철도통합무선망(LTE-R) 구축 기본계획은 아날로그와 디지털, 음성과 데이터, 영상시스템 등을 1개 무선 시스템으로 통합하기 위해 2027년까지 진행된다. 여기에는 화물열차와 여객열차가 혼재하는 일반철도 및 최대 350㎞/h로 고속 주행하는 고속철도의 안전운행을 포함하는 롱텀에벌루션(LTE) 기반 열차제어시스템 개발이 포함된다.
LTE-R 통신시스템은 1개 기지국(RRU)에서 여러 개 송수신 안테나를 사용하는 MIMO 기술, 안테나 빔을 해당 단말에 국한해서 비추는 기술, 셀 커버리지 이중화 기술 등으로 통신 품질을 향상시킨다. 각 역에는 디지털 유닛(DU)을 주예비로 이중화하고, 고장 나면 예비로 전환된다. 이는 철로 연변에 약 1㎞ 간격으로 설치된 RRU와 신호를 주고받는다.
1개 RRU의 무선 커버리지는 서로 인접하는 RRU와 공유하도록 함으로써 DU나 RRU 둘 가운데 어느 장비가 고장되도 통신이 끊기지 않는다. 또 DU는 L3 스위치로 전국 광통신망(DWDM)과 연결돼 철도 교통관제센터에 집결된다. 이에 따라 전국에서 운용되는 열차의 운행을 손바닥 들여다보듯 통제할 수 있다.
그러나 열차가 운행하기 위해서는 통신용뿐만 아니라 열차 운행에 필수 불가결한 철도신호시스템이 있어야 가능하다. 도로에서의 신호등처럼 열차 운행에서 철도신호시스템은 나침반 역할을 한다. 이게 없으면 1㎝도 나아갈 수 없다. 유럽 표준의 철도신호표준규격(ETCS)은 세계 47개국 386개 노선에서 적용된다.(2016년 기준) 중국은 유럽 방식을 수정해서 사용하고, 일본은 독자 방식으로 운영하고 있다. 노선 연계 운행, 수용 능력 증대, 유지보수 비용 절감 등을 위해 무선통신방식으로 전환하는 추세다.
우리나라에서는 최초로 기계식 철도신호가 사용된 이래 열차 자동정지장치(ATS), 차상신호시스템(ATP)을 거쳐 발전돼 왔다. 그러나 호환 불가능의 여러 시스템이 설치돼 연계 운행이 안 되고, 핵심 기술을 해외에 의존하기 때문에 구축비와 유지보수비 증가 같은 문제가 발생한다. 기존 시스템 노후화로 개량 시기가 도래함에 따라 국내 철도신호시스템 표준화와 통합의 필요성이 대두됐다.
정부는 세계적으로 우위를 보이는 유럽 방식인 무선 기반의 ERTMS·ETCS 규격을 기준으로 KTCS-2 열차제어시스템을 개발하기에 이르렀다. 물론 무선 방식은 GSM-R 대신 LTE-R가 적용된다. 철도 LTE-R 망은 2014년 원주-강릉 복선 전철을 시작으로 철도 환경에 최적화한 국산 시스템으로 자리매김하고, KTCS-2 열차제어시스템과 결합하면 금상첨화이기 때문이다.
2014~2018년 연구개발(r&d) 사업을 완료하고 2018년 7월에는 이 시스템을 '철도신호시스템 시범사업계획'으로 확정했으며, 올해부터 익산-여수엑스포 LTE-R 전라선 사업에 시범사업으로 공사를 하고 있다. 앞으로 시범사업을 통해 KTCS-2 열차제어시스템 성능을 검증하고 영업 실적을 확보, 전국적으로 확대하고 해외 진출 기반을 마련할 수 있을 것으로 판단된다. 시범사업의 성공적인 추진과 함께 철도 안전이 보장돼 쾌적한 환경에서 열차가 운행되기를 기대하는 한편 현장에서 열심히 일하는 여러분의 노고에 감사드린다.
최명선 전 한국과학기술원(KAIST) 교수 sun21@kaist.ac.kr
