물 속에서도 와이파이를? 수중 무선 통신 ‘아쿠아 파이’

아쿠아 파이 시스템의 개념도 (Credit: Xavier Pita, KAUST)

현대인은 무선 전파 신호의 시대에 살고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 초고속으로 데이터를 전송하는 5G나 최신 와이파이 기술 덕분에 고화질 동영상도 끊김 없이 스마트폰으로 볼 수 있는 시대입니다. 하지만 아무리 기술이 발달해도 통신 음영 지대는 존재합니다. 예를 들어 물속으로 조금만 들어가도 신호가 잡히지 않기 때문에 전화 통화는 물론 데이터 전송도 불가능합니다.

깊은 바다에서도 수중 무선 통신이 가능하다면 군사적으로 활용 가치가 크기 때문에 미해군에서는 일찍부터 관련 연구를 해왔습니다. 민간에서도 해양 플랜트나 해저 통신 케이블 같은 해저 구조물의 숫자가 늘어나고 있어 이를 효과적으로 관리할 통신망의 필요성이 커지고 있습니다.

계속 증가하는 무인 잠수정이나 레저 목적의 수중 활동 역시 무선 통신이 가능하다면 상당히 편리할 것입니다. 이렇게 관련 수요가 크고 시장 잠재력이 있기 때문에 기술적 어려움에도 불구하고 세계 여러 나라에서 수중 무선 통신에 도전하고 있습니다. 국내에서는 몇 년 전 호서대와 SK 텔레콤 등이 부표식 기지국과 음파 신호를 이용한 수중 통신망 기술을 시연해 보이기도 했습니다.

대부분의 수중 무선 통신은 음파 신호이지만, 광신호를 이용한 수중 무선 통신 기술 역시 꾸준히 시도되고 있습니다. 물속에서는 음파 신호가 가장 유리하지만, 음성 신호가 아닌 데이터 송수신 속도는 매우 느린 편이라서 무선으로 영상을 전송하거나 고해상도 사진을 전송하기에는 어려움이 있기 때문입니다.

레이저는 물속에서 먼 거리를 가지는 못하지만, 대신 대용량의 데이터를 가까운 거리에서 송수신하기에는 적합합니다.

2018년 사우디아라비아의 킹 압둘라 과학 기술 대학 (King Abdullah University of Science and Technology (KAUST))의 과학자들은 레이저 신호를 이용한 수중 데이터 링크를 통해 HD 화질의 영상을 수중으로 전송하는 데 성공했습니다. 연구팀은 이 기술이 와이파이처럼 가까운 거리에서 고속으로 데이터를 전송한다는 뜻에서 아쿠아 파이 (Aqua-Fi) 기술이라고 명명했습니다.

이후 연구팀은 수년간 연구를 통해 아쿠아 파이 기술을 진짜 와이파이 기술과 통합하는 방법을 개발했습니다. 스마트폰처럼 와이파이로 데이터 송수신이 가능한 단말기를 방수 처리한 다음 이를 520nm 파장 레이저나 녹색 LED를 이용한 근거리 아쿠아 파이 무선 모뎀에 연결해 지상의 부표나 선박과 통신할 수 있게 만든 것입니다. (개념도 참조)

레이저를 이용할 경우 20m 정도, LED를 이용하면 10m 정도로 아주 짧은 거리이지만, 물속에서도 연결 케이블 없이 동영상이나 고해상도 사진을 실시간으로 전송할 수 있다는 점은 큰 매력입니다.

다만 레이저나 빛으로는 아무리 기술을 개선해도 물리적으로 극복하기 어려운 한계가 있기 때문에 결국 가까운 거리에서는 레이저, 먼 거리에서는 음파를 이용하는 방식을 혼용할 필요가 있어 보입니다.

수중 무선 통신 기술은 아직 걸음마 단계이지만, 육지보다 훨씬 큰 면적을 차지하는 바다를 제대로 활용하기 위해서는 꼭 필요한 기술이기도 합니다. 결국 기술이 한계를 극복할 것으로 기대합니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com