제3부 전파·통신

3.16 군 전술 통신: 소프트웨어 정의 무전기·전술 MANET·공중 중계

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

군의 전술 통신은 이동하면서, 서로 보이지 않는 곳에서, 방해를 받으며 말과 자료를 주고받는 문제다. 이 장은 그 구조를 공개된 범위에서 정리하고, 무인기가 이 구조에 들어오는 가장 직접적인 방식인 공중 중계를 식으로 계산한다. 중계 고도가 두 지상 단말의 통신 거리를 얼마나 늘리는지, 그리고 늘리지 못하는 조건은 무엇인지가 핵심이다.

배우는 것:

• 전술 통신의 구조 — 음성·데이터, HF·VHF·UHF·위성, 제대(분대에서 군단까지)별 네트워크.
• 소프트웨어 정의 무전기(SDR)와 파형 이식성 — 무엇이 소프트웨어이고, 이식성이 왜 어려운가, 공개된 구조 표준.
• 전술 MANET — 고정 기반 없이 스스로 만드는 다중 홉 망의 개념, 홉 수에 따른 종단 처리량, 한국군의 공개 보도.
• 공중 중계의 가시선 확장 계산 — 중계 고도와 두 단말의 최대 이격, 지형 차폐를 반영한 최소 앙각, 전력 제한.
• 데이터링크와의 구분 — 무전기·전술 데이터링크·무인기 C2 링크를 구분하는 기준.
• 상호운용·스펙트럼 관리·보안의 개념 — 구체 파라미터 없이 구조만.

선수 지식: 자유공간 손실과 전파 수평선은 3.2과 2.13.3.3, 링크 버짓은 3.8, 다중 접속과 MANET의 원리는 3.10, 위성은 3.13를 본다.

특히 중요한 독자: 엔지니어는 3.16.6의 계산을 직접 해 본다. 정책·사업 담당자는 3.16.2와 비교표 3.16.9를 읽는다. 법무·인증 담당자는 3.16.11에서 군용 통신이 어떤 제도에 걸리는지 본다.

기준 시점과 정직성. 이 장은 2026년 10월을 기준으로 작성한 기술 장이고 지식은 2026년 중반까지다. 공개 자료의 범위에서만 작성한다. 비공개 파형·암호·주파수 계획과 재밍 대응의 구체 파라미터는 작성하지 않았고, 군 통신의 성능 수치는 공개된 것만 (공개 주장치)로, 2차 출처 추정은 (추정)으로, 확인하지 못한 것은 (확인 필요)로 표시했다. 계산 예제의 무전기는 부류를 보이기 위한 가정이며 특정 제품·규격이 아니다. 제품·사업 정보는 웹 검색 요약으로 확인한 범위다.

3.16.2 개념·직관 — 전술 통신은 무엇이 다른가

민간 통신은 고정된 기지국과 안정된 전원, 허가된 주파수, 협조적인 이용자를 가정한다. 전술 통신은 이 가정을 모두 뺀다.

• 이동 — 사용자와 노드가 계속 움직이므로 망의 모양이 자꾸 바뀐다.
• 가시선 부족 — 산·건물·지구 곡률이 직접 통신을 막는다. 지형이 곧 통신 거리다.
• 방해와 탐지 — 상대가 전파를 방해하거나 방사원을 찾아낸다. 그래서 방사를 줄이고 도약하고 암호화하는 설계가 따른다(원리는 3.18, 재밍은 5.2).
• 상호운용 — 다른 군·다른 나라의 장비가 한 작전에서 말을 나눠야 한다(9.7).
• 가볍고 오래 가야 한다 — 배터리와 질량의 제약이 크다.

세 축에서 의미가 다르다.

• 군용 드론 — 이 장의 주인공이다. 무인기는 통신 중계기로도 사용되고(10.13), 전술 통신망의 한 노드이기도 하다.
• 민간 UAS — 직접 해당하지 않으나 재난·공공안전 현장에서 같은 중계 개념을 사용한다(14.12이 통신 중계 응용을 다룬다).
• AAM — 해당하지 않는다. 다만 공역 통합에서 군 통신과 같은 대역·공역을 나눈다(3.19).

3.16.3 구조 — 음성·데이터, 대역, 제대

3.16.3.1 수단과 대역

전술 통신은 한 가지 무전기가 아니라 여러 수단의 층이다. 수단마다 거리와 속도의 교환이 다르다.

HF가 가시선 밖으로 가는 이유는 전리층이다. 전리층의 임계 주파수 $f_c$ 이하의 전파는 수직에 가까운 입사에서도 반사되고, 입사각 $i$로 비스듬히 들어가는 전파는 더 높은 주파수까지 반사된다(시컨트 법칙). 반사될 수 있는 최고 주파수(MUF)는 다음과 같다.

$$f_{\mathrm{MUF}}=f_c\sec i$$

평탄 지구·반사층 높이 300 km로 근사하고 $f_c=5$ MHz로 가정하면, 거리 100 km는 $i=9.5^{\circ}$, MUF 5.1 MHz이고 400 km는 $i=33.7^{\circ}$, MUF 6.0 MHz다. 가까운 거리를 하늘 반사로 커버하는 NVIS(수직에 가까운 입사) 는 $f_c$ 아래의 낮은 주파수를 사용한다. $f_c$는 시간·계절·태양 활동에 따라 변하므로 주파수를 계속 바꿔야 한다. 값은 모두 설명을 위한 가정이다 (경험 범위).

SINCGARS의 채널 수는 $(87.975-30.000)/0.025+1=2{,}320$으로 계산해 공개 값과 맞는다. HAVE QUICK의 도약 패턴이 날짜·시각·망 식별자로 정해지며 그 자체가 암호화는 아니라고 공개 자료가 설명한다. 도약률 같은 항재밍 파라미터는 이 책이 작성하지 않는다.

3.16.3.2 제대별 네트워크

한 부대 안의 통신은 제대(지휘 단계)마다 수단이 다르다. 말단에는 휴대·차량 무전기와 MANET이, 중간에는 가시선 중계를 잇는 전술 통신망 백본이, 상급에는 위성과 HF·광섬유가 있다. 공중 중계는 그 사이의 가시선을 늘린다.

3.16.3.3 데이터링크·C2 링크와의 구분

비슷해 보이는 세 가지를 구분한다.

기준은 누가 무엇을 어떤 형식으로 나르느냐다. 무전기는 사람의 말과 임의의 자료를, 전술 데이터링크는 표준화된 메시지를, 무인기 링크는 기체와 지상국 사이의 명령·자료를 나른다. 무인기가 중계기가 되면 세 부류가 한 기체에서 만난다. 공중 중계 장비는 보통 무전기·MANET 노드를 싣는다.

3.16.4 소프트웨어 정의 무전기와 파형 이식성

소프트웨어 정의 무전기(SDR) 는 변조·부호화·접속 방식 같은 파형을 소프트웨어로 구현해 같은 하드웨어에서 여러 파형을 돌리는 무전기다. 구조는 안테나·RF 단·변환기(ADC·DAC), 그 뒤의 처리 소자(FPGA·DSP·범용 프로세서), 운영 환경, 파형 응용으로 나뉜다. 목적은 두 가지다. 하드웨어 하나로 구형과 신형 파형을 함께 사용하고, 새 파형을 하드웨어 교체 없이 올리는 것이다.

이식성을 위해 공개된 구조 표준이 SCA(Software Communications Architecture) 다. 미 합동전술네트워킹센터(JTNC)가 발행하며, 2018년 2월 JTNC 발표는 SCA 4.1이 국방부 정보기술 표준 등록부에서 필수 전술 무전기 표준으로 올랐고 2.2.2판이 퇴역했으며 4.1이 2.2.2 파형을 돌릴 수 있도록 후방 호환이라고 밝혔다(검색 요약). 유럽의 보안 SDR 구조 ESSOR는 SCA 위에 세워졌고, 유럽방위청이 2008년 12월 계약을 시작했다는 공지가 있으며 ESSOR 공동체가 SCA 4.1에 기여했다고 한다(검색 요약).

이식성이 어려운 이유는 구조가 아니라 현실에 있다.

1. 하드웨어 가속 코드 — 실시간 처리를 FPGA·DSP에 맞춘 코드는 소자가 바뀌면 다시 짜야 한다.
2. 보안 인증 — 파형과 무전기의 보안 인증은 조합마다 다시 받는 경우가 많다.
3. 지식재산 — 파형의 소유와 이용 권리가 제조사·정부로 구분된다.
4. 검증 비용 — 다른 무전기에서 같은 성능이 나오는지 시험해야 한다.

견해: SDR의 약속은 "소프트웨어만 바꾸면 된다"이지만 실제 이득은 구조 표준을 사용하는 같은 계열 장비 안에서의 파형 재사용에 가깝다고 본다. 근거는 위 네 장벽이 표준으로 풀리지 않는 부분(소자 의존·인증·권리)이기 때문이다. 이식성을 요구 사항으로 삼는 사업은 어느 인터페이스까지 이식을 보증하는지를 명시해야 한다. 한 SDR 계획이 어느 정도 성과를 냈는지는 공개 자료가 상충하여 이 장은 평가하지 않는다 (확인 필요).

3.16.5 전술 MANET

3.16.5.1 개념과 공개된 제품

MANET(Mobile Ad hoc Network) 은 고정 기지국 없이 노드가 서로를 중계해 스스로 만드는 다중 홉 망이다. 노드가 움직이면 경로를 다시 찾고 노드가 사라져도 우회한다(자기 구성·자기 복구). 라우팅(선제·반응)과 용량의 원리는 3.10이 맡는다. 전술에서는 다음이 요구된다.

• 이동 중에도 끊기지 않는 경로, 가입·탈퇴의 자동 처리
• 음성의 우선 처리(QoS), 방사 최소화(저피탐, 3.18)
• 노드 한 대의 손실에 망이 붕괴하지 않을 것

공개된 제품은 다음과 같다(제조사 자료와 보도, 성능은 (공개 주장치)).

3.16.5.2 홉 수가 종단 처리량을 깎는다

같은 채널을 나눠 사용하는 다중 홉 사슬에서는 한 노드가 보낼 때 이웃 홉이 쉬어야 한다. 홉당 링크율을 $R$로 두고 이상적인 스케줄링에서 공간 재사용이 최대 세 홉마다 가능하다고 보면 종단 처리량은 다음과 같다. 이는 3.10.6.3과 같은 이상적 모형이며 실제 와이파이 체인은 이보다 낮다고 보고된다 (확인 필요).

$$R_{\text{종단}}\approx\frac{R}{\min(n,\,3)}\quad(n\text{ 홉})$$

홉당 지연을 5 ms로 두면 다음과 같다(모두 가정).

공중 중계는 가시선을 넓히면서 홉 수도 줄인다. 사슬은 지형을 따라 구부러지므로 홉이 늘고, 중계기는 한 번에 둘을 본다. 그러나 중계기 한 대에 몰린 트래픽은 그 노드의 처리·전력이 한계가 되는 단일 고장점이 된다.

3.16.5.3 한국군의 공개 보도

한국군의 전술 통신은 공개 보도 수준에서만 작성한다.

성능·파형·주파수는 공개되지 않았으므로 이 장은 수치를 작성하지 않는다. 보도의 금액과 시점도 2차 출처이며 확인 필요하다.

3.16.6 공중 중계 — 가시선을 얼마나 넓히나

3.16.6.1 무엇을 하나

지상 두 단말 사이에 산이 있으면 직접 통신이 안 된다. 산보다 높은 곳에 중계기를 두면 두 단말이 각각 중계기와 가시선을 얻는다. 무인기의 통신 중계 탑재체는 이를 위한 것이다(10.13). 큰 기체는 중계와 통신 번역을 겸하기도 한다. 공개 자료에 따르면 미 공군의 BACN(Battlefield Airborne Communications Node)은 E-11A와 EQ-4B(Global Hawk 계열)에 실려 서로 다른 데이터링크 사이를 번역하고 가시선 밖의 부대를 잇는다. 2005년에 시연 사업으로 시작했다(업체 홍보 문구에 기댄 2차 출처).

3.16.6.2 가시선 확장 계산

결론부터: 중계 고도는 제곱근으로만 효과가 늘고, 지형이 막는 정도(최소 앙각)에 따라 이득이 크게 달라진다. 단말 높이 $h_t$, 중계 고도 $H$에서 전파 수평선의 반경은 3.2·2.13.3.3의 식과 같다.

$$r_0=4.12\left(\sqrt{h_t}+\sqrt{H}\right)\ [\mathrm{km}],\qquad d_{\text{이격}}\le 2r_0$$

$h_t=2$ m이면 단말끼리의 직접 가시선은 $4.12\times2\sqrt2=11.7$ km다. 고도 300 m에 중계기를 띄우면 $r_0=77.2$ km, 두 단말 이격은 최대 154 km로 13배다. 이것은 지형이 없는 상한이다. 지형이 시선을 막는 정도를 중계기를 올려다보는 최소 앙각 $\varepsilon$로 표현하면(단말 높이는 무시) 유효 지구 반지름 $R_e=\tfrac43\times6371$ km에서 다음과 같다.

$$r(\varepsilon)=R_e\left[\arccos\!\left(\frac{R_e\cos\varepsilon}{R_e+H}\right)-\varepsilon\right]$$

고도가 낮으면 $r\approx H/\tan\varepsilon$이다. 값은 다음과 같다(두 단말의 최대 이격 $2r$).

읽을 것은 셋이다. 첫째, 앙각 0°의 큰 값은 지형이 전혀 없다는 가정의 상한이다. 둘째, 지형 차폐를 최소 앙각으로 두면 같은 300 m가 2°에서 16.9 km, 5°에서 6.8 km로 줄어든다. 직접 가시선(11.7 km)보다 유리해지는 최소 고도는 2°에서 약 206 m, 5°에서 약 512 m, 10°에서 약 1,030 m다(수치로 풀었다). 셋째, 이 값은 평탄한 지형의 어림이다. 실제 산악에서는 두 단말과 중계기의 위치가 나눈다. 중계 고도를 높이는 것보다 산 위쪽으로 위치를 옮기는 것이 더 효과적일 수 있다.

두 구간이 직렬이다. 중계를 거치는 링크는 단말에서 중계기로, 중계기에서 단말로 두 구간이다. 증폭만 하는 투과형 중계에서는 잡음이 두 번 더해져 합성 SNR이 선형값의 조화 결합으로 나온다.

$$\frac{1}{\mathrm{SNR}_{\text{합}}}=\frac{1}{\mathrm{SNR}_1}+\frac{1}{\mathrm{SNR}_2}$$

두 구간이 각각 15 dB이면 합성은 12.0 dB이고(3 dB 손실), 20 dB와 10 dB이면 9.6 dB로 약한 구간이 지배한다. 중계기를 두 단말의 가운데로 두라는 감각이 여기서 나온다. 복조 후 재전송하는 재생형 중계는 구간별 오류가 독립이라 약한 구간이 병목인 점은 같다.

3.16.6.3 전력이 먼저 한계인 경우

가시선이 열려도 링크 버짓이 모자라면 닿지 않는다. 공통 기호표의 수신 감도 $S=-174+10\log_{10}B+NF+\mathrm{SNR}_{\mathrm{req}}$로 부류별 한계를 구한다(예시 무전기, 자유공간 손실, 모두 가정).

협대역 음성은 가시선이 한계이고, 광대역 데이터는 전력이 한계다. 무지향 1 W 광대역 무전기는 가시선이 77 km까지 열려도 13.7 km가 한계다. 중계 고도가 올라가도 단말과의 거리가 최소 $H$이므로 너무 높으면 닿지 않는다. 13.7 km 한계에서 $H=10$ km이면 지상 반경이 $\sqrt{13.7^2-10^2}=9.3$ km로 줄어든다. 대역이 넓을수록(=속도가 높을수록) 거리가 줄어드는 교환은 3.8에서 일반화한다. 자유공간 한계는 상한이며 숲·건물·기상은 더 줄인다(3.2~3.5).

3.16.6.4 운용 제약

• 체공과 궤도 — 중계기는 계속 떠 있어야 한다. 소형 UAS는 시간 단위, MALE급은 장시간, HAPS는 며칠이다(1.15.8). 궤도 비행 중 안테나 패턴이 끊김 없이 두 단말을 향해야 한다(3.6).
• 단일 고장점 — 중계기가 사라지면 연결이 끊긴다. 대비로 다중 중계기, 기체 이탈 시 경로 전환, 지상 백업 경로가 있다.
• 같은 주파수 중계의 되먹임 — 수신과 송신이 같은 대역이면 서로 새어 들어 발진한다. 주파수를 바꾸거나 격리한다.
• 가시성 — 높은 곳에서 오래 방사하는 중계기는 전자지원의 표적이 될 수 있어 방사 관리가 요구 사항이 된다(5.4·5.8, 원리만).
• 위성·HAPS와의 층 — 같은 일을 하는 다른 층이다. 위성은 지연이 크고(3.13) HAPS는 면적이 넓다(1.15.8).

3.16.7 상호운용성·스펙트럼 관리·보안의 개념

상호운용성. 연합 작전에서는 서로 다른 나라의 무전기와 무인기가 한 망에서 일해야 한다. 무인기 제어 쪽의 공통 구조는 STANAG 4586(9.7)이, 전술 데이터링크는 9.9·9.10가 다룬다. 파형이 달라 직접 말하지 못하면 번역 노드(BACN 같은)나 공통 파형이 필요하다.

스펙트럼 관리. 전술 환경에서도 주파수는 분배 → 할당 → 지정의 순서로 정해지고, 같은 지역의 부대끼리 간섭하지 않게 따로 조정한다. 방사를 줄이는 통제(방사 통제, EMCON)와 평시 민간 시스템과의 공존도 일부다(3.19, 제도는 17.19·18.16). 통신 계획은 주·대체·우발·비상(Primary·Alternate·Contingency·Emergency)의 네 단계로 짠다(공개 교범에서 PACE라 부르는 개념).

보안의 개념. 공개된 용어로 COMSEC은 암호로 통신 내용을 보호하는 것, TRANSEC은 도약 패턴처럼 전송의 성질을 보호하는 것이다. 링크 암호와 키 관리는 9.19, 항재밍 원리는 3.18가 맡는다. 이 책은 파형·암호·키 계획을 작성하지 않는다.

3.16.8 설계 트레이드오프 — 가시선을 어디서 얻는가

선택지는 셋이다.

① 지상 중계(고지 중계소·차량 마스트). 구축이 쉽고 전력 공급이 안정되며 오래 간다. 위치가 고정되어 지형에 묶이고 이동 부대를 따라가기 어렵다.

② 공중 중계(소형 UAS·MALE·기구·HAPS). 높은 곳에서 한 번에 넓게 본다(3.16.6). 이동 부대를 따라갈 수 있다. 체공 시간·기상·단일 고장점이 제약이다.

③ 위성. 지형과 거리 제약이 없다. 지연이 크고 용량이 제한되며 단말이 크다(3.13).

견해: 한 가지 층이 아니라 PACE처럼 층을 중첩하는 편이 전술적으로 합리적이라고 본다. 공중 중계는 지상 중계가 닿지 못하는 지형 차폐 구간에서 가장 효과가 크지만 단일 고장점이므로 단독 의존은 위험하다. 근거는 3.16.6.2의 결과, 곧 이득이 지형과 앙각에 민감해 한 곳에서 잘 된 배치가 다른 곳에서 안 될 수 있다는 점이다. 무인기 중계의 가치는 고도 자체보다 위치 선택의 유연함에 있다.

3.16.9 세 축 비교 — 같은 중계, 다른 요구

3.16.10 관련 규격·프로토콜

비공개 군 규격의 본문은 읽지 못했고 공개 요약 범위에서만 다뤘다.

3.16.11 관련 규제·인증 요구와의 연결

3.16.12 함정과 한계

이 장의 한계도 밝힌다.

• 공개 자료의 범위다. 파형·성능·주파수 계획·암호는 작성하지 않았다. 한국군 관련은 2차 보도뿐이다.
• 계산의 무전기는 부류를 보이는 가정이다. 실제 제품·파형의 통달거리는 지형·잡음·안테나·변조에 따라 크게 달라진다.
• 가시선 계산은 평탄한 지형과 유효 지구 반지름 4/3의 어림이다. 실제 산악 배치는 지형 자료로 따로 해석한다(3.4).
• 제품·사업 정보는 검색 요약 수준이고 판·시점이 바뀔 수 있다.

3.16.13 체크포인트·연구 질문

체크포인트

1. 단말 높이 2 m에서 직접 가시선이 11.7 km인 것을 식으로 구하고, 중계 고도 300 m에서 두 단말 최대 이격을 계산하라.
2. 지형 차폐를 최소 앙각으로 표현할 때 중계가 직접 가시선보다 유리해지는 최소 고도를 5°에서 구하라.
3. 무지향 1 W 광대역 무전기의 자유공간 한계 13.7 km를 링크 버짓으로 유도하고, 같은 대역에서 5 W·13 dBi로 바꾸면 얼마가 되는가?
4. 사슬 5홉과 중계 2홉의 종단 처리량이 3.3 대 5.0 Mbit/s가 되는 가정과 식은 무엇인가?
5. 전술 데이터링크, 무전기, 무인기 C2 링크를 구분하는 기준을 한 문장씩 말하라.
6. SDR 파형 이식성을 막는 네 요인과, SCA 4.1이 풀어 주는 부분을 구분하라.

연구 질문 — 이 장에서 파생되는 열린 주제(25.7에 모은다)

1. 중계 위치 최적화 — 지형 자료와 임무 구역이 주어졌을 때 두 단말 사이의 끊김 확률을 최소로 하는 중계 위치·고도·궤도를 어떻게 구하는가?
2. 공중 중계의 단일 고장점 완화 — 다중 중계기와 자동 경로 전환이 연결성을 얼마나 유지하는가? 공개 시뮬레이션이 있는가?
3. SDR 이식성의 실측 — 같은 파형이 다른 SDR에서 성능을 유지하는 정도를 공개 사례로 어떻게 모으는가?
4. 전술 MANET의 용량 한계 — 노드 수와 홉 수에 따른 종단 처리량의 공개 측정은 어디까지 있는가?

1차 출처(이 장)

• JTNC, Software Communications Architecture Specification 4.1 (공개 사양, 판은 확인 필요). 유럽방위청 ESSOR 관련 공지(2008).
• NATO STANAG 4586 (판 확인 필요). 미 국방부 MIL-STD-188 계열 (번호·판 확인 필요).
• AeroVironment Puma Communications Relay Kit 데이터시트(공개 제조사 자료). Persistent Systems 공개 자료.
• 한화시스템·방위사업청 공개 자료와 언론 보도(TICN·TMMR, 2차).
• Rappaport, Wireless Communications: Principles and Practice, Prentice Hall; Goldsmith, Wireless Communications, Cambridge University Press (판은 확인 필요).
• Perkins, C. E. (ed.), Ad Hoc Networking, Addison-Wesley (MANET 일반, 판은 확인 필요).

출처를 찾고 판을 추적하는 방법은 0.9에서 다룬다.

다음 장: 3.17에서 전파를 사용하지 않는 링크로 간다. 광섬유가 재밍과 탐지에 면역인 이유와, 대가로 따라오는 손실·지연·스풀의 질량, 자유공간 광통신의 한계를 계산으로 보인다.