시속 1200km로 달리는 하이퍼루프 무선통신 환경 국산기술로 분석한다

울산과학기술원 제공

시속 1200km로 달리는 미래 교통수단인 하이퍼루프의 무선 통신 전파를 분석하는 기술이 개발됐다. 고속으로 달리는 객차 안전을 확인하고 인터넷 서비스를 제공하는 무선통신 시스템 설계에 도움을 줄 것으로 기대된다.

김효일 울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 교수팀은 하이퍼루프 내 무선통신 전파를 분석하는 시뮬레이션 기법을 개발했다고 18일 밝혔다.

하이퍼루프는 관 내부를 진공에 가깝게 만들고 객차(포드)를 한 개씩 가속해 시속 1200km 이상으로 달리게 하는 차세대 교통수단이다. 하이퍼루프 내에서 무선통신이 가능하도록 하려면 안테나 디자인, 반송 주파수, 대역폭 등 무선통신의 특성이 어떻게 내부에서 변하는지를 알아야 한다. 전파가 3차원 공간에서 어떻게 퍼져나가는지를 예측하는 분석이 필수적이다.

그러나 하이퍼루프는 기존 전자기파 시뮬레이터로 분석이 어려웠다. 튜브가 전파를 가둘 수 있는 도파관 역할을 할 수 있어서다. 길이도 수백 km 이상 길어 전파가 일반 공간보다 멀리까지 퍼져나간다. 때문에 시뮬레이션에 포함해야 할 대상의 범위가 훨씬 넒다. 튜브 안을 고속으로 달리는 포드의 영향도 다른 변수다.

시속 1200km로 달리는 하이퍼루프의 구조. 진공에 가까운 튜브와 객차로 이뤄져 있다. 김효일 울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 교수팀은 하이퍼루프 내 무선통신 전파를 분석하는 기술을 개발했다. 울산과학기술원 제공

연구팀은 단일 기지국 구간과 단일 포드 구간, 기지국이나 포드가 없는 빈 튜브 구간으로 구분해 각각 시뮬레이션하고 이들을 수학적으로 연결해 튜브 전체를 해석하는 새 기법을 개발했다. 각 구간의 전자기파 시뮬레이션을 수행하고 이를 ‘네트워크 파라미터 모델링’ 기법으로 연결하는 방식이다.

분석 결과 각 포드에서 신호 투과와 반사 등 다양한 신호 왜곡 현상이 실제로 일어나는 것으로 예측됐다. 다른 기지국에서 전송한 신호 중 일부가 여러 포드 구간을 뚫고 전달되면 다중 간섭신호가 수신되는 현상이 대표적이다. 연구팀은 분석을 통해 하이퍼루프 내 무선 통신에 가장 적합한 주파수 대역과 대역폭, 최적의 전자기 상태 등을 밝혀냈다. 포드의 주행 위치별로 통신 신호의 수신강도를 예측하는 데도 성공했다.

김 교수는 “분석기법이 유연해 하이퍼루프의 규격 등이 바뀌더라도 쉽게 응용할 수 있다는 장점이 있다”며 “하이퍼루프 환경에 최적화된 안테나 설계, 통신 기법 개발, 통신 성능을 고려한 포드 디자인 등 연관 분야에서 원천 기술 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 지난 2월 국제학술지 ‘미국 전기전자공학회(IEEE) 차량 기술 매거진’에 실렸다.

연구팀은 단일 기지국 구간과 단일 포드 구간, 기지국이나 포드가 없는 빈 튜브 구간으로 구분해 각각 시뮬레이션하고 이들을 수학적으로 연결해 튜브 전체를 해석하는 새 기법을 개발했다. 울산과학기술원 제공

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]