주파수 대역의 용도 업무와 이용자를 정하는 ‘공급’과 공급을 위한 자원의 ‘확보’로 구분할 수 있다. 공급은 다시 ‘분배’와 ‘이용권 부여’의 단계로 나뉘는데, 분배란 특정 주파수 대역이 이용될 수 있는 업무(고정, 이동 등 총 41가지)와 용도(IMT, 무인항공기 위성제어용 등)를 지정하는 것을 의미한다.

 

일반적으로 인접국가와의 혼·간섭과 장비·단말 생태계를 감안하여 국제 분배를 기초로 하되, 국내 수요를 추가 반영하여 국내 분배하는 형식으로 이뤄진다. 이용권 부여는 주파수의 이용권한을 특정주체에게 부여하는 행위로서 이용대가(경매 또는 정부산정 대가)를 받거나 무상으로 부여되기도 한다.

 

확보는 주파수 공급 수요를 충족하기 위해 주파수를 확보하는 것으로 신규 대역 확보와 기존 대역을 확보하는 방식이 구분되며, 신규 확보는 미공급대역의 활용과 회수 또는 공동사용을 통한 공급대역의 활용으로 이뤄진다. 여기서 회수는 특정 대역의 분배 및 이용권을 철회하는 것이며 공동사용은 특정한 대역을 둘 이상 이용자가 지역‧시간‧공간 분할 또는 기술적 조치 등을 통해 공유하는 것을 의미한다.

 

주파수 정책을 수립하고 추진하는 데에 따른 주요 고려사항은 △주파수 이용 현황을 분석하여 공급과 확보 방향을 설정하는 것, △미래 서비스와 기술 동향에 기초하여 주파수의 적정 대역과 대역폭을 도출하는 것, △인접대역이나 주변지역과의 혼·간섭이 발생하지 않도록 기술기준 등을 결정하는 것 등이 있다. 아울러 장비와 기기의 원활한 수급과 글로벌 로밍 등을 위해 국제적 조화(hamonization)를 이뤄야 하며, 기타 경제 산업적 파급 효과, 공정성 및 합리성, 투명성 및 예측가능성 등이 고려되어야 한다.

 

국내 드론 주파수 이용 현황

 

국내 무인이동체용 주파수는 대한민국 주파수 분배표상 무인항공기 제어용(지상, 위성)과 임무용으로 분류되며 대게는 드론용으로 통용된다. ITU(국제전기통신연합)가 무인항공기 전용의 제어용 주파수를 분배하고, 국내는 이를 준용하고 있으나, 임무용 주파수의 경우 각 국가별 분배가 상이하다.

 

 

국내는 5091~5150MHz 대역 59MHz 폭이 공급된 바 있으며(’16.10월), 제어용의 경우 소형 무인항공기는 2.4GHz와 5GHz 대역 비면허 주파수를 이용하고 중대형 무인기는 전용대역을 이용하는 추세에 따라 국내에서도 5,030~5,091MHz 대역을 지상제어용 주파수로 분배됐다(’12년).

 

주요국 무인이동체용 주파수 현황 및 동향

 

미국은 무인이동체용 주파수를 UAV(Unmanned aerial vehicle) control links, UAV Video and Telemetry용으로 구분하여 분배하고 있다.

 

420~450MHz 대역은 UAV control link(제어링크)로서 아마추어 비상통신용과 공동 분배되어 있다. 902~928MHz 대역은 ISM(Industrial Scientific Medical) 비면허 대역으로 Video and Telemetry용(영상전송, 관측용)으로 사용할 수 있다. 1.24~1.3GHz 대역과 비면허 5GHz 대역은 UAV video 링크용으로, 2.39~2.485GHz 대역은 control link와 video, telemetry용을 동시에 사용할 수 있다.

 

 

한편, 미연방통신위원회(FCC: Federal Communications Commission,)는 상업용 드론 이용의 안전하고 폭넓은 사용을 촉진하기 위해 기존 이용 중인 용도와의 공동사용을 통한 주파수 공급 확대 방안을 모색하고 있다.

 

2018년 12월 미 항공우주산업협회(AIA: Aerospace Industries Association)와 연방항공국(FAA: Federal Aviation Administration)은 L 대역(960~1164MHz)과 C 대역(5030~5091MHz 대역)의 무인항공시스템(UAS) 운용 관련 청원을 제출했다. 이에 FCC와 미 정보통신국(NTIA:National Telecommunication and Information Administration)은 960-1164MHz 대역(204MHz 폭의 기존 항공무선항행(aeronautical radionavigation service, ARNS)용과 5030-5091MHz 대역(61MHz 폭)의 기존 항공용(Microwave Landing Service, MLS)을 무인항공시스템용과 공동사용하도록 하는 방안에 대한 합동기관 보고서를 제출하고 관련 의견을 요청했다(’19.11월).

 

 

보고서의 검토 내용에는 무인항공기 시스템 사용의 허용 여부, 동 대역에서 무인항공기의 배타적 또는 공동사용 여부와 이에 따른 기술적, 법적, 운용상의 문제, 해당 대역이 UAS 이용, 즉 비가시권(BLOS: Beyond Line of Sight) 무인항공기 제어용 요구수준을 충족하지 못한다고 판단되는 경우의 여타 적정 후보 주파수 대역, 저고도 무인항공기를 지원하기 위해 기존 모바일 네트워크를 활용하는 방법 등이 포함됐다. 의견 요청사항은 FCC의 상업용 드론 주파수 이용 촉진 방안, UAS 관련 통신서비스 및 장비 제조업체의 전망, UAS 운용 관련 잠재적 간섭과 기타 기술적 문제 등이다.

 

의견 수렴 이후 FCC는 해당 대역의 주파수 할당 관련 검토 결과를 발표(FCC Office of Engineering and Technology, ’20.8월)했다. 보고서는 960~1164MHz 대역의 경우 기존 항공무선항행용에 미치는 영향에 상당한 우려가 있어 사용을 권장하지 않았다. 다만, 해당 대역의 무인항공기 제어용 이용에 관한 연구를 지속하고 규칙 제정이 필요할 경우 FAA, NTIA 및 이해관계자와 협력하여 연구를 계속해 나갈 예정임을 밝혔다.

 

보고서의 주요 내용으로는 해당 대역의 기존 이용현황조사 내용이 포함되었는데, 개인 및 상업용과 군용 항공기 충돌회피용(지상국과의 통신), 무선측위 장비, 항법 시스템용 등으로 사용되고 있으며 당초 군용 항공기용으로 설계되었지만 현재 민간항공기도 사용 중이다. 동 대역의 신규 분배는 잠재적으로 국가 영공시스템을 손상시킬 수 있으며, 보잉과 에어버스와 같은 민간항공사의 간섭우려 표명 사실도 언급되었다.

 

따라서 앞서 언급한 바와 같이 현재로서는 960~1164MHz 대역의 무인항공기용 이용 절차를 추진하는 것을 권장하지 않으나, 다만 공동사용 가능성을 지속 검토하겠다는 계획이다. 이에 FCC는 연방 및 민간 부문 이해관계자로부터의 피드백을 수집하여 간섭해결 조치를 파악할 예정이며 공동사용을 통한 잠재적 이점과 기술적 문제를 조사하여 이후 규칙 제정을 추진 예정임을 밝혔다.

 

반면 5030~5091MHz 대역은 UAS 작업을 위한 플랫폼으로 사용될 수 있다고 낙관하며, 이에 이용 규칙 마련을 위해 해당 대역의 무인항공기 제어용 링크 분배 관련 의견을 요청했다(FCC 공고, ’21.8월).

 

공고문에 따르면 무인항공기 이용은 그 간 비면허 주파수에 의존했지만, 인명과 재산 보호 목적에 필요한 신뢰성, 미래 성장성을 고려하여 면허 주파수의 할당 필요성이 대두되었음을 언급했다. 아울러 배달, 맵핑, 수색 및 구조, 장거리 인프라 점검 및 감시 비행과 같은 BLOS 작업 영역이 증가할 전망으로 당초 AIA의 요청사항인 LOS 이외에 BLOS 링크를 위한 면허도 고려해야 하는지의 여부도 의견요청 사항에 포함했다.

 

이밖에 △주파수 면허 부여 시 신청자들의 원격 조종 자격증 소지 여부, △자격증을 소지한 조종사를 통해서만 이용한다는 증명을 FCC가 요구해야 하는지의 여부, △주파수 공동사용에 따른 실시간 조정 요구를 충족하기 위한 기술, 장치, 표준에 관한 사항, 주파수 할당 승인 절차, 신청자의 최소 자격요건 또는 제한사항, 비행 이후 주파수 이용 차단 시 잠재적 안전 문제가 있는지의 여부, △인접 AeroMACS 대역 보호에 필요한 고도제한, 기술 제한사항, 주파수 대역을 분할하여 한 파트는 지역적 전용 할당 면허를 발급하는 방안에 대한 의견 등이 포함됐다. 5030-5091MHz 대역에서의 무인항공기 이용 표준에 대한 작업은 연말까지 완료될 것으로 예상된다.

 

유럽의 드론 주파수는 주로 2.4GHz, 5.8GHz 비면허 대역을 사용해왔으나, 최근 이용이 포화(overcrowded)되고 있어, 433MHz 대역의 이용을 확대 중이다.

 

유럽 우편전기통신주관청(CEPT: Conference of European postal & Telecommunication)에 따르면 현재 많은 드론 장비가 2.4GHz, 5.8GHz, 433MHz(433.05-434.79MHz) 대역을 사용 중이며, 2.4GHz, 5.8GHz 대역은 이용 포화와 출력제한 등의 문제로 추가 주파수 수요가 증가하고 있음을 나타냈다. 433MHz 대역의 경우 드론제어용으로 3개의 기본채널 사용(433.175MHz, 433.375MHz 및 433.575MHz)중인데, 대체로 433∼459MHz 범위의 주파수가 작동범위 측면과 비가시권 운용에 있어 적합함을 권고하고 있다(CEPT, 2018).

 

또한, 드론의 운용범위 확대와 안정성 제고 측면에서 전용 면허 또는 임시 전용 면허를 또한 안정적 드론 운용 프레임워크를 마련할 필요가 있음을 밝혔다. 현재 독일, 포르투갈 등 여러 유럽국가가 433MHz 대역을 드론제어 등 통신용으로 이용 확대 중이며, 스페인의 경우 지역적 승인을 통해 이용하는 유형도 보이고 있다.

 

일본의 경우 미국과 마찬가지로 기존 이용 용도와의 주파수 공동사용을 통해 드론제어용 주파수 부족에 대응하고 있다. 2483.5~2494MHz 대역과 5650~5755MHz 대역은 기존 이용 시스템의 운용 조정을 통해 드론제어용과 공동사용하도록 했으며, 특히 기존 무선랜 대비 출력을 4배 증대하여 향후 제어용 이용이 가능하도록 검토하고 있다. 시판 중인 드론의 이미지 전송거리는 약 300m 정도로 향후 기존 2.4GHz 대역 출력의 약 10배 수준까지 출력제한을 완화하여 5Km 거리의 장거리 통신까지 가능하도록 할 방침이다.

 

한편, 총무성은 보다 고품질의 드론 영상전송이 가능하도록 해당 대역과 73MHz 대역을 정비할 예정이다(총무성, ’20.3월). 169.050~169.3975MHz 대역과 169.8075~170MHz 대역(백업용)은 기존 이용 시스템과의 간섭회피를 위해 이격거리를 설정하였으며 현재 조종이미지 데이터 전송용 이용에 한정되어 있으나, 향후 제어용 이용도 가능하도록 검토할 예정이다. 또한, 해당 대역을 확장하여 저속 데이터 전송용(200kbps 정도)으로 활용이 가능하도록 검토하고 있다.

 

중국의 경우 주로 2.4GHz와 5.8GHz 대역을 사용 중이며, 장거리 제어를 위한 추가 주파수를 발굴 중이다. 현재 제어용으로 2.4GHz와 5.8GHz 대역을 90% 이상 사용하고 있으나 433MHz 대역 등도 드물게 사용하고 있는 것으로 보인다(ITU 전파감시센터, 2018).

 

 

국내 드론 주파수 정책 현황

 

국내 드론 주파수 정책은 과학기술정보통신부의 중장기 주파수 계획을 통해 살펴볼 수 있다. 2020년 산업생활 스펙트럼 플랜(’17.12월)에 따르면 지상제어용 5030∼5091MHz 대역의 채널 수 확대(대역폭 250kHz 기준) 및 출력 완화 계획이 발표되어 추진되기도 했다.

 

한편, 통신장비 수급의 용이성 등 산업 생태계를 고려하여 저대역의 전용 주파수(유럽 433MHz 대역 등)의 추가 발굴 및 확보가 요구되고 있어, 이후 5G+ 스펙트럼 플랜(’19.12월)과 같은 주파수 계획을 통해 433MHz 대역의 확보 계획 등이 언급되기도 했다.

 

추가적으로 고해상도 영상전송용 주파수(5091∼5150MHz)의 이용기준 마련과 비면허가 아닌 저고도 소형 드론제어 전용 주파수 분배의 검토도 이뤄지고 있다. 해당 대역은 기존 임무용 주파수의 경우 공항통신(AeroMacs)용과의 지리적 이격 등 상호공존 방안이 검토되어야 함에 따라 실제 이용을 위한 관련 논의가 추진되고 있는 상황이다.

 

맺음말

 

주요국들과 마찬가지로 국내에서도 통신장비 수급 용이성 등 산업 생태계를 고려하여 저대역의 장거리 드론제어용 주파수(433MHz 대역 등)의 발굴 및 확보와 출력 증대 방안 등이 검토되어야 할 시점이다. 특히 비가시권 드론 운용 주파수의 공급을 통해 드론 운용 반경 및 상업 활동의 범위가 확대되어야 할 필요가 있다.

 

중국의 DJI는 자체 통신기술을 개발하여 운용 반경을 획기적으로 확대(4∼7km)했으며, 일본(2.4GHz, 7GHz 대역), 중국(800MHz, 1.4GHz 대역)은 소형 드론 장거리 통신용으로 기존 비면허 대역보다 높은 출력을 사용할 수 있도록 면허 대역을 공급하고 있다.

 

특히 국내 433MHz 대역 등의 확보가 요구되고 있는데, 현재 기존 아마추어용 무선국과의 간섭을 최소화하기 위한 기술적 조치 등이 연구되고 있으며, 향후 공동사용을 위한 협의가 필요할 것으로 판단된다.

 

아울러 무인기 활용 비즈니스 모델의 시험운용 지원과 4차 산업을 준비하는 드론 산업의 핵심 R&D 개발, 표준화 정립 등도 요구된다. 이로써 미래성장 동력인 상업용 드론 시장의 활성화를 견인함과 동시에 생활 전반에 다방면으로 확산되고 있는 드론을 보다 편리하고 안전하게 이용할 수 있는 기반이 조성되어야 한다.

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