유니스트, 시속 1200km 달리는 하이퍼루프 통신 원천기술 개발

유니스트(UNIST·울산과학기술원)는 전기전자공학과 김효일(사진) 교수팀이 꿈의 열차로 불리는 ‘하이퍼루프(hyper loop)’ 내 무선 통신 전파(통신 채널)를 분석하는 기법을 개발했다고 18일 밝혔다.

하이퍼루프는 진공에 가까운 관인 ‘튜브’ 안에 ‘포드’라는 객차를 한 개씩 가속해 시속 1200㎞로 달리게 하는 차세대 교통수단이다.

이를 위한 무선 통신 시스템을 설계할 때 안테나 디자인과 반송주파수, 대역폭 등을 정하기 위해선 전파가 3차원 공간에서 어떻게 퍼져나가는지 예측하는 통신 채널 분석이 필요하다.

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

기지국 등 시뮬레이션에 포함해야 할 대상의 범위가 훨씬 넓어지고, 튜브 안을 고속으로 달리는 포드들에 의한 영향도 변수로 작용한다.

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

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

분석 결과, 각 포드에서 신호 투과·반사 등 다양한 신호 왜곡 현상이 일어나고 있었다. 다른 기지국이 전송한 간섭신호 중 일부가 여러 포드 구간을 뚫고 전달돼 발생하는 다중 간섭신호 수신이 대표적이다.

연구팀은 분석 결과를 통해 하이퍼루프 내 무선 통신에 가장 적합한 주파수 대역, 최대 가능 대역폭, 최적의 전자기 모드 등을 밝혀냈다. 포드의 주행 위치별로 통신 신호의 수신 강도 등도 정확히 예측할 수 있었다.

김효일 교수는 “분석 기법이 유연해 하이퍼루프의 규격 등이 바뀌더라도 쉽게 응용할 수 있는 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.

이번 연구에는 동국대 한기진 교수도 참여했다. 연구 결과는 모빌리티 분야 학술지인 ‘IEEE 차량 기술 매거진’(IEEE Vehicular Technology Magazine)에 게재됐다. 연구 수행은 UNIST 자체 연구지원과제와 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

울산=이보람 기자 boram@segye.com