수중통신의 개요 및 원리

수중 통신 기술 개요도 출처 :ICT표준화 전략맵 ver. 2022 종합보고서

서론

수중 통신은 음파를 이용하여 물속에서 정보를 전송하는 기술을 말합니다. 잠수함, 원격 조종 잠수정(ROV), 잠수 중인 인간 등이 이를 활용합니다.  물론 주파수에 따라 전파속도와 전달 거리, 데이터 전송률 등이 달라지게 됩니다.
일반적으로 전파는 물속에서 잘 전달되지 않습니다. 이는 물이 전파의 에너지를 흡수하기 때문입니다.  이 때문에 수중에서는 음파를 이용한 통신 방식이 주로 사용됩니다. 음파는 물속에서 잘 전파되며, 특히 저주파수의 음파는 물속에서 멀리까지 전달될 수 있습니다.

 

수중통신의 대표적인 예로는 잠수함 통신이 있습니다. 잠수함은 물속에서 작동하기 때문에 일반적인 무선통신을 이용할 수 없습니다. 따라서 잠수함은 저주파수의 음파를 이용하여 통신을 진행합니다
이 보고서에서는 수중 통신의 원리와 잠수함에서의 활용에 대해 다룹니다.

본론

수중 통신의 원리

 

수중 통신은 전자기파가 아닌 음파 및 초음파를 이용합니다. 이는 물이 전자기파를 잘 통과시키지 않지만, 음파는 물속에서 잘 전파되기 때문입니다. 이런 음파를 이용한 수중 통신 방식을 '소나(Sonar)'라고 부릅니다.
소나는 주로 능동 소나와 수동 소나 두 가지 종류가 있습니다. 능동 소나는 소나 장비가 직접 음파를 발사하고 반사되어 돌아오는 음파를 감지하는 방식이며, 수동 소나는 주변 환경에서 발생하는 소리를 감지하는 방식입니다.

수중 환경에서 동작하는 장치들을 기반으로  IoUT(Intenet of Underwater Things) 기술을 포함하고 있습니다.
IoUT는 IoT(Internet of Things)의 개념을 수중 환경에 적용한 것으로, 물리적 세계와 디지털 세계를 연결하는 데 중요한 역할을 합니다. 즉 "Internet of Underwater Things"는 수중 환경에서의 통신을 가능하게 하는 기술을 의미합니다. 이는 수중에서 작동하는 다양한 장치들이 서로 통신하고, 데이터를 수집하고 공유하는 데 사용됩니다.

예를 들어, 잠수함, 원격 조종 잠수정(ROV), 해저 센서 네트워크,  기타 수중 통신 장비들이 IoUT의 일부입니다. 이들 장치들은 소나, 광 통신, 전자기파 등 다양한 수중 통신 기술을 이용하여 정보를 전송하고 수집합니다. 이렇게 수집된 데이터는 해양 과학 연구, 해저 탐사, 군사 작전 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

잠수함에서의 수중 통신

잠수함은 통신 수단으로 소나를 주로 사용합니다. 잠수함이 적 잠수함이나 선박, 해저 장애물 등을 감지하기 위해 사용하는 것이 주된 예입니다. 잠수함끼리의 통신은 가능합니다. 이는 주로 소나(Sonar)와 극저주파(VLF, Very Low Frequency: 3KHz~30KHz)) 통신을 이용합니다.

소나(Sonar) 통신

 

소나는 물속에서 음파를 이용해 정보를 전송하는 기술입니다. 잠수함은 소나를 이용해 주변 환경의 정보를 얻거나, 다른 잠수함과 통신할 수 있습니다. 소나는 능동 소나와 수동 소나 두 가지가 있습니다. 능동 소나는 소나 장비가 직접 음파를 발사하고 반사되어 돌아오는 음파를 감지하는 방식이며, 수동 소나는 주변 환경에서 발생하는 소리를 감지하는 방식입니다. 잠수함은 주로 수동 소나를 사용하여 적의 위치를 파악하고, 능동 소나는 위치가 노출될 위험이 있으므로 꼭 필요한 경우에만 사용합니다.

극저주파(VLF :3KHz~30KHz) 통신

 

VLF 통신은 매우 낮은 주파수의 전자기파를 이용한 통신 방식입니다. 잠수함은 통신에 VLF를 사용할 수 있습니다. VLF는 물과 토양을 통과하는 능력이 있어, 수면 아래에서도 통신이 가능합니다. 그러나 VLF 통신은 데이터 전송 속도가 느리다는 단점이 있습니다.

 

잠수함이 육지나 인공위성과 통신하는 방법

극저주파(VLF: Very Low Frequency) 통신

잠수함은 극저주파를 사용하여 육지와 통신할 수 있습니다. VLF는 물과 토양을 통과할 수 있어 수면 아래에서도 통신이 가능하지만, 데이터 전송 속도가 매우 느린 단점이 있습니다.

부상 안테나

 잠수함은 통신하려는 경우 일부만 수면 위로 올라와서 무선 통신을 할 수 있습니다. 이를 위해 잠수함은 통신용 안테나를 수면 위로 부상시키는 장치를 갖추고 있습니다.

ELF (Extremely Low Frequency :3Hz~30Hz) 통신

 ELF는 VLF보다 주파수가 더 낮아 더 깊은 물속까지 통신이 가능하며, 더 긴 거리를 커버할 수 있습니다. 하지만 데이터 전송률은 매우 느리며, 대규모의 송신기가 필요합니다.

인공위성 통신

잠수함이 수면 근처로 올라왔을 때, 인공위성과 직접 통신하는 것이 가능합니다. 이 방법은 데이터 전송률이 높지만, 잠수함이 일부를 수면 위로 올려야 하므로 잠수함의 위치가 노출될 수 있는 단점이 있습니다.
따라서 잠수함은 상황에 따라 다양한 방법을 사용하여 육지나 인공위성과 통신을 할 수 있습니다. 

 

 

결론

수중 통신은 수중 환경에서 정보를 전송하는 데 필수적인 기술입니다. 특히 잠수함은 이를 통해 적과의 거리를 파악하거나 다른 잠수함과 통신하는 등의 작업을 수행합니다. 그러나 수중 통신은 여전히 많은 도전과제를 가지고 있으며, 이를 해결하기 위한 연구가 계속 진행되고 있습니다. 이러한 방법들은 모두 장단점이 있으므로, 잠수함의 운용 상황과 필요한 통신의 특성에 따라 적절한 통신 방법을 선택해야 합니다.