무선통신에 대한 기술이 급격하게 진화함에 따라, 철도 무선통신도 VHF나 TETRA에서 GSM으로 진보되었고, 현재는 LTE 기반으로 변화하고 있다. 이런 흐름 속에서, 본 고에서는, LTE 로 발전 되는 철도 무선망을 QoS(Quality Of Service) 관리 및 이동통신망 과는 다른 관점에서 철도통신(LTE-Railway)에서 추가되어야 할 요구사항 및 거기에 다른 요소 기술들을 살펴본다. LTE-R 시스템에서는 음성, 영상, 열차제어 등 모든 종류의 진보된 철도 서비스에 대해서 통합된 형태로 안정적이고 신뢰성 있은 서비스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이런 요구사항을 만족시키기 위해서는 일반 이동통신망과는 다른 접근으로 LTE-R을 개발할 필요가 있다. 본 고에서는 LTE 기반 철도통신망과 이동통신망의 다른 요구사항을 기반으로 과 차이점을 QoS(Quality Of Service) 등 철도와 같은 특수 임무형 통신 시스템에서의 요구사항이 적절하고 실용적인지 여부의 검증을 LTE 테스트베드를 실제 철도 영업선 상에 구축을 하고 필드 테스트를 통해서 만족 여부를 검토하였다. 국가적으로 진행되고 있는 LTE 기반 철도 통신망 구축 사업에서 요구하는 통신 기술 사이의 상관관계를 따져봄으로써 LTE-R에서 지원하는 통신 기술이 신뢰도 및 효율성 측면에서 충분한 정도의 기술적인 완성도를 갖추고 있음을 보인다.
본고에서는 미래창조과학부 공공통합망 주파수 (700MHz대역)를 사용하는 철도통합 무선통신망 (LTE-R)의 호남고속철도 익산~정읍간 시험선 구축을 통한 실용화 계획과 함께 국가 철도망 적용을 위한 노선별, 지역별 중장기 구축 계획과 최초로 사업화를 준비중인 원주-강릉 복선전철 시범사업에 대한 내용을 소개한다.
최근 IT기술의 발달과 고속, 고밀도 운행을 요구하는 철도시스템에서 기존의 궤도회로기반 열차제어방식에서 새로운 개념을 도입한 통신을 이용한 열차제어로 변화가 됨과 동시에 유지보수의 효율화, 승객서비스 증대에 따라 철도시스템에서 무선통신이 중요한 역할은 담당하는 위치로 변경되고 있다. 본 논문에서는 철도시스템에서 통신의 역할을 분석하고, 수송력향상과 안전 확보 및 효율적인 열차제어를 위한 무선통신망 구축방안으로 국외의 사례 비교 및 검토를 기반으로 효과적인 방안으로 제시함으로써 철도시스템을 위한 최적의 철도 무선통신망의 구축을 도모하고자 한다.
현재 국내 철도는 철도 통신망의 여러 기능을 통합하고 보완할 뿐만 아니라, 유선으로 구축된 통신망을 무선화하는 통합무선망에 대한 연구가 진행 중이다. 또한 통합무선망 구축에 필요한 철도 주파수 확보를 위한 활동이 진행 중이다. 본 논문은 국내 철도 통신망의 문제점을 분산된 네트워크 구조, 제한된 기능, 상이한 통신방식, 통신방식의 기술적 한계, 비면허 대역 사용을 중심으로 분석한다. 그리고 국내 철도통신과 비교하여, 세계 철도통신의 현황 및 동향에 대하여 분석한다. 분석된 문제점을 해결하기 위한 개선방안에 대하여 제안하고, 이에 대한 기대효과를 도출한다.
현재 국내 철도 무선통신망은 구간별로 VHF, TRS-ASTRO, TRS-TETRA 등의 서로 상이한 통신방식을 사용하여 정보를 송수신하고 있다. 최근에는 다양한 서비스를 제공하고 신뢰성을 향상시키기 위해 LTE방식을 철도 무선통신에 적용하는 연구가 진행 중에 있다. 다양한 통신방식을 사용하는 철도 무선통신망에서 끊김 없는 정보전송을 제공하기 위해서는 기존 통신방식과 새로운 통신방식 간의 연동이 필수적이다. 본 논문에서는 두 가지 망 연동방안, 즉 단말기 중심의 연동방안 및 망 중심의 연동방안에 대해 소개한다. 두 가지 연동방안을 이용한 운용시나리오에 대해 알아보고 두 가지 방안의 차이점을 비교한다. 또한 실제 시스템 적용시 고려사항에 대해서도 논의한다.
현재 철도전용 무선통신망은 운행구간에 따라 각기 다른 무선통신방식을 사용하고 있어 차상 내에서 관제국과의 통신을 위해서는 각 구간별로 별도의 통신장치가 필요하다. 철도통신에서 데이터 전송율을 향상시키고 다양한 서비스 제공을 위해 차세대 철도전용 무선통신망으로 LTE-R(Long Term Evolution-Railway)에 대한 연구가 진행되고 있다. 차상 내에서 기존의 통신방식과 LTE-R방식을 사용하기 위해서는 다양한 통신방식을 수용할 수 있는 연동 방안이 필요하다. 본 논문에서는 기존 철도통신방식의 현황 및 LTE-R방식의 필요성에 대해 알아보고, 차상 내에서 하나의 단말기를 사용하여 다양한 통신방식을 연동하기 위한 방안에 대해 소개한다. 또한 무선통신망 연동을 실제시스템에 적용하기 위해 고려해야 할 사항에 대해서도 분석한다.
최근 들어 5G 상용통신의 보급으로 이동통신기술은 새로운 시대를 맞이 하고 있다. 현재 도시지역을 중심으로 5G 이동 통신 서비스가 제공되고 있으나 조만간 전국을 대상으로 서비스가 확대될 것으로 전망된다. mmWave 기술을 기반으로 하는 5G 이동통신은 초기 단계로 일반인 대상으로 하는 음성 및 인터넷 서비스 중심으로 전개되고 있으나 전국망 구축이 완료되면 산업통신으로 확장될 것으로 예상된다. 이 산업 통신분야의 대표적인 예가 철도통신 시스템이다. 따라서 본 논문에서는 5G 이동통신을 기반으로 하는 철도통신망의 트래픽 전송 성능을 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 분석한다. 이 분석 결과를 기반으로 5G 기반 철도통신망의 구축 조건을 살펴본다.
통합공공통신망 주파수 700MHz(상향: 718~728MHz, 하향: 773~783MHz) 대역에서 국민안전처 주관으로 'PS-LTE 재난안전통신망'구축, 국토교통부 주관 '무선통신 철도제어시스템 LTE-R'구축, 해양수산부 주관 '연안 해상통신망 LTE-M'구축이 추진되고 있다. 동일 주파수 대역을 사용하지만, 서로 다른 용도로 추진되는 3개 공공통신망의 특징을 조사하여 각각의 망이 제공하고자 하는 고유한 기능, 서비스를 만족시키며 동일 주파수 대역에서 공존하기 위한 방안을, 망간 단말 이동 사례와 서비스 연동 시나리오 관점에서 분석하고 3개 공공통신망의 경제적이고 효율적인 망연동 구축방안을 제안한다.
통신망에 대한 고객의 요구는 음성이 대부분을 차지하고 기간통신망은 독점을 유지하였으나, 통신 모드(비음성, 데이터, 화상 등)에 대한 고객의 요구가 다양해지고 통신망은 개방과 경쟁이라는 새로운 위치에 놓이게 되었다. 따라서 이러한 변화에 대처하기 위하여 전세계적으로 차세대 통신망 및 서비스를 제공하기 위한 연구가 활발히 수행되어지고 있다. 이 가운데 가장 중요한 개념은 망요소(network element)를 기능화하고 서비스 빌딩블럭(generic service independent building block)의 집합에 의하여 다양한 미래 통신 서비스에 대한 유연하고(flexible), 일관성(uniform)있는 서비스 제공을 목표로 하는 지능망 구조(Intelligent Network Architecture)와 미래 통신망 및 서비스를 운용, 조절, 유지보수에 필요한 일련의 지원시스팀(support systems) 이상의 관리기능 영역을 제공하기 위한 ITU-T의 TMN(Telecommunication Management Network)이다. 본 연구는, 이 두 개념의 기본적 생각의 간결한 설명 후에, IN과 TMN의 공통점을 분석하고 일반적 통신망 환경에서 미래정보 네트워킹 구조를 위한 기초로써 제공되는 통합 망 및 서비스 관리에 대하여 가능한 통합분야를 명시할 것이다. 즉 지능망의 개념모형(INCM : In Conceptual Model)을 이용하여 TMN과의 상호 연계방안, 지능망 능력 증대 방안 그리고 ETSI 표준화 내용을 살펴봄으로써 향후 지능망 사업 및 통신망 관리 운용 시스팀 구축을 통한 차세대 전기통신망 및 서비스 플랫포옴 구축방안 연구에 도움을 주는 것을 목표로 하였다.
고속철도를 운영할 뿐 아니라, 고속열차를 생산하는 우리나라는 고속철도를 효율적으로 운용하기 위해 각 분야에서 승차감 향상, 주요부품 자동진단, 차상 전기검측, 소음저감 등 여러 가지 기술을 개발하고 있다. 본 논문은 그 중에서도 철도 무선통신분야의 기술을 이해하기 위해, 유럽과 중국 및 미국의 철도 무선통신시스템의 운용현황을 설명하고, 국내 철도에도 적용될 철도용 LTE 시스템의 기술현황을 소개한다. 아울러 현재 운용하고 있는 국내 철도무선통신망 현황과 4세대 무선통신망에 대한 국가연구개발사업의 개략 및 고속철도 현장에서의 시험계획을 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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