AEGLOSLAB 무인항공과 첨단항공모빌리티

제3부 전파·통신

3.19 스펙트럼 공학: 주파수 분배·간섭 분석·공존·혼잡 관리

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

앞 장들은 링크를 둘 사이의 일로 다뤘다. 이 장은 링크가 이웃이 있는 땅 위에 놓인다는 사실을 다룬다. 같은 대역에 다른 송신기가 있으면 그 전력은 내 수신기의 잡음 바닥을 올린다(3.1.6.2). 얼마나 올리는지를 계산하고, 두 시스템이 공존하려면 얼마나 떨어져야 하는지를 구하고, 여러 기체가 한 대역을 나눠 사용하는 법을 정리하는 것이 이 장이다.

배우는 것:

  • 스펙트럼의 네 층 — 국제 분배·국가 분배와 면허·장비 요건·운용. 무인기가 어느 층에서 무엇을 만나는가.
  • 무인기 관련 대역과 비면허 장비 규칙 — 미국 47 CFR 15.247·15.407과 유럽 ETSI EN 300 328이 정하는 출력·밀도·점유·송신 전 채널 감지(LBT). 6 GHz 대역의 무인기 금지.
  • 간섭 분석의 방법 — 간섭 대 잡음비, 인접 채널 간섭비(ACIR), 대역 중첩 보정, 집계.
  • 공존 최소 이격 거리 — 같은 식이 자유공간에서 28 km, 지상 환경에서 0.35 km를 주는 이유와 기체가 왜 불리한가.
  • 혼잡 관리 — 채널 계획·LBT·레이더 보호(DFS)·공유 방식, 다수 기체의 채널 충돌 확률.
  • 군용 스펙트럼 관리의 개념과 도시 혼잡 측정의 지표.

선수 지식: 3.1의 데시벨·열잡음·대역 지도, 3.2의 자유공간 손실과 두 선 모델, 3.8의 링크 버짓과 여유, 3.10의 접속 방식. 제도 자체(주파수 분배의 법적 구조와 한국의 적합성평가)는 17.19·18.16가 맡는다.

특히 중요한 독자: 엔지니어는 3.19.5~3.19.8을 읽는다. 법무·인증 담당자는 3.19.3·3.19.4·3.19.14가 먼저다. 사업·정책 담당자는 3.19.2와 3.19.11만 읽어도 비면허 대역의 구조적 위험을 알 수 있다.

기준 시점과 정직성. 이 장은 2026년 10월 기준의 원리 장이며 지식은 2026년 중반까지다. 규칙 수치는 원문을 읽어 확인한 것만 단정했다. 미국 47 CFR 15.247·15.407은 조문 원문, 유럽 ETSI EN 300 328 V2.2.2(2019-07)는 문서 원문에서 확인했다. ITU 전파규칙(RR)·EN 301 893·한국 고시는 2차 자료로만 확인해 (2차 확인) 또는 (확인 필요)로 표시했다. 간섭 계산은 가정을 표로 밝힌 시나리오이며 측정값이 아니다. 군용 스펙트럼 관리는 공개된 개념 수준만 작성한다.

3.19.2 개념·직관 — 스펙트럼은 땅이고 간섭은 이웃이다

전파 링크는 주파수 대역을 할당받아 사용한다. 대역마다 할당 기관(분배) 이 있고, 같은 대역을 사용하는 이웃(다른 송신기)이 있다. 면허 대역은 이웃이 정해져 있어 예측이 가능하고 침범하면 보호받는다. 비면허 대역은 누구나 사용하는 대신 아무에게도 보호받지 못한다(3.1.4.1). 링크 버짓에서 간섭이 들어가는 줄은 한 줄이다. 수신 잡음 바닥이 간섭만큼 오른다.

$$N_{\mathrm{eff}}=N+I\ \ (\text{선형 합}),\qquad \text{잡음 바닥 상승}=10\log_{10}\!\left(1+\frac{I}{N}\right)\ [\mathrm{dB}]$$

이 상승분이 곧 링크 여유에서 깎인다(3.8.3.2). 간섭 분석의 일은 I가 얼마나 되는가를 구하는 것이다. 이 일이 무인기에서 특별한 이유가 하나 있다. 기체가 높이 올라가면 지상의 간섭원이 한꺼번에 가시선으로 보인다(3.19.6.3). 같은 대역·같은 장비라도 지상 링크보다 훨씬 거친 간섭 환경에서 일한다.

세 축에서 문제의 모양이 다르다.

  • 군용 드론은 분배보다 운용 통제가 먼저다. 방사를 통제하고 우군 간 주파수를 조정한다(3.19.9).
  • 민간 UAS는 비면허 대역의 이웃이 문제다. 무선랜·블루투스·다른 드론이 모두 이웃이고 조정 수단이 약하다.
  • AAM은 보호된 대역을 쓰므로 간섭원은 인접 대역의 변화와 허가되지 않은 송신이다. 그러나 간섭 분석이 인증 논거로 올라간다(3.11·15.15).

3.19.3 스펙트럼의 층

결론부터: 주파수는 네 층을 거쳐 내려온다. 위층의 결정이 아래층의 자유를 줄이고, 운용자가 직접 만지는 층은 맨 아래뿐이다.

층 무엇을 정하나 운용자가 느끼는 것 ① 국제 분배 17.19 ITU 전파규칙·WRC 업무·주/부 구분 대역의 성격과 보호 수준 ② 국가 분배·면허 18.16 국가 주파수 계획 면허·신고·면제 면허가 필요한가 누가 사용할 수 있나 ③ 장비 요건 18.16·17.18 출력·밀도·점유폭 LBT·적합성 출력 상한과 인증·표시 ④ 운용 3.19(이 장) 채널 계획·조정 공존·혼잡 관리 현장의 간섭과 링크 여유 비면허 대역: ②의 면허는 면제되지만 ③과 ④의 규칙은 남고 보호는 없다
스펙트럼의 층 — 위에서 아래로 갈수록 제도에서 현장으로 내려온다. 비면허 대역은 ②의 면허를 면제받는 대신 ③의 장비 규칙과 ④의 혼잡을 스스로 감당하고, 간섭을 받아도 보호를 요구할 수 없다
층누가무엇을 정하나상세
① 국제 분배ITU(전파규칙, 세계전파통신회의)대역별 업무(항공이동·위성·고정 등)와 주(primary)·부(secondary) 구분17.19
② 국가 분배·면허각국 주파수 당국국가 계획, 면허·신고·면제18.16
③ 장비 요건규제와 표준출력·전력 밀도·점유폭·LBT, 적합성평가18.16·17.18
④ 운용운용자·행사 주최자·군채널 선택·조정·공존이 장

비면허 대역의 지위를 두 가지로 요약한다. 첫째, ITU 전파규칙은 2,400~2,500 MHz 등을 ISM 용도로 추가 지정하며 이 대역의 통신 업무는 ISM 장비의 유해 혼신을 감수해야 한다(RR 5.150, 2차 확인, 3.1.4.1). 둘째, 분배표 밖에서 사용하는 국은 유해 혼신을 일으키지 않고 보호도 주장하지 않는 조건으로 사용할 수 있다는 원칙이 RR 제4.4항에 있다는 것이 일반적 설명이다 (2차 확인, 조문 원문 확인 필요). 이 원칙이 "비면허는 보호받지 못한다"는 말의 법적 뿌리다. 반대로 항공 안전 업무는 유해 혼신에서 특별한 보호를 받는다는 인식이 RR에 있다 (조문 번호 확인 필요). 그래서 5,030~5,091 MHz(항공 C2)와 항공 VHF는 비면허 송신기가 들어가면 안 되는 대역이다(3.15.9).

3.19.4 무인기 관련 대역과 비면허 장비 규칙

대역의 범위와 보호 수준은 3.1.4의 표가 정리했다. 여기서는 장비 규칙을 원문 확인된 범위에서 정리한다.

대역미국유럽무인기에서
2,400~2,483.5 MHz47 CFR 15.247: 디지털 변조·도약(75채널 이상)에 도전 전력 1 W, 그 밖의 2.4 GHz 도약은 0.125 W, 안테나 6 dBi 초과분만큼 전력 감축, 디지털 변조는 밀도 8 dBm/3 kHz 이하ETSI EN 300 328 V2.2.2: EIRP 20 dBm 이하, 비도약은 밀도 10 dBm/MHz 이하, 적응형(LBT) 또는 매질 사용률 한도혼잡이 가장 심하다. 규정이 통달거리를 정한다(3.1.4.1)
5,150~5,350·5,470~5,725 MHz47 CFR 15.407: 일부 구간에 동적 주파수 선택(DFS) — 레이더 검출 문턱 $-64$ dBm(EIRP 200 mW~1 W 장비)ETSI EN 301 893(최신 V2.2.1, 2024-11 (2차 확인))영상·무선랜. 레이더 보호 규칙이 따라온다
5,725~5,850 MHz15.407(a)(3)(i): 도전 전력 1 W, 밀도 30 dBm/500 kHz. 15.247도 적용5,725~5,875 MHz가 EN 300 440에서 EN 301 893으로 옮겨졌다는 설명이 있다 (2차, 확인 필요)영상 링크
5,925~7,125 MHz15.407(d)(1)(v): 무인항공기체계의 제어·통신에 사용하는 것을 금지확인하지 못함 (확인 필요)6 GHz 무선랜 계열 칩을 무인기 링크에 사용할 수 없다
902~928 MHz(2지역)15.247: 도약 50채널 이상 1 W, 25~49채널 0.25 W유럽은 863~870 MHz대의 단거리 기기 규칙 (번호·한도 확인 필요)장거리 원격측정

한국은 「신고하지 아니하고 개설할 수 있는 무선국용 무선기기」(과학기술정보통신부 고시)가 이 역할을 하고, 인증 시험성적서 사례는 무선랜을 포함한 무선접속시스템용 기기를 5,150~5,350 MHz와 5,470~5,850 MHz로 적는다 (2차 확인, 한도와 조문은 18.16에서 확인하며 이 장은 한국 값을 단정하지 않는다).

읽을 것은 둘이다. 첫째, 같은 장비라도 대역마다 규칙이 다르고 규칙이 통달거리를 정한다. 3.1.4.1이 보인 미국 36 dBm 대 유럽 20 dBm의 16 dB 차이가 그 예다. 둘째, 6 GHz의 무선랜 대역은 무인기에 닫혀 있다. 와이파이 6E·7 칩이 6 GHz에서 동작해도 무인기 링크에 사용하는 것은 미국에서 금지다(원문 확인). 이 금지의 근거 설명은 FCC의 규칙 제정 문서에서 확인해야 하며 (확인 필요), 다른 나라의 규칙은 17.19·18.16에서 확인한다.

3.19.5 간섭 분석의 방법

3.19.5.1 기준 — I/N과 C/I

간섭이 잡음처럼 들어오면(방해 신호가 넓은 대역에 퍼져 있거나 많은 간섭원이 합쳐질 때) 피해 수신기의 기준은 간섭 대 잡음비 $I/N$으로 나타낸다. 기준값이 정해지면 잡음 바닥이 얼마나 오르는지가 정해진다(3.8.3.3과 같은 계산).

$I/N$$-10$ dB$-6$ dB0 dB$+6$ dB
잡음 바닥 상승0.41 dB0.97 dB3.01 dB6.97 dB
의미아주 보수적약 1 dB 열화여유 3 dB 소진링크 열화 심각

어느 값을 사용하는가는 서비스마다 다르다. 이 장은 $-6$ dB(잡음 바닥 약 1 dB 상승)를 계산의 기준으로 두며 (관행의 하나, 대역별 기준은 확인 필요). 안전 업무는 더 엄격한 값을 사용하는 경우가 많다고 알려져 있다 (확인 필요). 간섭이 잡음 같지 않고 패킷 단위의 충돌처럼 들어오면(무선랜의 짧은 버스트) 평균 $I/N$이 아니라 충돌 확률과 재전송이 지표다(3.10). 이때는 필요한 신호 대 간섭비 $C/I$를 직접 사용한다.

3.19.5.2 인접 채널과 대역 중첩

간섭원이 다른 채널에서 송신해도 새는 에너지가 들어온다. 두 몫이 있다. 송신기가 옆 채널로 흘리는 에너지를 인접 채널 누설비(ACLR), 수신기가 옆 채널의 강한 신호를 거르는 능력을 인접 채널 선택도(ACS)라 하며 둘을 합친 값을 인접 채널 간섭비(ACIR)라 한다.

$$\mathrm{ACIR}=-10\log_{10}\!\left(10^{-\mathrm{ACLR}/10}+10^{-\mathrm{ACS}/10}\right)\ [\mathrm{dB}]$$

ACLR 30 dB·ACS 40 dB이면 ACIR은 29.6 dB다. 둘 중 약한 쪽이 지배한다. ACLR이 40 dB·ACS가 40 dB이면 37.0 dB다. 같은 채널이면 ACIR은 0 dB다.

간섭원의 대역이 피해 수신기보다 넓으면 대역 안에 들어오는 몫만 간섭이다. 평탄한 밀도를 가정하면 보정은 $10\log_{10}(B_v/B_i)$다. 20 MHz 폭의 무선랜이 1 MHz 폭의 C2 수신기에 주는 간섭은 $10\log_{10}(1/20)=-13.0$ dB 줄어든다. 반대로 간섭원이 좁은 대역이면 이 보정이 없어 같은 전력이 13 dB 더 강하게 들어온다.

3.19.5.3 집계와 전파 모형

간섭원이 여럿이면 전력을 선형으로 합친다(3.1.6.2). 같은 크기의 $k$개는 $10\log_{10}k$ dB 더 크다. 전파 모형은 간섭에서는 손실이 작은 쪽을 고른다. 링크 설계는 손실이 큰 보수 값을 사용하지만 간섭 분석은 간섭이 최대로 들어오는 경우를 막아야 하기 때문이다(3.4.5의 "작은 손실" 행). 자유공간과 지면 반사(3.2.7)의 상한, 해당 대역의 ITU-R 예측 방법(P.452-18은 지상 국 사이 간섭 예측, 3.4)이 후보다.

3.19.6 공존 최소 이격 거리

3.19.6.1 식

피해 수신기 입력의 간섭이 기준을 넘지 않을 조건에서 필요한 경로 손실이 나오고, 거기서 거리가 나온다.

$$L_{\mathrm{req}}=\mathrm{EIRP}_i+10\log_{10}\frac{B_v}{B_i}+G_v-\mathrm{ACIR}-\left(N+\frac{I}{N}\right)\ [\mathrm{dB}]$$

기호뜻
$\mathrm{EIRP}_i$간섭원의 등가 등방 복사 전력 [dBm]
$G_v$피해 수신 안테나가 간섭원 방향에 갖는 이득 [dBi]
$N$ · $I/N$피해 수신기 잡음 바닥 · 허용 간섭 대 잡음비
$L_{\mathrm{req}}$간섭원과 수신기 사이에 필요한 경로 손실

거리는 경로 모형으로 구한다. 자유공간이면 $d=10^{(L_{\mathrm{req}}-32.44-20\log_{10}f_{\mathrm{MHz}})/20}$ km, 거리 지수 $n$ 모형이면 1 m 손실 $L_{1\mathrm{m}}=20\log_{10}(4\pi/\lambda)$(2.4 GHz에서 40.05 dB)에서 시작해 $d=10^{(L_{\mathrm{req}}-L_{1\mathrm{m}})/(10n)}$ m다(3.8.5).

3.19.6.2 기준 링크에 적용 — 무선랜 AP와의 공존

기준 C2 링크(3.1.8)의 수신기를 피해로 둔다. 가정은 표와 같다.

항목값
피해 수신기잡음 바닥 $-108$ dBm(1 MHz, NF 6 dB), 허용 $I/N=-6$ dB → 허용 간섭 $-114$ dBm
피해 안테나 이득지상 8 dBi, 기체 2 dBi(간섭원 방향 이득이 그대로라는 가정)
간섭원2.4 GHz 무선랜 AP, EIRP 20 dBm(EN 300 328의 한도), 20 MHz 폭 → 1 MHz에 $-13.0$ dB
경로자유공간(지수 2), 지수 3, 지수 3.5

필요 손실 $L_{\mathrm{req}}=20-13.0+8-\mathrm{ACIR}+114=129-\mathrm{ACIR}$ dB(지상 수신기)다. 거리는 다음이다(계산).

피해 수신기ACIR$L_{\mathrm{req}}$자유공간지수 3지수 3.5
지상(8 dBi)0 dB(같은 채널)129 dB28.0 km922 m348 m
지상(8 dBi)30 dB99 dB0.89 km92 m48 m
지상(8 dBi)50 dB79 dB0.09 km20 m13 m
기체(2 dBi)0 dB123 dB14.0 km582 m234 m
기체(2 dBi)30 dB93 dB0.44 km58 m33 m
기체(2 dBi)50 dB73 dB0.04 km13 m9 m
0 10 20 30 40 50 60 0.01 0.1 1 10 100 인접 채널 간섭비 ACIR [dB] 최소 이격 거리 [km] 자유공간(지수 2) 지수 3 지수 3.5
공존 최소 이격 거리 — 같은 채널(ACIR 0 dB)에서는 자유공간으로 28 km, 지수 3.5로 0.35 km다. 인접 채널 간섭비가 10 dB 늘 때마다 자유공간 거리는 3.2분의 1로 줄어 50 dB에서 0.09 km가 된다. 가시선이 열리는 기체와 지상 간섭원의 경로는 지수 2에 가깝다

세 가지를 읽는다. 첫째, 같은 식이 경로 모형에 따라 80배 다른 거리를 준다. 같은 채널에서 28.0 km와 348 m다. 이 차이를 만드는 것이 가시선이다. 둘째, 인접 채널 간섭비 10 dB는 자유공간 거리를 3.2분의 1로 줄인다. 채널을 한 칸만 떨어뜨려도 이득이 크므로 채널 선택이 가장 싼 공존 수단이다(3.19.8). 셋째, 간섭원이 협대역이면 같은 전력이 13 dB 더 세다. 중첩 보정 없이 20 dBm이 1 MHz 안에 들어오면 같은 채널의 이격 거리가 자유공간으로 125 km, 지수 3.5로 818 m가 된다(계산). 허용 $I/N$을 $-10$ dB로 엄격히 하면 자유공간 28.0 km가 44.4 km로, 0 dB로 풀면 14.0 km로 바뀐다.

3.19.6.3 기체가 높이 올라가면 이웃이 늘어난다

기준 링크의 기체 수신기는 고도 100 m에서 지상 AP들을 가시선으로 본다. 지상 수신기는 건물과 수목이 가려서 지수 3.5 안팎이다. 한 대의 간섭은 위 표가 보였고, 여럿의 합을 가정 시나리오로 계산한다. AP를 면밀도 $\rho$로 균일하게 놓으면 기체가 받는 평균 간섭은 자유공간에서 닫힌 식이 있다.

$$I_{\mathrm{air}}=\rho\,P_1\left(\frac{\lambda}{4\pi}\right)^{2}\pi\ln\!\left(1+\frac{R^{2}}{h^{2}}\right)$$

$P_1$은 AP 하나의 평균 유효 전력(안테나 이득 포함), $h$는 기체 높이, $R$은 합산 반경이다. 지상 수신기는 같은 식에서 거리 항을 $\int r^{1-n}dr$로 바꾼다.

시나리오 가정값
APEIRP 20 dBm, 20 MHz → 1 MHz에 $-13.0$ dB, 평균 듀티 5 %($-13$ dB), 벽 1개 15 dB
기체높이 100 m, 안테나 2 dBi, 합산 반경 10 km, 자유공간
지상안테나 8 dBi, 지수 3.5, 가장 가까운 AP 20 m, 합산 반경 10 km
AP 면밀도5 대/km²50 대/km²500 대/km²
기체 수신기 $I/N$$+10.5$ dB$+20.5$ dB$+30.5$ dB
지상 수신기 $I/N$$-11.4$ dB$-1.4$ dB$+8.6$ dB

(평균 전력 기준, 계산값.) 면밀도와 무관하게 기체가 지상 수신기보다 약 22 dB 나쁘다. 지수 2와 3.5의 차이에 높이가 만든 가시선이 더해진 값이다. 한 대의 AP가 슬랜트 300 m에 있을 때도 평균 $-108.6$ dBm으로 잡음과 같은 크기다. 이 값은 상한에 가까운 시나리오다. 건물에 의한 추가 손실과 지면 반사를 넣지 않았고, 순간 전력(버스트)이 아니라 평균이며, 실제 AP 면밀도·가동률은 지역마다 다르다 (측정 필요, 3.20). 요점은 절댓값이 아니라 기체의 간섭 환경이 지상 링크와 질적으로 다르다는 것이다.

LBT가 이를 막지 못한다. ETSI EN 300 328의 적응형 장비는 송신 전에 채널을 듣고 문턱 이상이면 양보한다. 문턱은 EIRP 20 dBm에서 $-70$ dBm/MHz이고 출력이 낮으면 완화된다(원문 확인). 20 dBm으로 20 MHz에 퍼진 AP는 1 MHz당 7.0 dBm이므로 문턱까지 77 dB의 손실이 필요하고, 이는 자유공간 70 m, 지수 3.5로 11 m다(계산). 감지 반경이 수십 미터에 불과하다. 그런데 피해 수신기가 견디는 간섭은 $-114$ dBm/MHz라서 문턱보다 44 dB 낮다. LBT는 송신기끼리의 충돌을 줄이는 규칙이지 먼 곳의 민감한 수신기를 보호하는 규칙이 아니다. 기체가 보는 간섭은 AP끼리는 서로 듣지 못하는 거리에서 오는 것이다.

3.19.7 혼잡 관리 — 채널 계획과 동적 접근

채널 계획(정적). 간섭을 줄이는 가장 싼 수단은 피해 수신기의 채널을 간섭원에서 떨어뜨리는 것이다. 같은 채널에서 인접 채널로 한 칸만 가도 ACIR이 30 dB 안팎 생겨 이격 거리가 수십 분의 1로 준다(3.19.6.2). 채널 선택을 비행 전에 스펙트럼 측정으로 하는 절차가 여기서 나온다(3.20).

동적 접근(적응). 장비가 환경에 맞춰 스스로 바꾼다.

수단원리규칙·표준에서UAS에서의 의미
LBT(송신 전 채널 감지, CCA)송신 전에 채널이 비었는지 본다EN 300 328 적응형: 문턱 $-70$ dBm/MHz(20 dBm EIRP), 프레임 기반 방식에서 점유 시간 1~10 ms 후 휴지(원문 확인)송신기끼리 충돌을 줄인다. 먼 간섭은 막지 못한다
적응형 도약(AFH)간섭이 있는 채널을 도약 집합에서 뺀다EN 300 328: 적응형 FHSS는 도약 주파수 15개 이상, 대역의 70 % 이상 운용 가능(원문 확인)도약 링크가 혼잡을 피한다
동적 주파수 선택(DFS)레이더를 검출하면 채널을 비운다15.407(h)(2): 문턱 $-64$ dBm(200 mW~1 W EIRP)(원문 확인)5 GHz 일부 구간에서 레이더 보호
지오로케이션 데이터베이스위치를 조회해 허용 채널·전력을 받는다6 GHz 표준 전력의 자동 주파수 조정(AFC), 3.5 GHz대의 공유 체계 (확인 필요)이미 있는 제도이나 6 GHz는 무인기 금지(3.19.4)

규칙의 함정 하나. 미국 15.247(h)는 도약 시스템이 다른 이용자를 알아채 도약 집합을 스스로 바꾸는 것(적응)은 허용하지만, 여러 시스템이 도약 집합을 합의해 서로 중첩되지 않으려고 협조하는 것은 허용하지 않는다(원문 확인). 같은 규칙 아래서 한 운영자가 자기 기체들의 채널을 배정하는 것은 도약이 아닌 고정 채널이면 별개의 문제이고, 도약 시스템끼리의 사전 조정 금지는 행사 운영에 제약이 된다. 어느 해석이 적용되는지는 18.16·17.19와 해당 국가 규칙에서 확인한다 (확인 필요).

3.19.8 다수 기체 운용 시 채널 계획

3.19.8.1 채널은 몇 개인가

채널 수는 대역 폭 ÷ 채널 폭의 정수 부분이다(계산).

대역폭채널 폭채널 수
2,400~2,483.5 MHz83.5 MHz20 MHz4
2,400~2,483.5 MHz83.5 MHz22 MHz3
5,725~5,850 MHz125 MHz20 MHz6
5,725~5,875 MHz150 MHz20 MHz7
5,725~5,875 MHz150 MHz37 MHz(아날로그 FM 영상 간격)4

현실의 채널표는 이 계산을 그대로 따르지 않는다. 5.8 GHz 아날로그 FPV 커뮤니티가 사용하는 레이스밴드는 5,658·5,695·5,732·5,769·5,806·5,843·5,880·5,917 MHz의 8개 채널(간격 37 MHz)인데, 이 가운데 5,725~5,850 MHz 안에 드는 것은 4개(5,732~5,843 MHz)뿐이고 나머지는 그 밖에 있다 (채널표는 커뮤니티 관행, 소매·대회 자료 2차 확인). 미국에서는 그 밖의 채널을 아마추어 무선 면허가 있는 사람이 사용하는 대역으로 설명하고, 유럽은 허용 폭이 더 좁다고 한다 (2차, 국가별 확인 필요). 한국의 허용 채널은 18.16에서 확인한다. 채널표가 있다는 것과 그 채널을 사용할 수 있다는 것은 다르다.

3.19.8.2 조정하지 않으면 충돌한다

$N$대가 $C$개 채널에서 조정 없이 무작위로 채널을 고를 때 둘 이상이 같은 채널에 걸릴 확률은 생일 문제의 식이다.

$$P_{\mathrm{any}}=1-\prod_{i=0}^{N-1}\left(1-\frac{i}{C}\right),\qquad N\le C\ \text{이면 조정(배정)으로 }P=0$$

1 5 10 15 20 25 30 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 동시 운용 기체 수 N 같은 채널에 걸릴 확률 P 4채널 8채널 40채널 79채널
조정 없이 채널을 고를 때의 충돌 확률 — 4채널에서는 기체 5대면 반드시 겹치고, 8채널에서는 4대에서 59 %, 12대에서 100 %다. 채널이 40개여도 12대에서 84 %이고 79채널(도약 집합 크기)도 20대에서 93 %다. 조정(배정)을 하면 $N\le C$인 한 충돌은 0이다
동시 기체 $N$3581220
4채널62.5 %100 %100 %100 %100 %
8채널34.4 %79.5 %99.8 %100 %100 %
40채널7.4 %22.9 %52.7 %84.0 %99.7 %
79채널3.8 %12.1 %30.7 %58.5 %92.8 %

(계산.) 기체 12대가 8채널에서 조정 없이 고르면 충돌하는 쌍의 기댓값이 8.25쌍이다. 40채널로 늘려도 1.65쌍이다. 표의 채널 수가 많아도 인접 채널의 누설 때문에 사용할 수 있는 채널은 더 적다. 확률을 0으로 만드는 방법은 배정이다. 운영자가 $N\le C$이도록 채널을 나눠 주고, 넘치면 조(heat)를 나눠 시간으로 분리한다. 12대에 4채널이면 3개 조, 8채널이면 2개 조다.

도약 시스템은 다르게 센다. 독립적으로 무작위 도약하는 $N$개의 $C$채널 시스템에서 한 도약이 다른 시스템과 충돌할 확률은 $1-(1-1/C)^{N-1}$이다. 79채널에서 10대면 10.8 %, 30대면 30.9 %다(계산). 충돌이 매번 일어나지 않고 오류정정이 일부를 고쳐 주므로 고정 채널의 완전한 충돌과 다르게 성능이 점진적으로 열화한다.

3.19.9 군용 스펙트럼 관리의 개념과 도시 혼잡의 측정

3.19.9.1 군용 스펙트럼 관리(개념)

군 작전에서도 주파수는 분배 → 할당 → 지정의 순서로 정해지고, 같은 지역의 부대끼리 간섭하지 않게 따로 조정된다(3.16.7). 평시에는 군용 대역을 보호하는 것 외에 민간 시스템과 공존하는 것이 일이고, 전시에는 방사 통제(어떤 방출을 언제 허용하는가)와 우군 사이의 주파수 충돌 회피가 일이다. 무인기가 늘면 같은 공역의 링크 수가 늘어 조정할 주파수 요청이 많아진다는 점이 새 문제로 거론된다 (일반적 지적, 확인 필요). 구체적인 주파수 계획·표준 서식은 비공개이거나 공개 교범에서 확인할 문서가 많아 이 책은 작성하지 않는다 (공개 교범 번호는 확인 필요). 전자전과 스펙트럼 작전의 구조는 5.1, 국제법은 19.10이 맡는다.

3.19.9.2 도시 혼잡의 지표

현장의 혼잡은 측정해야 알 수 있다. 지표는 점유율(spectrum occupancy)이다. 시간·주파수 칸 가운데 전력이 문턱을 넘은 칸의 비율로 정의한다. 문턱은 잡음 바닥에서 몇 dB 위로 잡는다. 점유율을 어느 정확도로 알려면 독립 표본이 얼마나 필요한가는 이항 분포의 계산이다.

$$n\approx\frac{z^{2}\,(1-p)}{p\,\varepsilon^{2}}\qquad(z=1.96:\ 95\ \%)$$

점유율 $p$상대 오차 50 %20 %10 %
50 %1596384
10 %1388643,457
1 %1,5219,50838,032

(계산.) 점유율이 낮을수록 같은 정확도에 훨씬 많은 표본이 든다. 표본이 독립이려면 연속한 측정 사이가 버스트의 길이보다 길어야 하므로 실제 측정 시간은 이보다 길다. 측정 방법·장비 설정은 3.20, 점유율 측정의 권고는 ITU-R SM.1880(현행 판은 확인 필요)과 보고서 SM.2256이 다룬다 (2차 확인).

3.19.10 수치 예시·워크스루 — 12명이 한 대회장에서 날릴 때

상황(가정). 대회장 1곳에서 FPV 조종자 12명이 5.8 GHz 아날로그 링크로 날린다. 장비는 모두 EIRP 한도 안에 있다고 가정한다. 동시에 대회장 주변에는 2.4 GHz C2 링크를 사용하는 운영 기체가 있다.

단계질문계산값
① 채널 수허용 대역 안에 몇 개?5,725~5,850 MHz에 레이스밴드 중심 주파수가 드는 것4개(3.19.8.1)
② 조정 없이?충돌 확률은?$N=12>C$100 %
③ 배정하면?몇 조?$\lceil12/4\rceil$3개 조(조당 4명)
④ 채널을 늘리면?8개를 허용하는 지역에서는?$\lceil12/8\rceil$2개 조
⑤ C2와의 공존2.4 GHz 운영 링크는?5.8 GHz와 다른 대역, ACIR 사실상 무한상호 간섭 없음(고조파·불요발사는 제외)

읽을 것. 대회장 같은 밀집 운용에서 채널 수가 병목이다. 12명이 동시에 날려면 4개 채널로는 불가능하고 시간으로 나눈다. C2를 2.4 GHz, 영상을 5.8 GHz로 대역을 나누는 설계가 영상 채널의 혼잡이 C2로 번지지 않게 한다(3.9.11). 반대로 같은 대역에 C2와 영상을 수용하면 영상 기체가 늘수록 C2의 잡음 바닥이 오른다. 조 편성과 채널 배정은 운영자의 일이고, 실제 가능한 채널과 출력은 그 나라의 규칙이 정한다(18.16).

3.19.11 설계 트레이드오프 — 혼잡을 어떻게 피할 것인가

선택지는 셋이다.

① 비면허 대역에 두고 여유와 채널 선택으로 버틴다. 장비·비용이 가장 낮고 어디서나 사용한다. 여유를 항목별로 잡고(3.8.4) 비행 전 측정으로 채널을 고른다. 혼잡이 심해지면 방법이 없다.

② 보호받는 대역으로 올린다(항공 C2 대역·면허 셀룰러·면허 전용 대역). 간섭이 예측 가능하고 책임이 명확하다. 장비·면허·제도 비용이 들고 국가별 도입 상태가 다르다(3.1.4.2).

③ 적응(LBT·AFH·채널 자동 선택)으로 혼잡을 스스로 피한다. 장비가 알아서 움직인다. 먼 간섭은 못 듣고(3.19.6.3), 여러 기체가 동시에 적응하면 서로를 교란할 수 있다.

선택얻는 것잃는 것어울리는 곳
① 비면허+여유비용·보편성혼잡 속 보증 없음취미·상용 소형 UAS
② 보호 대역예측 가능·책임 명확비용·제도사람 위 운용·AAM·군
③ 적응자동 회피먼 간섭 못 듣고 상호 교란도약 링크·밀집 운용

견해: 안전이 걸린 C2는 보호받지 못하는 대역에만 의존하지 않는 편이 낫다고 본다. 근거는 둘이다. 첫째, 이 장의 가정 시나리오에서 기체가 지상보다 22 dB 나쁜 간섭을 겪는다는 것이 보였고, LBT의 문턱이 피해 수신기의 허용 간섭보다 44 dB 높으므로 송신기 규칙만으로는 C2 수신기가 보호되지 않는다. 둘째, 혼잡은 모든 기체에 동시에 작용하는 공통 원인이어서 같은 대역의 다중화는 가용도를 거의 올리지 못한다(3.1.10의 견해와 같은 논리, 3.11.5). 반대로 취미·단거리 운용에서는 ①의 비용이 압도하고, 대회장에서는 배정과 시간 분리가 가장 싼 해다. 정답은 위험과 비용의 균형이다.

3.19.12 세 축 비교

항목군용 드론민간 UASAAM
스펙트럼의 성격군 분배와 운용 통제, 방사 통제비면허 공유, 보호 없음보호된 안전 대역
간섭 분석의 용도우군 조정, 방사 계획링크 여유와 채널 선택인증 논거(가용도)
혼잡 관리주파수 조정 절차(비공개 다수)채널 선택·배정, LBT대역 분리, 허가된 송신기만
규칙의 출처군 규정·공개 교범15.247·15.407·EN 300 328·국내 고시항공 규정·ICAO·17.2
가장 큰 위험상대의 방해와 우군 충돌같은 대역의 이웃과 높이가 만든 가시선인접 대역 변화·불법 송신
관련 장3.16·5.118.16·14.243.15·15.15

3.19.13 관련 규격·프로토콜

문서발행무엇을 정하나상세
47 CFR 15.247미국 FCC902~928·2,400~2,483.5·5,725~5,850 MHz의 도약·디지털 변조 장비(전력·밀도·채널 수·점유 시간·적응 허용·협조 금지)(원문 확인)18.16
47 CFR 15.407미국 FCC5 GHz대·6 GHz 비면허 장비(DFS 문턱, U-NII-3 한도, 6 GHz 무인항공기체계 금지)(원문 확인)18.16·17.19
ETSI EN 300 328 V2.2.2(2019-07)ETSI2.4 GHz 광대역 장비: EIRP 20 dBm·밀도 10 dBm/MHz·적응형(LBT)·도약 규칙·수신기 범주(원문 확인)18.16·17.18
ETSI EN 301 893 V2.2.1(2024-11 (2차 확인))ETSI5 GHz 무선랜 계열(RLAN) 조화 표준18.16
ITU 전파규칙 5.150·4.4 (2차 확인)ITUISM 지정, 분배표 밖 사용의 조건17.19
ITU-R P.452-18(2023-10)ITU-R지표 국 사이 간섭 예측3.4
ITU-R P.1546-6 · P.1812-8 · P.2001-6ITU-R점대면·지형 기반·범용 전파 예측3.4
ITU-R SM.1880 · 보고서 SM.2256 (판 확인 필요)ITU-R스펙트럼 점유율 측정과 평가3.20

유료 표준의 본문은 옮기지 않았다. 규격의 지형은 9.1, 찾는 법은 0.9다.

3.19.14 관련 규제·인증 요구와의 연결

이 장의 기술일으키는 요구연결
출력·밀도·점유 한도적합성평가(한국 KC, 미국 FCC 인가, 유럽 RED) — 장비가 규칙을 준수하는지 시험18.16·17.18
비면허의 지위간섭을 받아도 보호 요구 불가, 간섭을 일으키면 중단 의무17.19·19.10
6 GHz 무인기 금지칩이 지원해도 무인기 링크에는 사용하지 못하는 대역이 있다18.16
항공 안전 대역의 보호비면허 송신기의 진입 금지, 인접 대역 변화의 평가3.15·17.2
간섭 분석인증 논거(C2의 가용도에서 간섭의 몫), 주파수 조정3.11·9.13·20.6
의도적 간섭간섭 분석의 대상이 아니라 별개의 불법 행위 영역18.9·19.10

3.19.15 함정과 한계

오해실제더 볼 곳
"채널이 많으니 안 충돌하지 않는다"조정 없이 8채널에 5대면 80 %가 충돌한다3.19.8.2
"LBT가 있으니 보호된다"문턱이 피해 수신기 허용 간섭보다 44 dB 높다3.19.6.3
"지상에서 간섭이 없으니 공중에서도 없다"기체는 지상보다 약 22 dB 나쁜 시나리오다3.19.6.3
"ISM은 마음대로 사용한다"출력·밀도·점유·적응 규칙이 있고 보호받지 못한다3.19.4
"6 GHz 무선랜을 무인기에 사용하면 된다"미국에서 무인항공기체계 제어·통신은 금지다3.19.4
"채널표의 모든 채널을 사용할 수 있다"레이스밴드 8개 중 5,725~5,850 MHz 안은 4개다3.19.8.1
"이격 거리는 한 숫자다"경로 모형에 따라 80배 달라진다3.19.6.2

이 장의 한계도 밝혀 둔다.

  • 간섭 계산은 가정 시나리오다. AP 면밀도·듀티·벽 손실은 측정값이 아니며 집계는 평균 전력이다. 순간 충돌은 3.10의 영역이다.
  • 경로 모형은 자유공간과 지수 모형이다. 지면 반사(3.2.7)·지형(3.4)·대기(3.5)는 넣지 않았다. 간섭 예측은 ITU-R 방법으로 확인한다.
  • 한국의 규칙은 단정하지 않았다. 값은 18.16에서 확인한다. 유럽 EN 301 893·RR 조문도 2차 확인이다.
  • 6 GHz 무인기 금지는 미국 조문이다. 다른 나라는 확인하지 못했다.
  • 군용 스펙트럼 관리는 개념만 작성했다. 구체 계획은 비공개이거나 교범 확인이 필요하다.

3.19.16 체크포인트·연구 질문

체크포인트

  1. 간섭이 잡음과 같은 크기일 때 잡음 바닥이 몇 dB 오르는가? $I/N=-6$ dB에서는?
  2. ACLR 30 dB·ACS 40 dB의 ACIR을 구하고, 약한 쪽이 지배하는 이유를 설명하라.
  3. 20 MHz 폭 AP의 EIRP 20 dBm이 1 MHz 폭 수신기에 주는 간섭은 얼마이고, 그 이격 거리를 자유공간에서 구하라.
  4. 같은 식이 자유공간과 지수 3.5에서 80배 다른 거리를 주는 이유는 무엇이며 기체는 어느 쪽에 가까운가?
  5. LBT의 문턱($-70$ dBm/MHz)이 피해 수신기의 허용 간섭($-114$ dBm/MHz)보다 높으면 어떤 일이 생기는가?
  6. 4채널에서 5대가 조정 없이 채널을 고르면 왜 반드시 충돌하는가? 12대를 4채널에 배정하는 방법은?

연구 질문 — 이 장에서 파생되는 열린 주제(25.7에 모은다)

  1. 기체 고도에서의 실측 간섭 — 고도 100 m 상공 2.4·5.8 GHz의 점유율과 간섭 전력은 지상의 몇 dB 위인가? 도시별 공개 측정이 있는가(3.20)?
  2. 밀집 운용의 조정 제도 — 도약 시스템끼리의 사전 조정 금지(15.247(h))와 행사 운영의 필요를 어떻게 양립시키는가? 같은 규칙을 한국·유럽은 어떻게 다루는가?
  3. 무인기용 보호 대역의 도입 지연 — 분배와 실제 사용 사이의 간격을 줄이는 제도 설계는 무엇인가(3.1.15와 연결)?
  4. 집계 간섭의 모형 — 가시선·건물 차폐·듀티를 함께 넣은 공대지 집계 간섭의 간단한 통계 모형은 무엇이며 어디까지 맞는가?

1차 출처(이 장)

  • 47 CFR 15.247, 15.407(eCFR·법률정보원 원문 확인).
  • ETSI EN 300 328 V2.2.2(2019-07)(원문 확인); ETSI EN 301 893 (판 확인 필요).
  • ITU 전파규칙(Radio Regulations) — 제5.150항·제4.4항 등 (판 확인 필요).
  • Recommendation ITU-R P.372-18, P.452-18, P.1546-6, P.1812-8, P.2001-6, SM.1880, Report ITU-R SM.2256 (판 확인 필요).
  • Rappaport, T. S., Wireless Communications: Principles and Practice, 2nd ed., Prentice Hall, 2002.
  • Goldsmith, A., Wireless Communications, Cambridge University Press, 2005.
  • Haykin, S., "Cognitive radio: brain-empowered wireless communications", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2005.

출처를 찾고 판을 추적하는 방법은 0.9에서 다룬다.


다음 장: 3.20에서 지금까지의 계산을 측정으로 확인하는 법을 본다. 스펙트럼 분석기의 분해능 대역폭과 잡음 바닥, 전력·EVM·감도·잡음 지수의 측정, 링크 시험 계획과 채널 사운딩, 측정 불확도의 합성, 그리고 PER를 검증하는 데 필요한 시험 패킷 수를 계산한다. 송신 시험은 허가된 환경을 전제한다.