<테마특강>전력선자기장 초고속데이터통신

송요섭 파워코리아21 사장

전력선자기장통신(PAN)기술은 지난 64년 미국의 벨연구소에 노벨물리학상을 안겨준 MASER(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 기술에 실시간 디지털 펄스 발생(digital pulse generation)을 지원하는 Q스위칭기술을 접목한 것이다.

여기에 다시 미국 미디어퓨전사의 특허기술인 ASCM(Advanced Sub-Carrier Modulation) 과정에 의해 주파수와 용량(dimension)을 동시에 수용하는 전기자기장(electromagnetic field) 초고속 통신기술이다.

PAN기술은 전력선 내부의 전자와 전력선 외부의 자기장을 동기화(synchronization)함으로써 초고속 데이터전송을 가능하게 하는 기술이다. PAN기술이 기존 PLC(Power Line Communication) 진영의 전송기술과 차별화되는 가장 큰 특징은 전송신호가 전력선을 통과하는 동안 다른 여러 신호들과 섞이지 않고 별도의 신호재생 없이 초원거리(3200㎞ 가량)까지 빛에 가까운 속도로 전달될 수 있다는 점이다. 이렇게 초원거리까지 광속의 데이터전송이 가능한 이유는 「감지(consciousness)」 때문이다.

여기서 감지란 물리학계의 학술용어로 자유공간에 존재하는 특별한 에너지를 표현하는데 미국 버클리대의 조프레이 추 교수에 의해 부츠트랩이론(bootstrap theory-감지물리학과 유사)으로 처음 거론됐으며 영국 런던대 물리학교수인 데이비드 봄 교수에 의해 세계 최초로 양자역학차원의 수학적 증명이 이뤄졌다.

미국대륙의 전기 인프라를 예로 들면 동부에서 서부까지 약 4000마일의 원거리인데도 불구하고 전력그리드상 하나의 그리드로 전기에너지가 공급될 수 있다.

세계적인 PAN기술 개발자인 윌리엄 스튜어트 루크는 전기가 전력그리드상에 존재한다면 자기장을 이용한 통신기술에도 아무런 문제가 없다고 설명하고 있다. 즉 MASER를 통해 전기자기장에 증폭된 극초단파 펄스를 주입할 경우 특정 주파수대역(30㎓∼2만4000㎓)에서 전력선 내부의 전자(electron)가 다른 신호와 섞이지 않고 안정적으로 이동해 갈 수 있음을 발견했고 이를 기반으로 초고속 원거리 전력선 데이터 통신이 가능함을 확신하게 된 것이다. 만일 이것이 사실이 아니라면 전기도 그렇게 멀리 나아갈 수 없다는 점이 PAN기술이 단지 공상과학에만 나오는 것이 아니라 조만간 현실화될 수 있는 기술이라는 것을 뒷받침하고 있다.

이러한 획기적인 PAN시스템의 구성이 어떻게 이뤄졌는지 살펴보자.

PAN시스템을 구성하고 있는 각각의 서브시스템 및 컴포넌트는 우선 초단파를 발생하는 MASER가 있으며 서버로부터 신호를 받아 펄스신호로 바꿔주는 Q스위치와 펄스신호를 음향파로 바꿔주는 특수렌즈(synthetic aperture lens) 등으로 구성돼 있다.

여기에 음향파를 다시 펄스신호로 바꿔주고 사용자의 단말기로 정보를 수신하게 하거나 사용자의 단말기로부터 다시 정보를 목적지까지 보내주는 인터페이스컨트롤러, 중앙제어센터와 인터페이스컨트롤러 간 신호를 감지하고 관리하는 클러스터컨트롤러 등이 있다.

뿐만 아니라 가정내의 조명등 및 각종 가전기기들을 제어할 수 있는 디바이스컨트롤러, 전기자기장의 파동(wave)을 감지하고 PAN망에서 들어오는 각종 신호를 수신해 신호분석기에서 처리가 가능하도록 전기신호로 바꿔주는 전자기 유도정합기(inductive coupler) 등이 구성요소에 속한다.

이밖에 전자기 유도정합기로부터 들어오는 각종 신호를 분석(전선에 흐르고 있는 전류의 흐름이나 강도, 그리드상의 주파수, 노이즈 상태, 신호특성 등)해 합성노이즈를 제로상태로 만들어주는 신호처리기, 신호처리기로부터 수신된 각종 신호를 분석하고 PAN망에 연결된 각종 서버 및 사용자들에게 데이터를 전송할 수 있도록 사람의 두뇌역할을 담당하는 슈퍼컴퓨터 등이 필요하다.

PAN기술 구현에 필요한 서브시스템의 기능은 크게 네 가지로 나눌 수 있다.

첫째 극초단파 발생기(microwave generator)와 함께 극초단파 자극실(microwave stimulated chamber)에 의해 증폭된 극초단파(mased pulse)를 만들어내는 MASER, 이것과 연계돼 디지털펄스 발생을 가능하게 하는 Q스위치, 합성천공렌즈(synthetic aperture lens-방송국에서 전송되는 신호를 감지해 TV브라운관에 영상신호로 뿌려주는 것과 같은 장치)로 이뤄진다.

둘째 안테나 역할을 수행하는 전자기 유도정합기가 있다. 이것은 초저전압(10의 마이너스 23승 볼트)까지 감지할 수 있도록 페로세라믹이라는 소재로 만들어졌으며 전기자기장의 파동을 감지하고 PAN망에서 들어오는 각종 신호를 수신, 신호처리기에서 분석가능하도록 전기신호로 바꿔주는 역할을 맡는다.

셋째 자력주파수를 전자신호로 변환함과 동시에 단순하면서도 독특한 반사기능을 통해 전력선 자기장통신의 양방향화를 가능하게 하는 인터페이스 컨트롤러도 PAN기술에 있어 매우 중요한 의미를 가지고 있다.

이것은 저렴한 비용으로 다양한 엔드터미널(가전기기 포함)들을 P&P(Plug & Play)로 연결가능케하고 중앙제어센터와 도메인 및 위치정보교환을 담당하는 최종버퍼를 갖춤으로써 PAN기술 기반의 홈오토메이션 및 보안서비스 등을 지원하는 디바이스컨트롤러와 함께 홈네트워킹 차원의 효율성있는 부가서비스 구현을 가능하게 한다.

마지막으로 우리나라 전역을 PAN서비스 단일 제공권으로 묶어주기 위한 PAN중앙제어센터가 있다. 이것은 수백 기가대 이상의 연산속도와 300MB/sec 이상의 백플레인 속도를 가진 슈퍼컴퓨터와 다양한 애플리케이션서비스를 담당할 수 있는 수백 대의 용량을 가진 서버군, MAC(Media Access Control) 레이어상에서 필수적인 신호처리기, 그리고 기존 범용네트워크와의 상호연동을 위한 고성능 네트워크스위치 등으로 구성된다.

이들 중앙제어센터의 하부 구성요소 중 슈퍼컴퓨터는 엄청난 숫자의 인터페이스 컨트롤러에서 선택된 다양한 정보들을 실시간으로 처리하고 논리화된 채널지정을 통한 새로운 개념의 PAN기반 스위칭 및 라우팅을 지원함과 동시에 가시적인 실시간 PAN기반 네트워크관리를 가능하게 할 것이다.

결국 PAN망에서 최소한 2.5Gbps의 대역을 각 가정(인터페이스 컨트롤러)마다 제공하는 것은 물론 PAN망에 접속할 수 있는 사용자가 거의 무한에 가까우므로 송수신되는 정보 및 데이터의 속도는 수백 Exo 비트(1Exo 비트는 10의 18승임)에 달할 것이다.

이렇게 상상하기 어려운 전송속도지만 중앙제어센터에 병목현상이 생기지 않는 것은 트래픽을 처리하는 대역이 30㎓에서 2만4000㎓로 초고속이라는 점 때문이며 끝점에서 수많은 사용자가 통신을 이용할지라도 일일이 중앙제어센터를 거치지 않고 PAN망에서 상호통신이 이뤄지기 때문이다.

PAN통신기술은 세계 통신기술의 기존 패러다임을 완전히 뒤바꿔놓을 수 있을 정도의 엄청난 파괴력을 가지고 있음과 동시에 폭발적 잠재력을 지니고 있기 때문에 이 기술이 상용화된다면 세계 통신기술사의 대변혁까지 예고되고 있다.

세계적인 PAN기술 개발을 이끌고 있으며 그 주역으로 주목받고 있는 미국 미디어퓨전사 스튜어트 윌리엄 루크 회장은 파워코리아21과 함께 이 같은 꿈의 통신기술을 2001년 하반기 미국을 시작으로 2002년 상반기부터 세계 전역으로 상용화해 나간다는 야심찬 계획을 진행하고 있다.

전력이 들어가는 곳이면 어떤 오지라 하더라도 초고속의 데이터통신이 가능해지는 것이며 전류가 흐르고 있을 땐 별다른 동력없이 양방향 통신이 가능하다는 점 등 PNA기술의 장점은 무궁무진하다고 해도 지나치지 않다.

현재 PNA기술은 통신기능과 효율성 면에서 다른 어떤 기술도 넘보지 못하는 탁월성을 갖고 있지만 상용화문제가 가장 큰 장애로 남는다.

특히 이론상의 기술이 상당부분 실증되거나 실용화됐지만 여전히 사람들의 뇌리에는 불가능에 가까운 것으로 각인돼 있는 인식의 한계가 상용화를 결정적으로 가로막고 있다.

이 기술이 상용화된다면 경제적으로 엄청난 파장을 몰고 올 혁신적인 기술임에는 틀림 없지만 상용화 수순이 당초 계획대로 진행된다 하더라도 한국 데이터통신시장에서 상용화되기 위해서는 최소 1년 6개월에서 2년 정도가 소요될 것으로 예상된다.

◆송요섭

88년 강원대 회계학과 졸업

95년 한국과학기술원 서울분원 경영정보공학 석사

96년 대림정보통신

99년 ABB코리아

2000년 고려대 컴퓨터과학기술대학원 최고위과정 수료

현재 파워코리아21 대표이사