▲ 개발한 하이퍼루프 튜브내 통신환경 분석 기법 모델(사진제공_UNIST)  © 특허뉴스

UNIST 전기전자공학과 김효일 교수팀은 하이퍼루프 내 무선 통신 전파(통신 채널)를 분석하는 기법을 개발했다. 고속으로 달리는 객차의 안전을 모니터링하고, 인터넷 서비스 등을 제공하기 위한 무선통신 시스템 설계의 기반 기술이 될 전망이다.

하이퍼루프는 진공에 가까운 관인 ‘튜브’ 안에 ‘포드’라는 객차를 한 개 씩 가속해 시속 1,200km로 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 필수다. 

하지만 하이퍼루프의 경우 기존 전자기파 시뮬레이터로는 분석에 한계가 있었다. 튜브가 전파를 가둘 수 있는 도파관을 닮은 데다 수백 km 정도로 매우 길어 전파가 일반 공간보다 멀리까지 퍼져나가기 때문이다. 시뮬레이션에 포함해 할 대상(기지국 등)의 범위가 훨씬 넓어진다. 튜브 안을 고속으로 달리는 포드들에 의한 영향도 또 다른 변수다. 

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 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 이러한 분석 결과에 기반 해 하이퍼루프 내 무선 통신에 가장 적합한 주파수 대역, 최대 가능 대역폭, 최적의 전자기 모드(mode) 등을 밝혀냈다. 또 포드의 주행 위치별로 통신 신호의 수신강도 등도 정확히 예측할 수 있었다

김효일 교수는 “분석기법이 유연하여 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 기대했다.

이번 연구는 동국대 한기진 교수(공동교신저자)와 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.