국내 연구진이 그동안 주로 하던 지상통신에서 벗어나 지중에서도 무선통신이 가능함을 처음으로 확인했다. 이로써 광산 등 지하매설물 붕괴 등 사고로 인한 구조작업 시 매몰된 사람의 생존 여부 가능성을 확인하는 길이 생겼다. 

한국전자통신연구원(ETRI)은 1m 직경의 송신 안테나와 수 cm급 수신 안테나를 이용해 광산 지중 40m 거리에서 음성신호를 송·수신할 수 있는 「자기장 지중 통신 원천기술」 개발에 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.

광산은 복잡한 지하 환경 등 신호 감쇠로 무선통신이 불가능한 것으로 알려져 있다. ETRI는 매질에 대한 자기장의 고유한 경계조건 특성을 이용해 새로운 통신 시스템을 개발했다. 기존 안정적인 통신이 불가능한 광산에서 음성데이터를 성공적으로 전송한 셈이다.

연구진이 개발한 자기장 지중 통신 시스템은 기존 해외 연구진의 수십 미터(m)급 송신 안테나를 1m의 안테나로 극소형화 했다. 아울러, 센티미터(cm)급 자기유도 기반 소형 수신 센서로 구성되는 특징이 있다.

연구진은 이번 개발한 송·수신 안테나가 마치 통신 중계기(AP)와 같은 역할을 해 지상과 지중을 연결하는 기지국 역할을 한다고 설명했다. 따라서 앞으로 지상의 송신기와 지중의 수신기가 설치된다면 구조를 받는 사람은 개인소유 단말기(핸드폰)로 송수신 안테나를 연결해 통신이 가능할 전망이다.

연구진이 수행한 이번 통신 시험은 석회암 암반으로 구성된 광산 내 40m 거리에서 수행되었다. 연구진은 20kHz 대역 반송파를 이용해 음성신호 전송수준인 4kbps급 데이터를 전송했다고 설명했다.

특히 지하 광산의 경우, 캄캄한 미로와 같은 구조로 마치 개미집처럼 복잡하다. 여러 개의 층으로도 나뉘어져 있는데 연구진은 층간에서 40미터 직접 데이터 전송을 증명했다. 

자기장 통신의 성공적인 시연은 향후 지중 광산 산업에 큰 변화를 가져다줄 수 있다. 특히 광산 붕괴는 물론 지하공동구와 같은 지하매설물에 화재나 재난 등 통신 불가 비상사태에서 본 기술은 신뢰할 수 있는 통신 수단을 제공할 것으로 예상된다.

ETRI는 자기장 통신 시스템을 통해 사고 시에 광부와 구조 팀 간 연결 상태를 유지하고 구조작업을 원활하게 조율 가능하다고 설명했다. 또한 사고자와의 응답 시간을 줄이고 안전 조치를 강화할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

연구진은 아울러 이번 지중 통신뿐만 아니라 지난해에는 하천, 강 등 민물 지역에서도 수중 40미터 통신에 성공했다고 밝혔다.

ETRI는 이번 핵심기술이 그동안 10년 넘게 연구개발을 통해 얻은 무선전력전송 원천기술이 있었기에 구현할 수 있었다고 말했다.

아울러 핵심 특허로는 송수신기와 관련 안테나, 모뎀, 대역폭확장전송 기술, 소형 자기장센서 등에 대해 특허출원을 완료했다.

ETRI 조인귀 전파원천연구실장은“자기장 통신 시스템으로 생활 무전기로 통신이 불가능한 광산의 지중 상1단과 상2단 사이인 지점에서 성공적인 통신 시험이 이루어졌다. 지하 광산 붕괴 사고로 인한 통신망의 중단 가능성을 크게 줄일 수 있을 것이다.”라고 설명했다.

ETRI 박승근 전파연구본부장도“광산 산업을 넘어 자기장 통신은 다양한 분야에 광범위한 영향을 미친다. 지하 건설, 터널링, 해양 굴착 등 복잡하고 예측할 수 없는 환경에서 신뢰할 수 있는 통신 수단으로 혁신적인 기술로 활용이 예상된다.”고 말했다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부 ETRI연구개발지원사업‘10pT급 미소자계기반 중장거리 자기장통신기술’과제의 결과물이다. 애드모텍, 두잇 등과 협력해 개발 시험을 수행했다. 

연구진은 본 기술과 관련, SCI 논문 10건 및 국제특허출원 12건 실적을 확보하였고, 통신 분야 우수 국제학술대회인 '20th IEEE SECON 2023 20th Annual IEEE International Conference on Sensing, Communication, and Networking(2023.9.12. 예정)'에서 논문을 발표한다. 

ETRI 전파연구본부에서는 지중, 수중 등과 같은 통신의 극한 환경에서 전파매질 한계극복 기술 개발에 집중하고 있다. 향후 요구사항이 까다로운 산업환경에 적용하기 위해 산업체 협력 및 추가 연구를 통해 100m급 이상의 장거리화 및 소형화 시스템 개발에 집중할 예정이다.

연구진은 본 기술이 향후 지하의 가스관, 송유관, 지하매설물 등 지하공동구의 재난 등에도 효과적인 통신 대응이 가능할 것으로 보고 있다.