음속 1마하 달려도 인터넷 될까? .. 시속 1200km 하이퍼루프 통신 원천기술 개발

UNIST·동국대 연구진, 하이퍼루프 튜브 내부 통신채널 특성 규명

하이퍼루프 시스템 개념도. 튜브 안을 타원형의 포드가 달리고 있다.

[아시아경제 영남취재본부 김용우 기자] 서울에서 부산까지 20여분 만에 주파하는 1마하 음속에 가까운 초고속 열차가 있다면 객실 내 무선 인터넷 서비스는 가능할까?

국내 연구진이 시속 1200㎞로 달리는 하이퍼루프 통신의 원천기술을 개발해 눈길을 쏠린다.

울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 김효일 교수팀은 하이퍼루프 내 무선 통신 전파(통신 채널)를 분석하는 기법을 내놨다. 고속으로 달리는 객차의 안전을 모니터링하고 인터넷 서비스 등을 제공하기 위한 무선통신 시스템 설계 기반 기술이다.

하이퍼루프는 진공에 가까운 관인 ‘튜브’ 안에 ‘포드’라는 객차를 한 개 씩 가속해 시속 1200㎞로 달리게 하는 차세대 교통수단이다. 하이퍼루프를 위한 무선통신 시스템 설계 시 안테나 디자인, 반송 주파수, 대역폭 등을 정하기 위해서는 전파가 3차원 공간에서 어떻게 퍼져나는지를 예측하는 통신 채널 분석이 필수적이다.

하지만 하이퍼루프의 경우 기존 전자기파 시뮬레이터로는 분석에 한계가 있었다. 튜브가 전파를 가둘 수 있는 도파관을 닮은 데다 수백 ㎞ 정도로 매우 길어 전파가 일반 공간보다 멀리까지 퍼져나가기 때문이다.

이런 상황에선 시뮬레이션에 포함할 기지국 등 대상의 범위가 훨씬 넓어진다. 튜브 안을 고속으로 달리는 포드들이 일으키는 영향도 또 다른 변수로 봐야 했다.

개발한 하이퍼루프 튜브 내 통신환경 분석 기법 모델 연구그림.

연구팀은 이를 해결하기 위해 세 가지 대표 구간을 각각 시뮬레이션하고, 이들을 수학적으로 연결하는 모델링을 통해 튜브 전체를 해석하는 새로운 기법을 썼다.

단일 기지국 구간, 단일 포드 구간, 기지국이나 포드가 없는 빈 튜브 구간으로 구분해 전자기파 시뮬레이션을 수행한 뒤 이를 ‘네트워크 파라미터 모델링’ 기법으로 연결하는 방식이었다.

분석 결과 각 포드에서 신호 투과·반사 등 다양한 신호 왜곡 현상이 일어나고 있는 것을 연구팀은 확인했다. 다른 기지국이 전송한 간섭신호 중 일부가 여러 포드 구간을 뚫고 전달돼 발생하는 다중 간섭신호 수신이 대표적이었다.

연구팀은 이런 분석 결과를 토대로 해 하이퍼루프 내 무선 통신에 가장 적합한 주파수 대역과 최대 가능 대역폭, 최적의 전자기 모드 등을 밝혀냈다. 또 포드의 주행 위치별로 통신 신호의 수신강도 등도 정확히 예측할 수 있었다.

UNIST 김효일 교수.

동국대 한기진 교수.

김효일 교수는 “분석기법이 유연해 하이퍼루프의 규격 등이 바뀌더라도 쉽게 응용할 수 있다는 장점이 있다”고 설명했다.

김 교수는 “하이퍼루프 환경에 최적화된 안테나 설계, 통신 기법 개발, 통신 성능을 고려한 포드 디자인 등 연관 분야에서 원천 기술 역할을 할 수 있을 것”이라고 자신했다.

이번 연구는 공동교신저자인 동국대 한기진 교수와 함께 수행했으며, UNIST 김정탁 연구원(전기전자공학과 석박사통합과정)이 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 모빌리티 분야 권위지인 IEEE 차량 기술 매거진(IEEE Vehicular Technology Magazine)에 게재됐다.

연구수행은 UNIST 자체 연구지원과제와 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

김효일 교수(좌측)과 김정탁 연구원.

영남취재본부 김용우 기자 kimpro7777@asiae.co.kr