엔트리연구원 | 이정호 수석전문위원
현대사회는 다양한 통신의 욕구와 함께 가히 폭발적인 주파수의 수요를 요구하고 있으나 한정된 전파자원은 이를 모두 충족하기 어려워 여러 가지 첨단 기법을 통한 대응을 모색하고 있다.
초협대역 디지털화, 다양한 망 연동, 변조방식의 다각화는 물론이고 통신거리에 따른 효율적 스펙트럼 활용 등으로 주파수 이용의 효율화를 극대화하기 위한 노력은 오늘도 계속되고 있으며, 특히 GPT를 비롯한 생성형 AI를 이용한 기기들이 활성화되면서 IoT를 사용하는 네트워크의 확장성과 거대함으로 전파의 가치는 더욱 빛을 발하고 있는 것이 현실이다.
보다 넓은 대역폭의 확보를 위해 사용주파수 영역은 점점 높아지고 있으나, 전파의 특성상 주파수가 높아질수록 직진성도 높아 가시거리를 벗어난 통신에 어려움이 있고, 기지국이나 중계기의 수가 늘어나는 등 매개변수의 숫자가 급속히 증가함은 어쩔 수 없는 현상이다.
우리는 이전 4회에 걸친 연재로 이미 오래전부터 사용되었고, 지금도 항공, 선박, 국방, 재난통신 등에 유용하게 활용되고 있는 단파통신에 대해 논하였고, 단파통신에 직접적인 영향을 주는 전리층과 이의 생성과 소멸 등에 영향을 미치는 태양활동과의 연관성을 알아봄으로써 매우 적은 안테나 인입전력으로 지구 반대편까지도 중계기 하나 없이 통신이 가능한 단파를 이용한 통신영역을 고찰하여 보았다.
이번 마지막 호에서는 이러한 단파통신의 매개변수를 관측하거나 예측하는 기관들을 살펴보도록 하겠다.
[그림 1] 단파통신의 전파 원리
Solar Flux Index(SFI), Smoothed Sunspot Number(SSN), A Index, K Index와 같은 태양활동 및 지구 자기장 지표는 단파통신 전문가들에게는 매우 중요한 정보이다. 이 지표들을 실시간으로 관측하고 예측하는 주요 기관과 단체는 다음과 같다.
1. 미국 국립해양대기청(NOAA) 우주기상예보센터(SWPC): NOAA의 우주기상예보센터(Space Weather Prediction Center, SWPC)는 우주 기상 예측 분야의 핵심 기관이다. SWPC는 SFI, SSN, A Index, K Index를 포함한 다양한 우주 기상 지표를 실시간으로 제공하며, 단파통신뿐만 아니라 위성 운영, 항공기 항해 등 여러 분야에 중요한 예보를 발표한다.
2. 미국 국립전파천문대(NRAO): NRAO(National Radio Astronomy Observatory)는 SFI를 관측하는 주요 기관이다. 특히 캐나다 브리티시 컬럼비아주 펜틱턴에 위치한 도미니언 전파천문대에서 10.7cm 파장의 태양 전파를 측정하여 SFI 데이터를 제공한다. 이 데이터는 태양활동의 강도를 나타내는 중요한 지표로 활용된다.
3. 국제지구자기권과 태양권 연구소(GFZ): 독일 포츠담에 위치한 GFZ(Helmholtz Centre Potsdam-GFZ German Research Centre for Geosciences)는 지구 자기장 데이터를 제공하는 기관으로, 이곳에서 A Index와 K Index를 산출하는 주요 관측소를 운영한다. 이를 통해 지구 자기장의 변동성을 정밀하게 분석할 수 있다.
4. 국제태양천문학연구소(SIDC): SIDC(Solar Influences Data Analysis Center)는 벨기에 왕립천문대 소속으로, 전 세계의 흑점 데이터를 수집하고 분석하여 SSN을 계산하고 배포한다. SIDC가 제공하는 SSN은 태양활동 주기의 장기적인 변화를 파악하는 데 필수적인 정보이다.
5. 영국 천문대(British Geological Survey-BGS): BGS는 영국에서 지구 자기장을 모니터링하며, A Index와 K Index를 계산하는 데 기여하고 있다. BGS는 영국 및 전 세계의 지구 자기장 데이터를 수집하고 분석하는 중요한 역할을 수행한다.
6. 유럽 우주국(ESA): 유럽우주국(ESA)은 태양활동 및 우주기상 관련 연구를 진행하고 있으며, ESA의 우주기상포털(Space Weather Coordination Centre, SWE Portal)을 통해 다양한 우주기상 지표를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
[그림 2] 우주 기상 관측 네트워크
이 외에도, 단파통신을 위한 우주 기상 예보 활동은 다양한 국제기구와 연구소에서 진행하고 있다.
가) International Space Environment Service(ISES): 전 세계 여러 나라의 우주기상 예보 센터들이 협력하여 정보를 제공하는 네트워크이다.
나) 각국의 우주기상센터: 일본의 JAXA, 한국의 KASI 등은 자국의 우주 기상 연구 및 예보를 담당하며, 단파통신에 필요한 정보를 제공한다.
다) 단파통신 동호회 및 전문가 네트워크: ARRL(American Radio Relay League)이나 IARU(International Amateur Radio Union)와 같은 단체들은 SFI, SSN, A Index, K Index 등의 정보를 활용하여 회원들에게 실시간 통신 상태를 공유하고 있다.
[그림 3] 태양 플레어와 전리층
단파통신은 전리층의 상태에 따라 그 품질이 좌우된다. 그리고 이 전리층은 태양의 활동(태양 흑점 수, 태양 플럭스 지수), 태양 플레어, 태양풍, 지구 자기장 활동(K Index, A Index) 등 매우 다양한 요인들의 영향을 받는다. 이러한 복잡한 상관관계를 이해하고 예측하는 것이 효율적인 단파통신을 위해 필수적인 과정이다.
인터넷과 인공위성을 활용하는 현대 통신 방식들이 주류를 이루고 있지만, 단파통신은 여전히 그 가치를 잃지 않고 있다. 특히 전력과 통신망이 완전히 두절되는 재난이나 비상 상황에서 단파통신은 유일하고 최후의 통신 수단으로써의 기능을 한다. 또한, 항공기와 선박 등 일부 특수한 분야에서는 여전히 단파를 중요한 통신 수단으로 활용하고 있다.
태양과 지구의 자연적 현상인 전리층을 활용하는 단파통신은 매우 적은 전력으로도 지구 반대편까지 통신이 가능하게 해준다. 이는 백업 통신망으로서의 중요한 역할을 시사하며, 앞으로도 지속적으로 연구하고 활용해야 할 분야라고 확신한다.
