하늘에서 늦게 오는 대답

답장이 지나는 먼 길

먼저 길을 나눠 봅니다. 휴대폰에서 위성까지 가는 구간을 서비스 링크, 위성에서 지상국까지 가는 구간을 피더 링크라고 부릅니다. 국제 표준(3GPP)에서도 이렇게 나누어 부릅니다. [1]

위성이 받은 신호를 그대로 되돌려 보내는 방식이라면 기지국은 지상국 쪽, 곧 땅 위에 있습니다. 위성이 단순한 중계기처럼 신호를 받아 다시 내보내기 때문입니다. [1] 그러면 휴대폰과 기지국 사이는 위성까지 올라갔다가 다시 내려오는 먼 길이 됩니다.

빛도 걸리는 시간

이 길이 얼마나 먼지 숫자로 느껴 봅니다. 땅 위의 기지국이 3km 떨어져 있다면 전파는 10만분의 1초면 닿습니다. 너무 짧아서 거의 없는 것과 같습니다. 3GPP도 지상망의 전파 지연은 보통 1ms보다 짧다고 설명합니다. [1]

정지궤도는 다릅니다. 휴대폰에서 위성까지 8분의 1초, 위성에서 지상국까지 또 8분의 1초이니 한쪽 방향만 4분의 1초쯤이고, 대답이 돌아오려면 0.5초 가까이 걸립니다. 이는 거리를 빛의 속도로 나눈 계산이며 장비가 신호를 처리하는 시간은 뺀 값입니다. 3GPP는 정지궤도의 전파 지연이 최대 수백 ms에 이른다고 설명합니다. [1]

저궤도는 훨씬 짧습니다. 위성이 바로 머리 위에 있으면 1,000분의 몇 초면 오갑니다. 하지만 위성이 지평선 가까이 낮게 떠 있으면 거리가 몇 배로 늘고, 위성이 움직이니 그 시간도 계속 변합니다. [1] 영상에서 위성이 지나가며 거리 숫자가 늘어나는 장면은 이 변화를 보여 주기 위한 개략적인 값입니다.

시간표가 흔들린다

땅 위의 휴대폰은 이런 시간 차이를 거의 신경 쓰지 않아도 됐습니다. 그런데 수십, 수백 배 긴 지연 앞에서는 정해진 순간에 맞춰 신호를 보내는 약속부터 흔들립니다. [1]

휴대폰 통신은 아주 촘촘한 시간표 위에서 움직입니다. 기지국은 여러 휴대폰에게 언제 보낼지를 잘게 나눠 정해 주고, 각 휴대폰의 신호가 정확히 그 칸에 도착해야 서로 부딪치지 않습니다. 어긋나면 옆 휴대폰이 방해받고, 어긋난 휴대폰도 제대로 통신하지 못합니다. 영상에서는 3번 휴대폰의 신호가 자기 칸을 벗어나 2번 휴대폰의 칸을 침범하는 모습으로 이를 그렸습니다. 칸과 휴대폰의 개수는 이해를 돕기 위한 단순한 그림입니다.

미리 보내기, 타이밍 어드밴스

그래서 휴대폰은 거리만큼 미리 보냅니다. 멀리 있는 휴대폰일수록 조금 일찍 출발해서, 기지국에는 정확한 칸에 맞춰 닿게 하는 것입니다. 이것을 타이밍 어드밴스라고 합니다. [2]

땅 위에서는 휴대폰이 처음 접속할 때 기지국이 신호가 도착한 시각을 재서 타이밍 어드밴스를 알려 줍니다. [2] 하지만 위성에서는 미리 보내야 하는 시간이 너무 크고 계속 변해서, 처음 문을 두드리는 신호부터 칸을 벗어날 수 있습니다. [1][2]

해법은 휴대폰이 스스로 계산하는 것입니다. 위성은 자기가 어디로 움직이는지 알려 주는 궤도 정보를 방송하고, 휴대폰은 길잡이 위성(GPS 같은 위성 항법 시스템)으로 자기 위치를 알아냅니다. 둘 사이의 거리를 계산하면 미리 보내야 하는 시간이 나옵니다. [1][2]

2편의 마지막 질문, 곧 위성 직접 통신 휴대폰에 왜 길잡이 위성이 필요한지에 대한 답이 바로 이것입니다. 국제 표준은 위성 직접 통신을 하는 휴대폰이 길잡이 위성 수신 기능을 갖췄다고 보고, 접속 전에 먼저 휴대폰의 위치와 위성 궤도 정보를 확보하게 합니다. 이 정보를 얻지 못하면 휴대폰은 둘을 다시 얻을 때까지 네트워크와 통신하지 않습니다. [1]

위성에서 지상국까지의 구간처럼 모두에게 똑같이 걸리는 시간도 있습니다. 이 시간은 기지국이 공통 값으로 알려 줍니다. 휴대폰은 내 구간의 지연과 공통 구간의 지연을 더해 미리 보내야 하는 시간을 정합니다. [1][2] 이는 방식을 단순하게 풀어 쓴 설명이며, 실제 표준은 더 많은 값과 시간 오프셋을 함께 씁니다. [1]

대답을 기다리다 멈추는 재전송

지연은 재전송에도 문제를 만듭니다. 무선통신 기초 9편에서 본 하크(HARQ)는 받은 쪽이 잘 받았다, 못 받았다를 알려 주면 보낸 쪽이 필요할 때 다시 보내는 방식입니다. 하크는 대답을 기다리는 동안에도 다른 데이터를 보내려고 여러 개의 작업 칸을 번갈아 씁니다. 땅 위의 5세대 이동 통신에서는 이 칸이 16개로, 대답이 금방 오니 충분합니다. [3]

위성에서는 사정이 다릅니다. 대답이 수십 배 늦게 오면 칸 16개를 다 쓰고도 첫 대답이 오지 않아 보낼 데이터가 있어도 기다려야 합니다. 이렇게 재전송 과정이 멈추는 것을 하크 정체(HARQ stalling)라고 부릅니다. [1] 영상에서는 17번째 패킷이 첫 대답이 와서 1번 칸이 풀릴 때까지 기다리는 모습으로 그렸습니다.

국제 표준은 두 가지 길을 열었습니다. 저궤도 같은 비정지궤도 위성에서는 작업 칸을 32개로 늘려 대답을 기다리는 동안 더 많은 데이터를 보냅니다. 정지궤도처럼 지연이 아주 긴 곳에서는 하크의 응답 자체를 끄고, 더 위의 단계에서 재전송을 맡기는 방법을 씁니다. [1][3] 영상에서는 이를 데이터 조각에 붙은 번호로 빠진 조각만 다시 보내 달라고 하는 모습으로 풀었습니다. 번호를 붙여 빠진 조각을 찾는 일은 단순화한 그림이며, 실제로는 하크와 다른 층의 재전송이 함께 쓰입니다. [1]

30초의 진짜 이유

그럼 위성 메시지 하나가 30초쯤 걸리는 것은 이 지연 때문일까요? 그렇지 않습니다. 전파가 오가는 시간은 길어야 1초도 안 됩니다. 수십 초의 대부분은 다른 데서 생깁니다. Apple은 하늘이 잘 보이는 이상적인 조건에서도 메시지 하나를 보내는 데 30초 이상 걸릴 수 있고, 나무 아래처럼 조건이 나쁘면 몇 분까지 걸릴 수 있다고 안내합니다. [4]

먼저 위성을 찾고 접속하는 시간이 있습니다. 휴대폰은 하늘에서 쓸 수 있는 위성을 찾고, 위치와 시간을 맞춘 뒤에야 첫 신호를 보낼 수 있습니다. 나무나 언덕에 가려지면 이 과정이 더 길어집니다. [4] 그다음은 아주 좁은 길로 보내는 시간입니다. 신호가 약하니 에러를 보정할 수 있게 보정용 비트를 더 붙여 부호율을 낮춰 보내고, 같은 데이터를 보내는 데 보내야 할 양이 늘어 같은 문자 데이터도 땅 위보다 훨씬 천천히 흘러갑니다.

다만 이는 원리를 단순하게 나눈 설명입니다. 서비스마다 위성과 방식이 달라서 실제로 어느 단계에 얼마나 걸리는지는 같지 않고, 이를 공개한 사업자도 찾지 못했습니다. 분명한 것은 빛의 속도보다 한 번에 보낼 수 있는 양, 곧 대역폭이 더 큰 병목이라는 점입니다. 저궤도 직접 통신이 음성과 영상까지 넘보는 이유도 여기에 있습니다. 저궤도의 지연은 짧은 편이라, 길만 넓어지면 더 많은 것을 할 수 있기 때문입니다. SpaceX도 휴대폰 직접 연결이 음성, 영상, 메시지 서비스를 데이터로 가능하게 한다고 설명합니다. [6]

서비스마다 고친 곳이 다르다

미나미의 답장이 제나에게 닿는 길에는 이런 약속들이 숨어 있습니다. 위성의 궤도 정보와 길잡이 위성으로 거리를 알고, 미리 보내고, 지연을 견디도록 재전송을 고친 것입니다.

서비스마다 고친 곳은 다릅니다. 국제 표준 방식은 휴대폰이 위치를 계산해 돕고, 스타링크처럼 평범한 휴대폰을 그대로 쓰는 방식은 위성과 망 쪽이 더 많은 일을 맡습니다. 스타링크는 특별한 앱이나 휴대폰 개조 없이 표준 LTE를 쓰도록 하고, 도플러와 시간 지연 같은 어려움은 위성의 전용 반도체와 소프트웨어가 해결한다고 설명했습니다. [5] 이 차이는 이 연재의 일곱째 편에서 다시 다룹니다.

달리는 위성이 남긴 숙제

그런데 지연보다 더 까다로운 문제가 있습니다. 저궤도 위성은 1초에 몇 킬로미터씩 달리고, 달리는 위성에서 오는 전파는 주파수마저 달라져서 들립니다. [1][5] 다음 편에서는 주파수의 변화와, 위성 사이에서 연결을 넘겨주는 방법을 알아봅니다.

더 읽기 1 · 이 글의 핵심 용어

• **서비스 링크 · 피더 링크**: 휴대폰과 위성 사이 구간이 서비스 링크, 위성과 지상국 사이 구간이 피더 링크입니다. [1]
• **타이밍 어드밴스**: 신호가 정해진 칸에 정확히 도착하도록, 거리에 맞춰 미리 보내는 시간입니다. [2]
• **궤도 정보(에페메리스)**: 위성이 지금 어디에 있고 어떻게 움직이는지를 계산할 수 있게 해 주는 값입니다. 위성이 방송합니다. [1][2]
• **하크(HARQ)**: 받은 쪽이 대답을 주면 보낸 쪽이 필요한 부분만 다시 보내는 재전송 방식입니다. 대답을 기다리는 동안 쓰는 칸이 작업 칸입니다. [3]
• **하크 정체(HARQ stalling)**: 대답이 너무 늦어 작업 칸이 모두 찬 채로 새 데이터를 보내지 못하는 상태입니다. [1]
• **부호율**: 보낸 비트 가운데 진짜 데이터가 차지하는 비율입니다. 신호가 약할 때는 보정용 비트를 더 붙여 부호율을 낮춥니다.
• **대역폭**: 한 번에 보낼 수 있는 양을 정하는 길의 넓이입니다.

더 읽기 2 · 숫자로 보는 지연

영상과 본문의 숫자 가운데 몇 가지는 출처의 값을 바탕으로 직접 계산한 것입니다.

첫째, 땅 위의 지연입니다. 전파의 빠르기를 초속 약 299,792km로 두면 3km는 약 0.00001초, 곧 10만분의 1초입니다.

둘째, 정지궤도입니다. 한국처럼 위도가 높은 곳에서 정지궤도 위성을 비스듬히 보면 거리가 약 37,300km로 늘어 한쪽 구간이 약 0.124초, 곧 8분의 1초쯤입니다. 휴대폰에서 위성, 위성에서 지상국까지를 합치면 한쪽 방향 약 0.25초, 왕복 약 0.5초 가까이입니다. 장비의 처리 시간은 뺀 값입니다. 하크의 왕복 시간 한도를 정지궤도에서 600ms로 잡은 자료도 있는데, 이는 처리 시간을 포함한 값입니다. [3]

셋째, 저궤도입니다. 높이 550km 위성이 바로 머리 위에 있으면 약 0.0018초입니다. 영상에서 위성이 낮게 지나가며 늘어나는 거리 숫자(약 550km에서 1,700km대)는 그림 속 거리에 비례한 개략값입니다. 같은 높이의 위성이 지평선에 가장 가까이 보일 때는 거리가 약 2,700km까지 늘어 한쪽 구간이 약 0.009초이므로, 바로 위일 때의 몇 배입니다. 하크의 왕복 시간 한도를 저궤도에서 50ms로 잡은 자료도 있으며, 이는 처리 시간을 포함한 값입니다. [3]

넷째, 작업 칸입니다. 땅 위의 5세대 이동 통신은 16개를 쓰고, 저궤도에서는 32개로 늘리는 쪽으로 3GPP가 합의했다고 정리한 자료가 있습니다. [1][3]

참고 자료와 설명의 범위

이 글과 영상은 위성 통신의 지연이 만드는 문제를 처음 접하는 사람을 위한 단순화한 설명입니다. 위성의 수와 서비스는 2026년 가을 기준이며 빠르게 바뀝니다. 지연 시간 계산, 시간표를 어긋나게 하는 그림, 위성 메시지 30초의 단계별 설명, 대역폭이 큰 병목이라는 설명은 일반 원리를 단순하게 풀어 쓴 것이어서 출처 번호를 붙이지 않았거나 일부만 출처로 뒷받침됩니다. 서비스 사업자가 자기 서비스의 시간 구성을 공개한 자료는 찾지 못했습니다. 표준 문서의 조항 단위 검토를 마쳤다고 주장하지 않습니다. 2차 자료([2], [3])는 표준 문서가 아니라 해설 자료이므로 중요한 값은 3GPP 개요 문서와 함께 읽는 것을 권합니다.

서비스 링크와 피더 링크, 투명 방식에서 기지국이 땅 위에 있다는 설명, 지상망 1ms 미만과 정지궤도 최대 수백 ms의 지연, 공통 타이밍 어드밴스와 위성 궤도 정보 방송, 휴대폰의 위치·궤도 정보 확보, 하크 정체와 작업 칸 32개 또는 응답 끄기, 위성의 빠른 움직임과 도플러. 3GPP · Non-Terrestrial Networks (NTN) overview.

위성 궤도 정보와 휴대폰 자신의 위치로 전파 지연을 추정해 미리 보내는 타이밍 어드밴스 사전 보정, 땅 위 NR에서 기지국이 타이밍 어드밴스를 알려 주는 방식(2차 자료). Techplayon · Satellite Ephemeris in 5G NTN.

땅 위 16개 작업 칸과 왕복 시간 한도(땅 위 16ms, 저궤도 50ms, 정지궤도 600ms), 저궤도에서 32개로 늘리는 3GPP의 합의. Rohde & Schwarz · 5G NTN takes flight (IEEE tutorial, 2024-09).

위성 메시지가 이상적인 조건에서도 30초 이상 걸릴 수 있고 나무 아래 등에서는 몇 분까지 걸릴 수 있다는 안내, 위성이 빠르고 대역폭이 낮다는 설명. Apple 지원 · How satellite connection works on iPhone (2026-09-29).

특별한 앱이나 업그레이드 없이 표준 LTE를 쓰는 평범한 휴대폰, 도플러와 시간 지연을 위성의 전용 반도체와 소프트웨어로 해결한다는 설명. SpaceX · Direct to Cell first text update (2024-01-10).

저궤도 휴대폰 직접 연결로 음성, 영상, 메시지 서비스를 제공한다는 설명. SpaceX · Starlink Progress Report 2025.

이어서 읽기

• 이전 편 · 하늘의 기지국 2편 · 하늘에는 어떤 위성들이 있을까?
• 무선통신 기초 9편 · 하크(HARQ)와 재전송
• 다음 편 · 4편 · 달리는 위성, 흔들리는 주파수
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