제9부 규격·프로토콜·인터페이스

9.15 셀룰러·위성·항공 이동 통신 표준: 3GPP UAS·NTN·ISAC·LDACS·AeroMACS·위성 C2

9.15.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자

3.13(위성통신)·3.14(셀룰러 연결 드론)·3.15(항공 통신 체계와 UAM)은 각각 물리와 시스템을 다루면서 "표준의 상세는 9.15"으로 미루었다. 이 장이 그 약속을 이행한다. 통신 장이 어떤 링크가 어떻게 동작하는가를 다루었다면, 이 장은 어떤 문서가 무엇을 정하며 그 문서에서 어떤 수치를 읽을 수 있는가를 다룬다. 3GPP는 연구 보고서·요구(Stage 1)·구조(Stage 2)·보안·무선 사양을 따로 발행하고, 항공 쪽은 ICAO의 SARPs와 ITU의 전파규칙·보고서가 같은 일을 한다. 두 계보의 문서를 직접 열어 읽은 범위와 읽지 못한 범위를 분리해 정리한다.

배우는 것:

• 3GPP의 UAS 사양군 — TR 36.777 연구, TS 22.125 요구(C2 방식 3가지·제어 모드 4가지·KPI 표), TS 23.256 구조, TS 33.256 보안의 구조와 수치.
• NTN — TR 38.821의 시나리오 표를 기하로 다시 계산하고, TS 38.101-5의 위성 운용 대역을 읽는다.
• ISAC — 통신망이 UAV를 감지·추적하는 요구(TR 22.837, TS 22.137)와 그 KPI의 내적 일관성.
• LDACS — Annex 10 제3권 제13장 제안 개정안의 RF 요구·성능·보안 요구와 양립성 수치.
• 위성 C2의 스펙트럼 근거 — ITU Res. 155(WRC-19 개정판)와 보고서 ITU-R M.2171의 요구 합산.
• 네 가지 워크스루 — C2 KPI에서 데이터율과 손실 횟수, 직접 방송의 조우 기하, NTN 지연·도플러의 재계산, LDACS의 채널·링크·양립성.

선수 지식: 3.11(C2 링크 설계), 3.13.7(NTN 개요), 3.14.6(3GPP의 UAS 지원 개요), 3.15.7(LDACS·AeroMACS), 3.19(스펙트럼 공학), 9.1(규격의 세계와 판 관리)을 읽었다고 가정한다.

특히 중요한 독자: 통신·링크 설계자는 9.15.3·9.15.4·9.15.6을, UTM·보안 담당자는 9.15.3.6·9.15.3.7을, 규제·스펙트럼 담당자는 9.15.4.1·9.15.7을, 항공 안전 인증 담당자는 9.15.6·9.15.11을 먼저 읽는다.

기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: 3GPP TS 22.125 V19.2.0(2024-06, UAS 지원 Stage 1, 전체), TS 23.256 V19.5.0(2025-12, UAS 연결·식별·추적 Stage 2, 목차와 4.1·4.4.3·4.5·5.2.1의 본문과 6.2.4.1의 QoS 매핑 표), TS 33.256 V19.2.0(2026-01, UAS 보안, 범위·개요와 5.3·5.5·5.6·5.7·5.8의 본문), TR 36.777 V15.0.0(2017-12, 결론과 평가 가정), TR 38.821 V16.2.0(2023-03, 표 4.2-2·7.1-1과 관련 본문), TS 38.101-5 V20.1.0(2026-09, 5.2절 운용 대역), TR 22.837 V19.4.0(2024-06, UAV 사례 5.10과 KPI 표), TS 22.137 V21.0.0(2026-09, 범위와 UAV 서술), ITU Resolution 155(WRC-15 원문과 Rev. WRC-19), 보고서 ITU-R M.2171(2009)의 요약·표 7~9, ICAO Annex 10 제3권 제13장(LDACS) 제안 개정안 텍스트(통신 패널 데이터 통신 기반 작업반 제6차 회의 문서의 부록 A, 15쪽, ldacs.com 공개본). 읽지 못한 것: 3GPP의 무선·프로토콜(Stage 3) 사양(TS 38.300·38.213·36.331 등), TR 22.829와 TR 38.811(내려받았으나 읽지 않음), ICAO Doc 10172(LDACS 매뉴얼)와 Annex 10의 채택 본문(제안문이 채택되었는지 확인하지 못했다 (확인 필요)), AeroMACS 표준 본문(RTCA DO-345·346, EUROCAE ED-222·223, ARINC 766), WRC-23 최종 문서의 Res. 155 개정판(Rev. WRC-23), ITU-R M.2233, RTCA DO-362A·DO-377A(9.13). 읽지 못한 부분은 (확인 필요)로 표시했다.

9.15.2 개념·직관 — 통신 표준은 네 층의 문서이다

네 층. 3GPP는 같은 주제를 ① 연구 보고서(TR: 가능성·결론·평가 가정, 규범이 아님), ② Stage 1(서비스 요구: 무엇이 필요한가), ③ Stage 2(시스템 구조: 어떤 기능과 절차로 하는가), ④ Stage 3(프로토콜과 무선 사양: 비트 수준)으로 나눈다. 항공은 ICAO가 SARPs로 무엇을 만족해야 하는가를 정하고 RTCA·EUROCAE가 성능 표준(MOPS)으로 어느 수치로 입증하는가를 정한다(9.1, 9.13). 이 책이 읽어야 하는 것은 요구가 어느 층의 어느 문서에 어떤 수치로 있는가이다.

판 표기. 3GPP 파일 이름의 판 문자는 릴리스 번호를 나타낸다(j=19, k=20, l=21). 이 장이 내려받은 22125-j20은 릴리스 19의 19.2.0판, 22137-l00은 21.0.0판이다. 같은 사양이 릴리스마다 새 판을 내므로 인용에는 릴리스와 판과 날짜를 함께 적어야 한다(9.1.10).

세 접속 경로. UAS C2와 데이터를 나르는 경로는 지상 셀룰러(3.14), 위성(3.13), 항공 전용 링크(3.11, 3.15)이다. 이 장은 각 경로의 표준 문서가 정하는 것을 읽는다. 경로마다 문서의 성격이 다르다. 셀룰러는 상용망 표준이 항공 요구를 받아들이는 구조(3GPP가 UAS 요구를 정함)이고, 항공 전용 링크는 항공 당국이 정한 요구를 장비가 만족하는 구조(Annex 10)이며, 위성 C2는 전파 배분(ITU) 에서 시작해 서비스 표준이 아직 얇은 영역이다.

9.15.3 3GPP의 UAS 사양군

9.15.3.1 TR 36.777 — 연구가 남긴 결론

TR 36.777 V15.0.0(2017-12, "Enhanced LTE Support for Aerial Vehicles")의 결론은 다섯 항목이다. ① 간섭 탐지: 단말이 보고하는 측정이 하향 간섭 탐지에 유용하고, 상향은 기지국 측정이나 단말 보고에서 추정하며, 이동성 이력·속도 추정·타이밍 어드밴스·위치 정보가 보조가 된다. ② 하향 완화: Rel-13 FD-MIMO·방향성 안테나·수신 빔형성·동일 기지국 조정 전송 등은 이득이 있으나 일부는 구현 사항이어서 사양 개정이 필요 없고 조정된 자료·제어 전송은 사양 영향이 있다. ③ 상향 완화: 단말별 경로 손실 보상 계수·P0 등 전력 제어, FD-MIMO, 방향성 안테나. ④ 이동성: 일부 시나리오에서 공중 단말의 핸드오버 실패·무선 링크 실패가 지상 단말보다 나쁘고 시골이 도시보다 낫다. ⑤ 식별: 단말의 무선 능력 지시와 가입 정보, 비행 중 표시·고도·위치·이동 이력으로 식별한다. 연구는 LTE 망이 공중 단말을 서비스할 수 있으나 상향·하향 간섭과 이동성의 어려움이 있고 밀도가 높을수록 두드러진다고 맺는다. 이 결론은 3.14.6이 검색 요약으로 적었던 서술과 일치한다.

C&C 요구와 평가 가정. 같은 TR은 C&C(명령·제어) 트래픽을 한 방향 50 ms(기지국에서 UAV까지), 60~100 kbps, 패킷 오류율 10⁻³ 이하로 두고, 평가에서는 1,250 B를 100 ms마다(= 100 kbps) 보낸다고 가정했다. 평가 결과는 "자원 사용률이 낮으면 50 ms 안에 높은 신뢰도로 전달되고, 한 출처의 결과는 사용률 22 % 미만에서 99.9 %를 얻는다"는 취지이다. 사용률이 오르면 고도가 높을수록 같은 신뢰도에 더 많은 자원이 든다.

9.15.3.2 TS 22.125 — 요구의 구조와 C2 방식

TS 22.125 V19.2.0(2024-06)은 UAS 지원의 Stage 1 사양이다. 4.2절은 3GPP망을 C2 전송에 사용하는 세 방식을 정의한다.

문서는 신뢰성과 가용성을 위해 둘 이상의 C2 통신을 활성화해 하나를 예비로 두거나 전환할 수 있다고 적는다(직접 C2로 시작해 비가시권에서 망 지원 C2로 전환하는 예). 제어 모드는 네 가지(경유점 조종·직접 스틱 조종·UTM 자동 비행·자율 항행 인프라 접근)이고, 하나의 UAV는 한 시각에 하나의 조종기가 제어한다. 어느 조종기가 활성인지를 보장하는 메커니즘은 3GPP의 범위 밖이다.

9.15.3.3 TS 22.125의 C2 KPI 표

표 7.2-1(UAV C2의 KPI)이 이 장에서 가장 중요한 수치이다. 크기는 응용 계층이며 헤더와 보안 부하를 뺀 값이고 신뢰도는 "요구 지연 안의 응용 계층 성공 확률(망 커버리지 안)"이다(표의 NOTE).

최대 지상 속도 열은 경유점 조종 300 km/h, 직접 스틱 조종 60 km/h, UTM 자동 비행 300 km/h, 인프라 접근 50 km/h이다. 직접 스틱 조종에는 영상 피드백이 필요하다고 적고 영상 KPI는 표 7.2-2에 있다(이 장은 그 표를 읽지 않았다). 표 7.1-1은 탑재체 응용의 KPI로, 8K 생중계는 상향 100 Mbps·종단 200 ms(고도 100 m 미만), 4개 4K 영상 AI 감시는 상향 120 Mbps·20 ms(고도 200 m 미만)이다(평탄화된 표 변환본에서 읽은 값이며 행 대응은 확인이 필요하다 (확인 필요)). 같은 표의 NOTE는 활성 UAV 밀도를 200 km²당 10대, 최대 고도 300 m, 평균 속도 60 km/h로 둔다.

9.15.3.4 워크스루 I — KPI에서 데이터율과 손실 횟수

표의 간격과 크기로 응용 계층 데이터율을 계산한 것이 그림이다(9.15-calc.py). 직접 스틱 조종은 24 B를 40 ms마다 받아 4.8 kbps이고 UAV가 보내는 상태 메시지는 최대 28.0 kbps이다. 가장 큰 항목은 UTM 자동 비행의 수신(상한 80 kbps)과 인프라 접근(양방향 64 kbps)이다. 가장 큰 값이 80 kbps여서 TR 36.777의 평가 모델(1,250 B/100 ms = 100 kbps)이 표 7.2-1의 어느 항목보다도 크다.

크기가 아니라 헤더가 지배한다. 24 B 조종 메시지에 IPv4와 UDP 헤더 28 B(가정)를 더하면 실제 전송 크기는 응용 크기의 2.17배이다. 표가 헤더와 보안 부하를 빼고 적었으므로 링크 설계(3.11)는 이를 더해야 한다. 84 B 상태 메시지는 1.33배, 4 kB 메시지는 1.01배이다.

신뢰도는 횟수로 바꾸어 읽는다. 99.9 %는 "1,000번 중 1번의 기한 초과·손실"이며 비행 시간으로 바꾸면 크다. 40 ms마다 보내는 스틱 조종 메시지는 시간당 90,000개이고 기한 초과·손실이 시간당 평균 90건이다. 경유점 조종(1 s)은 시간당 3.6건, 인프라 접근의 수신(99 %, 500 ms)은 시간당 72건이다. 표의 신뢰도는 메시지 하나의 확률이므로 연속 손실이나 상관을 말하지 않으며, 90건이 한꺼번에 몰리는지 흩어지는지는 요구가 정하지 않는다.

9.15.3.5 직접 방송과 UTM 지연 요구 — 워크스루 II

R-5.2.2(분산 UTM의 직접 방송). UAV가 근거리 충돌 회피를 위해 식별·유형·위치·시각·경로·속도·상태를 방송하는 직접 UAV 대 UAV 서비스에 대해, 3GPP 시스템은 상대 속도 320 km/h까지, 페이로드 50~1,500 B(보안 성분 제외), 범위 600 m, 초당 10개 이상, 종단 지연 100 ms 이하를 지원해야 한다(R-5.2.2-007~011). 망의 커버리지 안팎과 서로 다른 PLMN에서도 사용 가능해야 한다(005·006). R-5.2.1(UTM) 은 경로 변경 정보와 알림을 500 ms 미만에 UAS와 조종기에 전달할 것을 요구한다(002·003).

조우 기하(워크스루 II). 상대 속도 320 km/h는 88.89 m/s이다. 범위 600 m에서 정면으로 접근하면 충돌까지 6.75초이고 그동안 방송은 67.5개(초당 10개)이다. 종단 지연 100 ms 동안 상대 거리가 8.89 m 줄어든다. 1대의 방송 부하는 50 B에서 4.0 kbps, 1,500 B에서 120 kbps이다. 범위 원(반지름 600 m)의 면적은 1.131 km²이다. TS 22.125의 표 7.1-1 밀도(200 km²당 10대)에서는 평균 0.0565대이지만, 가정으로 밀도를 10대/km²와 100대/km²로 두면 범위 안이 11대와 113대이고 합산 방송 부하는 50 B에서 45 kbps와 452 kbps, 1,500 B에서 1.4 Mbps와 13.6 Mbps이다. 방송은 수신자 수와 무관하나 송신자 수에 비례해 채널을 채운다는 점이 밀집 지역의 설계 한계이다.

9.15.3.6 TS 23.256 — Stage 2의 기능 지도

TS 23.256 V19.5.0(2025-12)은 5GC와 EPC에서 UAV 기능을 정의한다. 4.1절의 기능 목록과 5장의 절차를 묶으면 다음과 같다.

식별자. CAA 수준 UAV ID의 형식은 3GPP 밖에서 정해지고, UAV는 최소한 일련번호, CAA 발급 등록 식별자(Session ID), USS 발급 UUID를 지원해야 한다. 이 릴리스에서 CAA 수준 ID는 UAV에만 할당되고 조종기(UAVC)에는 할당되지 않는다. 3GPP UAV ID는 가입 정보의 GPSI(외부 식별자)이며 USS가 두 ID의 대응을 저장한다. 문서는 CAA 수준 ID의 개인정보 보호와 위조 방지는 이 사양의 범위 밖이라고 적는다(4.5.2).

지오펜싱은 정의하지 않는다. 4.1절의 NOTE는 지오펜싱(비행 중)과 지오케이징(지상에서 비행을 준비하는 기체)이 USS의 항공 교통 관제 기능이며 3GPP에는 특정 메커니즘이 정의되어 있지 않고 위치 서비스·이벤트 통지·C2 연결 같은 기반 기능만 제공한다고 밝힌다. 송신 금지 구역의 강제도 UAV의 구현 사항이다. 지오존 자료의 형식과 교환은 9.14가 다룬 ED-269·ED-318 계열의 몫이다. TS 22.125의 요구 R-6.7(비행 경로·구역 관리)과 TS 23.256의 기능 사이에 이처럼 책임이 나뉜다.

QoS 매핑(표 6.2.4.1-1). TS 23.256은 PC5 위의 A2X 통신을 표준화된 PQI 값으로 매핑한다. Stage 1의 KPI가 Stage 2에서 패킷 지연 버짓과 패킷 오류율이 되는 지점이다.

TS 22.125 표 7.2-1의 직접 스틱 조종(종단 지연 40 ms, 신뢰도 99.9 %)은 PQI 43(40 ms, 오류율 10⁻³)과, 경유점 조종(1 s, 99.9 %)은 PQI 42(1,000 ms, 10⁻³)와 같은 수치이다. 방송은 오류율이 10⁻²(99 %) 이어서 R-5.2.2-011의 100 ms 요구에 Stage 2가 백분위를 더하는 셈이다(PQI 65와 62의 지연 버짓이 100 ms인 것을 R-5.2.2-011의 대응으로 읽은 것은 이 책의 추정이다). GBR(보장 비트율)은 유니캐스트에만 쓸 수 있고 방송은 비GBR이며, A2X는 V2X를 따르되 그룹캐스트는 지원하지 않는다(6.2.4.1). 방송 계열의 오류율 10⁻²는 C2의 10⁻³보다 한 자릿수 느슨하다.

9.15.3.7 TS 33.256 — 보안의 경계

TS 33.256 V19.2.0(2026-01)은 TS 23.256의 구조에 대한 보안 특성을 정한다. 읽은 범위에서 핵심은 무엇을 보호하고 무엇을 보호하지 않는가이다.

곧 이 사양은 방송 신호(방송 Remote ID, 방송 DAA)의 보호를 요구하지 않으며 인증·무결성도 요구에 없다고 읽힌다. 이는 ADS-B와 같은 구조적 약점(9.12)이며, 방송 식별의 위조 방지는 응용 계층(9.12의 Remote ID 인증 필드)이나 USS의 위치 검증에 맡겨진다. 직접 C2에서는 키 재료를 누가 어떻게 배포하는가가 이 사양의 바깥에 있다. 감항 보안 요구(8.11)와 연결하려면 이 바깥 부분을 별도로 입증해야 한다(9.19).

9.15.4 NTN — 위성을 셀룰러 표준 안으로

9.15.4.1 TR 38.821의 시나리오와 TS 38.101-5의 대역

TR 38.821 V16.2.0은 NTN을 정지궤도(고도 35,786 km)와 600·1,200 km 저궤도의 네 시나리오(A 정지궤도 투과형, B 정지궤도 재생형, C 저궤도 투과형, D 저궤도 재생형)로 정리하고, 연구 결과는 정지궤도와 고도 600 km 이상의 원궤도 비정지 위성에 적용된다고 밝힌다(표 4.2-2 아래). 단말은 앙각 10° 이상, 서비스 링크 대역은 6 GHz 미만(예: 2 GHz)과 6 GHz 초과(예: 하향 20 GHz·상향 30 GHz), 단말 운동은 정지궤도 시나리오에서 1,200 km/h(항공기)까지이다.

TS 38.101-5 V20.1.0(2026-09)의 5.2절은 위성 운용 대역을 정의한다. NTN 위성 대역 번호는 n256에서 내림차순이다.

이 표는 일부(n253~n250, n247, n511·n510, n508 생략)이며 모두 FDD이다. Ku 대역의 n248·n509(상향 14.0–14.5 GHz)는 ITU Res. 155의 FSS 대역(상향 14–14.47 GHz)과 주파수가 중첩한다(9.15.7). 이 중첩이 의도된 연결인지는 문서에서 확인하지 못했다 (확인 필요).

9.15.4.2 워크스루 III — 왕복 지연과 도플러의 재계산

TR 38.821의 표 4.2-2는 앙각 10°에서의 최대 사거리(정지궤도 40,581 km, 600 km 1,932 km, 1,200 km 3,131 km)와 최대 왕복 지연을 싣는다. 평균 지구 반지름 6,371 km와 광속 299,792,458 m/s로 사거리를 다시 계산하면 $d=-R\sin\varepsilon+\sqrt{(R\sin\varepsilon)^2+2Rh+h^2}$이고 모두 문서 값과 일치한다. 왕복 지연은 투과형이 서비스 링크와 피더 링크 둘 다, 재생형이 서비스 링크만 포함하며 재계산값이 표와 소수점 둘째 자리까지 같다.

도플러. 문서의 최대 도플러는 저궤도 600 km에서 24 ppm, 1,200 km에서 21 ppm이다. 지구 자전을 무시하고 궤도 속도(600 km에서 7.562 km/s, 1,200 km에서 7.256 km/s)의 앙각 10° 시선 성분 $v\,R\cos\varepsilon/(R+h)$로 계산하면 22.70 ppm과 20.06 ppm이다. 적도의 자전 속도(0.4651 km/s)가 최대 1.55 ppm을 더하므로 24.25 ppm과 21.61 ppm이 되어 문서 값에 가깝다. 문서가 자전을 반영했는지는 확인하지 못했다 (확인 필요). 2 GHz에서 24 ppm은 약 48 kHz, 20 GHz에서는 약 480 kHz이다. 정지궤도의 0.93 ppm은 위성이 지구 고정이어서 이 식이 적용되지 않는다.

HARQ. 문서는 NR의 HARQ 왕복이 수 ms 수준인 데 비해 NTN의 전파 지연이 수 ms에서 수백 ms이므로, 정지 대기(stop-and-wait)를 피하려면 HARQ 프로세스 수를 늘리는 해법이 논의되었다고 적고, 16개 프로세스 기준에서 32~256개로 늘린 경우를 시뮬레이션한다. 슬롯마다 전송한다고(1 ms 슬롯 가정) 하면 연속 전송에 필요한 프로세스 수의 이론적 하한은 정지궤도 투과형 542개, 600 km 투과형 26개, 재생형 13개이다. 최종 규범 사양이 정한 프로세스 수와 대응은 이 장이 읽지 않았다 (확인 필요).

9.15.4.3 UAS C2에 주는 의미

그림의 단방향 지연과 TS 22.125의 KPI를 대조해 읽으면 다음이 보인다. 직접 스틱 조종의 종단 지연 40 ms는 정지궤도 위성 경로로는 전파 지연만으로 불가능하다(재생형 119 ms, 투과형 239 ms 이상). 600 km 저궤도는 투과형이 가장 불리한 앙각 10°에서도 12.9 ms로 전파 지연은 40 ms 안이지만, 처리·스케줄링·지상망 지연이 더해지므로 여유는 크지 않다. 반면 경유점 조종(종단 1 s)과 UTM 자동 비행(5 s)은 정지궤도로도 전파 지연은 만족한다(270.7 ms). 곧 위성 경로는 조종 모드에 따라 사용 가능 여부가 달라지며, 3.13.7이 말한 이중 경로(지상 셀룰러와 위성)를 설계할 때 스틱 조종은 위성에 맡기지 않는 것이 문서에서 읽히는 결론이다. C2 링크의 지연 버짓과 링크 상실 절차는 3.11이 다룬다.

9.15.5 ISAC — 통신망이 감지를 겸할 때

TR 22.837 V19.4.0(2024-06, 릴리스 19)은 통신과 감지의 통합(ISAC)의 사용례와 요구를 연구한 타당성 보고서이다. UAV 관련 사례는 5.10(UAV 비행 궤적 추적)·5.12(망 지원 감지로 UAV 충돌 회피)·5.13(UAV 침입 탐지)이다. 5.10의 표 5.10.6-1은 UAV 궤적 추적의 감지 결과 KPI를 다음과 같이 둔다.

주석은 UAV의 존재 탐지(침입 탐지) 에는 거리 해상도 10 m·속도 해상도 10 m/s로 충분하고 비행 추적(충돌 탐지·경고) 에는 1 m·1 m/s가 필요하다고 적고, 갱신율 1 Hz는 상용 레이더 제품의 스캔율(약 1 Hz)을 인용한다 (공개 주장치). TS 22.137 V21.0.0(2026-09, 릴리스 21)은 ISAC의 Stage 1 사양으로 감지 서비스가 UAV와 새 같은 물체를 탐지·추적해야 한다고 정하고 전형적인 UAV 크기를 1.6 m × 1.5 m × 0.7 m로 둔다. TS 22.125의 R-6.8-004는 사용자 동의와 국가 규정에 따라 5G 무선 감지로 얻은 공중 물체 위치를 UTM에 제공할 수 있다고 적는다.

내적 일관성 점검. 갱신율 1 Hz에서 평균 속도 60 km/h(TS 22.125 표 7.1-1의 가정)의 UAV는 갱신 사이에 16.7 m, 160 km/h에서는 44.4 m 이동한다. 표가 요구하는 위치 정확도 1~2 m보다 갱신 사이의 이동이 한 자릿수 크다. 곧 정확도 요구는 갱신 순간의 값이고 두 갱신 사이는 예측(보간)으로 구해야 한다. 미탐지 5 %가 독립이라면 연속 2회 놓칠 확률은 0.25 %, 3회는 0.0125 %이며 60 km/h에서 3회 연속 놓치면 약 67 m(4갱신) 구간의 위치가 없다. 이 값들은 요구의 구조를 보인 것이며 5G망이 이를 만족한다는 증거가 아니다. 이 장은 ISAC의 Stage 2·3 사양을 읽지 않았고 상용 배치 현황을 확인하지 못했다 (확인 필요).

9.15.6 LDACS — 항공 전용 L 대역 데이터링크

9.15.6.1 제안 개정안의 구조

읽은 문서는 Annex 10 제3권(통신 체계)에 제13장 LDACS를 신설하는 제안 개정안 텍스트(통신 패널 데이터 통신 기반 작업반 제6차 회의 문서의 부록 A, 15쪽)이다. 이 제안문은 LDACS를 모든 공역(항로·터미널·공항)의 안전·정규성 통신을 위한 고용량 지상 데이터링크, 셀룰러 기술의 파생으로 L 대역 공존·ATS 기준 2(ATS-B2) 이후·AOC 요구에 맞춘 것으로 소개하고, 상세는 LDACS 매뉴얼(ICAO Doc 10172) 에 둔다고 적는다. 구성은 정의(13.1)·소개(13.2)·일반(13.3)·RF 특성(13.4)·항공기 설치(13.5)·지상 설치(13.6)·성능(13.7)·보안(13.8)·인터페이스(13.9)·응용(13.10)이다. 이 제안문이 Annex 10에 채택되었는지는 확인하지 못했다. 3.15.7이 인용한 2차 자료는 통신 패널의 SARPs 채택(2023년 4월)과 항공항행위원회 검토 잔여를 말하고, 이 장의 검색은 같은 시기 ICAO의 Annex 10 개정이 ATN/IPS 쪽이었다는 것만 확인했다 (확인 필요).

9.15.6.2 핵심 수치

성능 절은 LDACS가 RCP130(ED-228A·DO-350A)을 만족함을 시연했고 RCP60은 만족할 것이라고 주석으로 적는다. 보안 절(13.8)은 가용성·연속성, 무결성, 진본성, 상호 인증(항공기와 지상 시스템), 접근 제어, 침입 전파 방지, 서비스 거부 방어, 보안 이벤트 기록을 "능력을 제공하라"는 요구로 두며 기밀성은 권고(should) 이다. 이는 8.11의 감항 보안 요구가 링크 표준에 어떻게 내려오는지의 사례이다.

9.15.6.3 워크스루 IV — 채널·링크·양립성

채널 번호. 중심 주파수는 $f=960+0.5\,n$ MHz(LC#n)이다. 제안문의 표와 일치한다(LC#8=964, LC#100=1010, LC#330=1125, LC#392=1156, LC#408=1164 MHz). 순방향 대역은 LC#300~392의 93개, 역방향은 LC#8~100의 93개 채널이다. 1030·1090 MHz에는 최소 20 MHz 보호 대역을 두고 채널을 할당하지 않는다. 부반송파 수는 주석이 두 곳에서 50개(PAPR)와 51개(스펙트럼 마스크)로 다르게 적혀 있다. 50 × 9.765625 kHz = 488.28 kHz이고 51개는 498.05 kHz이다. DC 부반송파를 포함하는지에 따른 차이로 보이나 확인하지 못했다 (확인 필요).

도플러와 보호 시간. 850 kt는 437.3 m/s이고 도플러는 순방향 1,156 MHz에서 1,686 Hz, 역방향 964 MHz에서 1,406 Hz로 부반송파 간격의 약 0.17배이다. 유효 심볼 길이는 $1/9.765625\ \text{kHz}=102.4$ µs이다. 보호 시간 4.8 µs는 경로 차 약 1,439 m에, 지상국 동기 오차 1.6 µs(보호 시간의 1/3)는 약 480 m에 해당한다.

200 NM 링크. 200 NM은 370.4 km이다. 자유 공간 손실은 순방향 1,156 MHz에서 145.1 dB이므로 지상국 EIRP 44 dBm에서 수신 전력은 −101.1 dBm이다. 498.05 kHz 열잡음에 잡음지수 6 dB(가정)를 더한 잡음은 −111.0 dBm이어서 약 9.9 dB의 SNR이다. 역방향 1,010 MHz·항공기 41 dBm은 수신 −102.9 dBm, SNR 약 8.1 dB이다(안테나 이득·케이블 손실 0 가정). 안테나 이득과 대기·다중경로 여유를 더하는 링크 버짓은 3.8가 다루며, 제안문이 요구하는 BER 10⁻⁶에 필요한 SNR은 매뉴얼(Doc 10172)에 있어 읽지 못했다.

이웃 시스템 보호. 제안문은 LDACS의 대역 외 전력 밀도를 SSR(1030 MHz)에서 −104 dBm/MHz, ADS-B·TCAS(1090 MHz)에서 −113 dBm/MHz, UAT(978 MHz)에서 −104 dBm/MHz 이하로 제한한다. 주석은 I/N −10 dB와 듀티 사이클 10 %(허용 +10 dB)를 근거로 든다. 같은 가정(SSR 잡음지수 7 dB, ADS-B 4 dB)으로 다시 계산하면 허용 간섭이 −107.0 dBm/MHz와 −110.0 dBm/MHz로, 제안문의 −104와 −107(여기에 6 dB 여유를 두어 −113)보다 3 dB씩 낮다. 안테나 끝 기준과 수신기 입력 기준의 차(케이블 손실 등)일 수 있으나 제안문이 밝히지 않아 확인하지 못했다 (확인 필요). 이 점검은 표준의 수치를 읽을 때 유도 과정을 다시 계산해 보라는 것의 사례이다.

9.15.6.4 AeroMACS

AeroMACS는 5091–5150 MHz에서 공항 지상 표면의 광대역 통신에 사용하는 규격이다(3.15.7). 이 장은 AeroMACS의 표준 본문(RTCA DO-345·346, EUROCAE ED-222·223, ARINC 766)과 Annex 10 조항을 읽지 못했고 3.15.7의 2차 자료 서술을 넘는 사실을 더하지 않는다 (확인 필요). UAS에서 AeroMACS는 공항·버티포트 지상 구간의 가능한 링크이지만 UAS C2용으로 규정된 표준은 확인하지 못했다.

9.15.7 위성 C2의 스펙트럼 근거 — ITU Res. 155와 보고서 M.2171

Res. 155(WRC-15, Rev. WRC-19). 비분리 공역의 UAS 통제·비페이로드 통신(CNPC) 을 위해 정지궤도 FSS 네트워크의 특정 주파수 대역을 사용하는 규정이다. 허용 대역은 하향 10.95–11.2·11.45–11.7·11.7–12.2(2지역)·12.2–12.5(3지역)·12.5–12.75 GHz(1·3지역)와 19.7–20.2 GHz, 상향 14–14.47 GHz와 29.5–30.0 GHz이다. Rev. WRC-19는 UAS CNPC 링크가 ICAO 협약에 따라 수립된 국제 표준과 권고 방식에 따라 운용될 것임을 전제하고(인식 a), WRC-15 원문은 이 조건이 ICAO가 SARPs를 정할 수 있는지를 예단하지 않는다고 밝혔다(원문의 인식 b, Rev. WRC-19에서 같은 문구인지는 확인하지 못했다). 부속서 2는 고정업무 보호를 위해 기내 지구국이 14.0–14.47 GHz에서 도래각 $\theta$에 따른 잠정 전력 속 밀도 한계($0^\circ\le\theta\le40^\circ$에서 $-132+0.5\theta$, $40^\circ<\theta\le90^\circ$에서 $-112$ dB(W/(m²·MHz)))를 충족하도록 한 'WRC-15에 제공된 예'를 싣고, WRC-19에 제공된 예(5.505에 열거된 국가의 14.0–14.3 GHz에서 $15\log(\theta+0.9)-124$)도 싣는다. WRC-23이 Res. 155를 검토하도록 되어 있었으나 개정판(Rev. WRC-23)의 본문은 읽지 못했다 (확인 필요). 이 장의 본문은 Rev. WRC-19에 근거한다.

보고서 ITU-R M.2171(2009). 비분리 공역의 UAS 운용 특성과 스펙트럼 요구를 정리한 보고서(규범이 아니라 근거 자료)이다. 두 방법론으로 합산한 결과는 다음과 같다(9.15-calc.py).

요약은 지상 최대 34 MHz, 위성 최대 56 MHz이다. 합계는 표의 세 범주 합과 일치한다(지역빔은 56.30으로 0.01 차이). 표 7은 첨두 시 UA 수를 10,000 km²당 대형 0.440·중형 1.950·소형 8.031(합 10.421)대로 두고 스폿빔(반지름 391 km, 면적 480,290 km²)당 501대라 적는다. 밀도에 면적을 곱하면 500.5대로 일치한다. 지역빔(780만 km²)은 밀도×면적이 대형 343.2·중형 1,521.0(소형 제외 합 1,864.2)로 표(341·1,515·1,856)보다 0.4~0.6 % 크다. 표의 면적과 약간 다른 값을 썼다고 볼 수 있다. 이 보고서가 2009년의 2030년 전망 가정임을 감안해 읽어야 한다. WRC-12가 5030–5091 MHz를 지상 가시선 UAS C2에 배분했다는 것은 2차 자료로 안다(3.11·3.15.7). 61 MHz는 지상 요구 34 MHz의 1.79배이다.

9.15.8 설계 트레이드오프 — 어느 경로에 어느 표준을 걸 것인가

방식을 셋으로 펼친다.

① 상용 셀룰러(3GPP) 중심. 요구(TS 22.125)·구조(TS 23.256)·보안(TS 33.256)이 한 사양군으로 정리되어 있고 문서가 공개되어 읽기 쉽다. 단점은 항공 안전 규격과의 연결이 얇다는 점이다. KPI는 서비스 요구이지 감항 입증 기준이 아니며, 방송 계층은 보안 요구가 없고 직접 C2의 키 재료는 범위 밖이다. 지오펜싱 같은 안전 기능은 정의되지 않는다.

② 위성(NTN·정지·저궤도) 보조. 비가시권·원거리에 유일한 광역 경로이다. 표준은 전파 지연과 도플러를 정면으로 다루지만(TR 38.821) 조종 모드에 따라 적용 가능성이 갈린다(9.15.4.3). 스펙트럼 근거(Res. 155, M.2171)는 있으나 서비스 수준 표준은 얇다.

③ 항공 전용 링크(LDACS·C2 대역). 안전 서비스를 전제로 설계되고 ICAO 체계에 들어가며 상호 인증 같은 보안 능력이 요구에 있다. 단점은 적용 대상이 유인 ATS·AOC 중심이고 UAS C2에 대한 표준은 별도(RTCA DO-362A 등, 9.13)이며 LDACS의 채택 상태를 확인하지 못했다는 점이다.

견해: 하나의 경로로 모든 요구를 맡기지 않고 요구의 시간 척도에 따라 경로를 나누는 것이 문서 근거가 가장 강하다. 40 ms급 스틱 조종은 지상 직접 C2나 저궤도 이하의 지연에서만 문서상 가능하고(9.15.4.3), 1 s급 경유점 조종과 5 s급 UTM 자동 비행은 위성도 가능하며, 안전에 중대한 ATS 통신은 항공 전용 링크의 인증·성능 요구에 의존한다. 이종 경로의 공통 원인 고장(같은 사업자·같은 인증 체계, 3.13.7)은 별도 설계 사항이다. 반대 견해로는 단순성을 위해 상용 셀룰러 하나에 이중 사업자를 두면 충분하다는 주장이 있고, 이 경우 방송 무보안과 키 재료의 범위 밖 문제를 응용 계층에서 보완한다는 입증이 필요하다.

9.15.9 세 축 비교

9.15.10 관련 규격·프로토콜

전체 지도는 A.6에 있다.

9.15.11 관련 규제·인증 요구와의 연결

• C2 링크 설계(3.11)와 링크 버짓(3.8). 이 장의 KPI·지연·SNR 수치가 입력이다.
• 셀룰러·위성·항공 통신 장(3.14·3.13·3.15). 이 장이 규격 쪽 근거이다.
• 스펙트럼(3.19)과 국제 주파수 제도(17.19), 한국의 전파 규제(18.16). Res. 155와 대역 배분.
• 성능 표준(9.13). RCP·RSP와 LDACS 성능 요구의 관계.
• 감시·식별(9.12), 정보 교환(9.14), UTM(14.22). UUAA와 USS, 방송 식별의 보안 한계.
• 보안(8.11~8.13, 9.19). 방송 무보안과 키 재료의 범위 밖 문제를 감항·제품 보안의 입증에 연결.
• 규격의 세계(9.1)와 규격 읽기(9.23). 판 표기와 인용.

9.15.12 함정과 한계

미해결 문제. 3GPP 무선·프로토콜 사양이 정한 NTN의 HARQ·타이밍 규칙, LDACS 매뉴얼(Doc 10172)과 채택 본문, AeroMACS 본문, WRC-23 결과의 Res. 155 개정판, ISAC의 Stage 2·3와 상용 배치, 3GPP UAS 사양의 릴리스별 도입 시점은 이 장의 자료로 답할 수 없다 (확인 필요).

9.15.13 체크포인트·연구 질문

체크포인트:

1. TR·TS Stage 1·Stage 2·Stage 3의 역할 차이를 설명하고, TS 22.125가 어느 층인지 답하라.
2. TS 22.125 표 7.2-1에서 직접 스틱 조종의 UAV 수신 데이터율(응용 계층)과 헤더 28 B를 더한 전송 크기를 구하라.
3. 99.9 % 신뢰도를 40 ms 주기의 비행 1시간 손실 건수로 바꿔라.
4. 상대 속도 320 km/h·범위 600 m의 정면 접근 시간과 그동안의 방송 수를 구하라.
5. 앙각 10°에서 600 km 투과형 저궤도의 사거리 1,932 km로 왕복 지연을 재계산하라.
6. TS 33.256에서 방송 모드 A2X의 보안 요구가 어떻게 되어 있는지 적고 그 영향을 설명하라.
7. LDACS 채널 LC#330의 중심 주파수와 순방향 대역의 채널 수를 구하라.
8. ISAC KPI에서 갱신 1 Hz와 정확도 1~2 m의 모순처럼 보이는 점과 그 해석을 설명하라.

연구 질문(25.7에 모은다):

• 방송 식별·방송 DAA의 인증을 3GPP 사양 안에서 정의할 수 있는가.
• 직접 C2의 키 재료 배포를 USS·UTM이 어떻게 책임질 것인가.
• 위성·지상 이중 경로에서 조종 모드별 전환 규칙을 어떻게 정의하는가.
• 통신망의 공중 물체 감지를 UTM의 협조·비협조 감시와 어떻게 합치는가.

1차 출처(이 장):

• 3GPP TS 22.125 V19.2.0, TS 23.256 V19.5.0, TS 33.256 V19.2.0, TR 36.777 V15.0.0, TR 38.821 V16.2.0, TS 38.101-5 V20.1.0, TR 22.837 V19.4.0, TS 22.137 V21.0.0 — 3GPP 사양 보관소(www.3gpp.org/ftp/Specs/archive). 공개 문서.
• ITU, Resolution 155(WRC-15)과 (Rev. WRC-19), 보고서 ITU-R M.2171(2009). 공개 문서.
• ICAO, Annex 10 제3권 제13장(LDACS) 제안 개정안 텍스트(통신 패널 데이터 통신 기반 작업반 제6차 회의 문서의 부록 A, ldacs.com 공개본). 제안문이며 채택 본문이 아니다.
• ICAO Doc 10172, Annex 10의 채택 본문, AeroMACS 표준(DO-345·346, ED-222·223, ARINC 766), WRC-23 Res. 155 개정판, 3GPP Stage 3 사양, TR 22.829·TR 38.811, ITU-R M.2233 — 읽지 못함 (확인 필요).

다음 장: 9.16 — 항법 신호·데이터 규격: GNSS ICD·OSNMA·RTCM·NMEA·SBAS·지형 데이터로 간다.