국가철도무선시스템, 800Mhz밴드의 TRS(ASTRO, TETRA)방식, 140Mhz 밴드의 VHF 사용

2027년까지 모든 국가철도 노선 LTE-R로 구축 완료

공공안전통신망 목적은 재난안전대비...3개 독립망 '상호연동' 고려돼야

▲ 최갑봉 본지 철도전문위원     ©국토매일

[국토매일] 많은 시민이 이용하고 있는 대표적인 장거리 운송수단인 철도와 대중교통인 도시철도에 있어서 통신 및 열차제어는 다수의 승객에 대한 안전보장과 운송수단의 정상적이고 효율적인 운행을 위하여 매우 중요한 요소이다.

그동안 열차제어시스템의 경우 대부분 해외기술에 의존해 왔는데 2010년부터 무선통신을 이용한 철도신호 및 열차제어시스템의 국산화 및 표준화 방안을 마련했다.

2014년 7월까지 150Km/h 이하인 도시철도용 무선통신 및 열차제어시스템을 실용화하였고, 2018년 6월에는 350Km/h급 일반·고속철도용 무선통신 및 열차제어시스템의 표준화를 완성하여 철도통합무선통신망(LTE-R)으로 발전시켜왔다.

무선통신을 이용한 철도통신시스템의 핵심적인 역할은 관제센터와 운행 중인 열차간 데이터전송을 원활하게 하는 것이고 열차의 이동권한을 안전하게 전달하는 것이다.

◆ 철도통합무선통신망(LTE-R), 국가철도는 2027년까지 구축 완료

국내 철도무선통신시스템은 국가철도 통신시스템과 도시철도 통신시스템으로 구분되며, 구축과 운영 및 개량사업의 시행도 별도로 추진된다. 국가철도무선통신시스템은 800Mhz밴드의 TRS(ASTRO, TETRA)방식과 140Mhz 밴드의 VHF 등 3종류의 열차무선통신장치를 활용하고 있으며, 도시철도의 무선통신방식은 대부분 VHF방식이고 일부노선에만 TRS 방식이 운영되고 있다.

국토교통부에서는 철도통합무선통신망(LTE-R)을 철도의 네트워크 특성을 고려하여 노선 간 연계운행이 가능하도록 연차별 구축일정에 맞춰서 지상장치는 2018년 이후 개통되는 신규 건설노선과 개량시기가 도래하는 노선부터 구축 및 개량하고 있다.

차상장치의 경우 2018년 이후 도입되는 신규차량과 LTE-R로 구축되거나 구축 예정인 노선을 운행하려는 기존 차량부터 연차적으로 개량해, 2027년까지 모든 국가철도 노선을 LTE-R로 구축을 완료하는 계획으로 추진 중에 있다.

▲ 철도통합무선통신망(LTE-R)구성도 (출처 : LTE-R 구축 RFP)     © 국토매일

모든 노선이 LTE-R로 구축되기 전 까지는 VHF와 TRS차상장치도 유지하면서 LTE-R과 자동으로 전환되는 시스템으로 운영하게 된다. 지상구간이 LTE-R 방식으로 개량이 완료되면 제거하므로서 기존노선에서 차량을 정상적으로 운행하면서 개량사업을 수행해야하는 작업환경과 매몰비용을 최소화하기 위한 조치이다.

지방자치단체 및 도시철도운영기관에서의 LTE-R구축 현황은 새로운 도시철도건설노선(신림선 등)이나 기존노선의 연장구간(서울지하철 5호선 하남연장선, 7호선 석남연장선, 4호선 진접선, 인천지하철 1호선 송도연장선 등)에 우선 반영되어 구축사업이 진행되고 있다.

광주지하철 2호선의 경우 노선의 통신시스템에 반영되어 설계중이며, 2019년 9월에 개통된 김포경전철 노선에는 LTE-R이 구축되어 운영 중에 있다.

기존 운영노선에서 LTE-R 구축사업이 추진 중인 곳은 서울지하철 2호선 구간과 5호선 구간에서 개량사업이 진행 중에 있으며 4호선 등 타 노선에서도 단계적으로 개량할 계획을 가지고 있다.

◆ 3개 공공안전망 상호 간섭 해소, 주파수공유 ·상호연동 준수돼야

공공안전통신망용 주파수는 700Mhz대역에서 20Mhz폭(상향전송 718~ 728Mhz, 하향전송 773~783 Mhz)을 할당한 주파수를 의미한다. 재난안전통신망(PS-LTE), 철도통합무선무선망(LTE-R), 초고속 해상무선통신망(LTE-M) 용도로 다수의 (총25개)망 구축 및 운용기관이 육상, 해상, 철도의 지역분할 원칙에 의해 3개 방식의 독립망으로 구축됨에 따라 일부 중첩되는 지역에서 간섭해소와 동시에 서비스 연결보장을 위한 상호연동이 필수적으로 요구된다.

공공안전통신망용 주파수를 사용하는 3개 공공안전망이 동일지역을 서비스 하는 경우 기지국을 공유하가나 인접지역에 개별기관의 기지국을 구축 할 수밖에 없다. 이 경우 상호간에 간섭우려가 있으므로 망 설계 시 기지국 간 충분한 이격거리를 두어 구축하거나 상대방 기지국의 신호 유입이 최소화되도록 최적화가 요구된다. 또한 서비스 중복지역에 대하여 간섭 최소화와 중복 구축에 따른 영향을 줄이면서 서비스의 연속성을 확보하기 위한 RAN Sharing 기술을 도입, 적용하여야 한다.

▲ 공공망 네트워크 상호 연동 범위를 정의하기 위한 망 구성 참조모델(출처=TTAK.KO-06.0471“통합공공망 주파수 공유 및 상호연동 요구사항”)     © 국토매일

상호 연동이란 국내의 경우와 같이 통합공공망용으로 할당된 동일 주파수를 공동으로 사용하는 타 공공망과의 간섭 해소를 위하여 네트워크를 구성하는 시스템 공유, 무선 자원할당과 끊김 없는 서비스 연결을 위한 연동을 의미한다. 타 공공망 네트워크 단말이 어느 지역에 위치하더라도 통합공공망 주파수 기지국에 접속하여 서비스를 받을 수 있음을 상호 보장하는 것이다. 

네트워크 상호 연동을 위해서는 단말과 기지국 간 상호 연동, 타 공공망  기지국 간 상호연동, 기지국과 코어망 간 상호 연동의 경우를 고려해야 한다.

따라서 철도통합무선통신망(LTE-R)의 완벽한 구축을 위해서는 공공안전통신망간의 통일된 연동방식이 명확하게 정해지지 않은 상황으로 구축 및 운용 시 간섭발생 등 혼란을 초래 할 수 있으므로 700Mhz대 동일 주파수를 사용하는 공공안전통신망(PS-LTE, LTE-R, LTE-M)의 기지국 간 중첩지역에서 간섭해소와 끊김없는 연속적인 서비스를 보장하기 위해 “통합공공망 주파수 공유 및 상호연동 요구사항”이 반드시 반영되고 준수되어야하는 필수적인 대책이라고 할 수 있다.