울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 김효일 교수팀이 하이퍼루프 내 무선 통신 전파(통신 채널)를 분석하는 기법을 개발했다고 18일 밝혔다.

UNIST에 따르면 하이퍼루프는 진공에 가까운 관인 '튜브' 안에 '포드'라는 객차를 한 개씩 가속해 시속 1천200㎞로 달리게 하는 차세대 교통수단이다.

하이퍼루프를 위한 무선 통신 시스템 설계 시 안테나 디자인, 반송 주파수, 대역폭 등을 정하기 위해서는 전파가 3차원 공간에서 어떻게 퍼져나가는지를 예측하는 통신 채널 분석이 필요하다.

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.

기지국 등 시뮬레이션에 포함해야 할 대상의 범위가 훨씬 넓어지고, 튜브 안을 고속으로 달리는 포드들에 의한 영향도 또 다른 변수다.

연구팀은 이를 해결하고자 세 가지 대표 구간을 각각 시뮬레이션한 후, 이들을 수학적으로 연결하는 모델링을 통해 튜브 전체를 해석하는 새로운 기법을 사용했다.

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 있었는데, 다른 기지국이 전송한 간섭신호 중 일부가 여러 포드 구간을 뚫고 전달돼 발생하는 다중 간섭신호 수신이 대표적이었다.

연구팀은 분석 결과를 통해 하이퍼루프 내 무선 통신에 가장 적합한 주파수 대역, 최대 가능 대역폭, 최적의 전자기 모드 등을 밝혀냈다.

또 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 참여했으며, 연구 결과는 모빌리티 분야 학술지인 'IEEE 차량 기술 매거진'(IEEE Vehicular Technology Magazine)에 게재됐다.

연구 수행은 UNIST 자체 연구지원과제와 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.