<동케이블을 광케이블로>
톰슨의 해저케이블은 1895년 이탈리아의 G.마르코니가 무선통신에 성공한 이래로 급전직하한다. 특히 1920년대의 장거리통신은 해저케이블에서 저주파·고주파 무선통신으로 바뀌었다. 해저케이블은 더 이상 진척을 보지 못하고 1924년의 대서양횡단 케이블을 마지막으로 해저 전신케이블의 시대는 막을 접었다.
그런데 제2차 세계대전이 끝난 후 각 국가간 활발한 문화교류와 무역활동이 재개되어 국제 통신서비스의 수요가 급증했다. 그러자 당시의 무선통신이 가지고 있던 여러 가지 단점들이 제기되었는데 특히 사용 가능한 주파수가 부족하여 어떤 대안이 필요했다.
이에 등장한 것이 해저 전화케이블이다.
완전 폐기된 상태에서 극적으로 되살아난 해저케이블은 1956년 미국과 영국 간을 잇는 대서양 횡단 제1케이블(TAT-1) 즉 동축(同軸)케이블이 최초로 부설되면서 화려하게 부활했다. 이후 대서양·태평양·지중해·남북미·유럽·아프리카·동남아시아 등지에서 부설되었고 1979년까지 주요 해저 동축케이블만도 약 22만 킬로미터에 달했다. 이들로 제공되는 전송용량은 전화회선으로 환산해서 약 75,000회선 정도이다.
그러나 이들은 차세대 기술인 광케이블로 완전히 바뀐다.
해저 광케이블은 빛을 이용해서 정보를 송수신한다.
그러나 광케이블에도 아직 넘지 못하는 선이 있다.
진공상태에서의 빛의 속도는 300,000km/s로 1초 동안 지구를 7바퀴 정도를 돌 수 있다. 그러므로 이론적으로 지구 반바퀴(둘레의 절반)을 도는데 약 135ms(0.135초)가 걸린다.
문제는, 광섬유를 통해 지나가는 빛의 속도는 광섬유라는 매질 속 굴절과 반사 등의 요소로, 진공상태 빛의 속도보다 약 30〜40% 느려진다. 즉, 광섬유를 통해 지구 반바퀴를 도는데 약 0.2초(200ms), 서울에서 뉴욕까지는 약 0.07〜0.1초(70ms〜100ms)가 소요된다.
빛의 속도는 고정되므로 아무리 빨라도 통신 국가 간 거리에 비례해서 지연 시간이 생길 수밖에 없다. 즉, 지구 반대편 거리(지구 둘레의 절반)끼리 이루어지는 광통신은 지구 중심을 뚫지 않는 이상 아무리 빨라도 0.1〜0.2초 이상의 지연시간이 발생한다. 0.1〜0.2초 이상의 지연시간이 얼마나 큰 시간인지 이해할 것이다.
근래 매우 놀라운 광케이블의 효용도가 발견되었다.
2016년 10월 30일, 영국 테딩턴에서 레딩까지 지하에 묻혀 있는 길이 79㎞의 광케이블에서 이상 신호가 잡혔다. 광섬유가 촘촘히 들어가 있는 광케이블망에서 전달되는 빛은 자동차가 도로를 지날 때 발생하는 아주 작은 진동에도 머리카락 두께보다 좁은 수준으로 미세하게 굴절한다.
이때 포착된 신호는 약 100㎞ 떨어진 이탈리아에서 발생한 규모 6.0의 지진이 광케이블에 영향을 미친 것이다. 지진으로 파동이 발생하면 광케이블 내 물질이 영향을 받게 되고 이는 빛의 굴절률과 속도 등에 영향을 미친다. 이는 광케이블이 지진을 관측할 수 있다는 놀라운 결론을 유도한다.
즉 현재 전 세계 바다에 설치된 130만㎞에 달하는 해저케이블에 간단한 레이저 장비를 설치하면 깊은 바닷속에서 그동안 인류가 알 수 없었던 지각현상 등을 알아낼 수 있다는 뜻이다.
지구의 70%는 바다로 둘러싸여 있다. 지구에서는 시시각각 지진과 같은 지각현상이 일어나고 있는데 이를 관측할 수 있는 `지진계`는 대부분 육지에 설치한다. 그러므로 대규모 지진은 지상 관측소에서도 관측할 수 있지만 작은 지진 탐지는 거의 불가능했다. 그러나 바다가 육지보다 더 넓은 만큼 지각현상 역시 바닷 속에서 많이 일어나며 이들은 지구에 큰 영향을 미친다.
학자들을 고무시킨 것은 이탈리아 몰타와 시칠리아 지역을 연결하는 해저 광케이블(98㎞) 신호가 약 89㎞ 떨어진 지중해 깊은 곳에서 발생한 규모 3.4의 작은 지진에도 영향을 받는다는 것을 확인했다는 점이다. 특히 3개 이상 케이블 양쪽에서 레이저만 쏴주면 `삼각측량` 방식을 이용해 지진이 어디서 발생했는지도 정확하게 알아낼 수 있다는 것도 장점이다.
미국 로스앨러모스국립연구소 살럿 로 박사는 "해저에서 발생하는 지진을 관측할 수 있게 되면 판구조론에 의해 지각판이 충돌하거나 수렴하는 새로운 단층을 알아낼 수도 있다고 전망했다. 또한 광케이블에서 발생하는 신호 크기를 조사함으로써 지진으로 나타나는 쓰나미를 예보하는 데도 활용할 수 있다는 것이다. 광케이블의 전도가 무궁무진하다는 뜻이다."
<한국의 광케이블>
한국은 광케이블에 관한 한 세계에서 선진국이다.
우선 한국 최초의 해저케이블은 1980년 개통된 한·일간 해저 동축케이블 건설로, 부산의 송정(松亭)과 일본의 하마다(浜田) 간 153km 구간에 부설되었다. 1조(組)의 동축케이블에 4 kHz 대역을 사용하여 2,700회선을 전송하는 방식으로 현재까지 한·일간에 운용 중에 있다.
그 후 1990년 4월 최초의 해저 광케이블이 제주〜고흥간의 144km 구간에 건설되었고, 5월에는 한국과 홍콩, 일본을 연결하는 H-J-K라인을 구축하였다. H-J-K라인은 한국에서 건설한 최초의 국제해저 광케이블로 총길이가 4,570km에 이른다. 1988〜1990년에는 황해 도서간(인천〜영종도 외 10개 지역)에 해저 광케이블을 부설하였고 무중계 방식의 울릉도〜삼척(호산)간 해저 광케이블이 1993년에 개통되었다.
일본에서 ‘빛의 길’이라는 이름으로 모든 가정을 광섬유로 연결하겠다고 선언하였다.
그러나 한국은 초고속정보통신망(information superhighway)으로 이에 대항했다.
원래 초고속정보통신망은 전국의 모든 인간이 사용할 수 있는 공간 즉 가정까지 첨단 광케이블망으로 연결함으로써 문자, 음성, 영상 등 다양한 대량의 정보를 초고속으로 주고받을 수 있게 하는 것이다.
'정보슈퍼하이웨이' 또는 '정보고속도로'로 부르는 초고속정보통신망은 원래 1992년 미국 대통령선거전에서 클린턴과 고어 진영에서 선거공약으로 제창한 정보화전략이다. 미국 전역을 연결하는 고속도로의 건설이 미국의 경제적 번영의 기초가 되었으므로 정보의 원활한 유통을 위해 초고속정보통신망을 구축하여 국가 경쟁력을 키우겠다는 구상이었다. 이후 초고속정보통신망은 정보화사회로 가는 핵심적인 사회 기반으로 인식하였다.
이에 따라 세계 각국은 자국의 정보통신 네트워크 고도화를 위해 별도의 초고속정보통신망 구축 프로젝트를 펼치고 있는데 한국은 미국의 계획과 유사한 '초고속정보통신망 구축계획(KII)'을 1994년부터 시행하고 있다.
초고속정보통신망의 핵심은 광케이블망을 주축으로 영상과 음성, 문자 등 멀티미디어 정보를 쌍방향으로 오갈 수 있다는 것으로 일반 사진은 물론 비디오와 오디오 정보도 실시간으로 전송할 수 있으며, 영상전화나 원격의료, 원격화상회의 등도 가능하다. 구문이라 할 정도로 한국인에게 잘 알려져 있는 사항이다.
그런데 초고속정보통신망의 구현을 위한 핵심은 광케이블을 각 가정마다 연결하는 FTTH(Fiber to the Home)이다. 그러나 실제 광케이블을 각 가정까지 매설하는데는 비용이 상당하므로 동축케이블과 광케이블이 혼합되는 하이브리드 방식이 활용되고 있다.
FTTH는 기본적으로 주택을 포함한 각 건물에 광케이블을 연걸하는 것이다. 각 건물에 광케이블을 연결할 수 있도록 설치된 TAP을 RN이라고 하는데, 이 RN까지는 보통 광케이블이라는 것으로 연결하고, RN에서 건물 내로는 광점퍼코드로 연결한다.
한국에서는 2005년부터 상용화되었으며, FTTH 자체는 기술 용어이지만 KT가 이를 마케팅 용어처럼 사용하여 100Mbps 속도를 제공하는 서비스를 FTTH라고 불렀다. 이는 당시 제공하던 가장 빠른 인터넷 서비스였다. 이후 기가 인터넷이 등장했는데 이것도 FTTH 방식을 사용한다.
현재 한국에서 사용하는 PON(Passive Optical Network)의 경우 20km까지도 안정된 통신이 가능하여 VDSL의 10배 이상이다. 원래 초고속정보통신망은 일본에서 적극적으로 주도하고 광케이블 시설 자체 일부는 한국을 상회하지만 초고속정보통신은 한국이 이를 추월했다고 해도 과언이 아니다.
한국이 아직 100% FTTH로 전환되지 못했지만 이와 버금가는 성능을 만드는 데는 한국이 앞서있기 때문이다. 당초 전국을 광통신으로 FTTH를 목표로 했지만 한국의 경우 경제성 문제로 아직도 HFC(Hybrid Fiber/Coax) 기반의 인터넷 설치하는 곳이 많이 있다.
이는 FTTH의 경우 기존 공동 주택에서는 설치가 거의 불가능하기 때문인데 기존 건물에는 전화용 구리선이 이미 설치되어 있다. 그러므로 건물까지는 광케이블로 연결하고, 건물 내부의 시설까지는 랜이나 VDSL 등으로 연결하는 형태로 구성하는 FTTB(Fiber To The Building)도 운용된다. 실제로 광랜이라고 불리는 서비스는 대부분 이런 구조를 사용한다.
한국은 광케이블 설치가 어려운 건물 내 초고속 인터넷을 제공하는 ‘기가와이어(GIGAWire)'기술도 개발했다. 과거에 건설된 건물은 전화용 구리선이 기본으로 설치되었으므로 고품질의 광케이블이나 고품질의 랜회선(UTP)으로 교체하지 않고 기가급 초고속 인터넷 서비스를 제공한다. 특히 유적지나 역사를 간직한 건축물에 광케이블 설치가 쉽지 않으므로 이에 대처하는 적극적인 기술이라 볼 수 있다.
한국을 비롯하여 세계는 이미 많은 광섬유로 뒤덮여 있는데 이는 거의 동시에 인터넷이 태어났기 때문이기도 하다. 학자들은 광케이블이 천 년은 거뜬히 지탱해 줄 것으로 추정한다.
한편 노벨상금에 대한 배분은 노벨상위원회에서 사전에 결정한다.
2009년 노벨물리학상의 경우 가오 박사가 약 16억 8000만 원의 상금 가운데 절반을 받았고 나머지 보일과 스미스 박사가 남은 절반을 각각 반씩 나눠 받았다. 원래 같은 연구 부분으로 수상하면 수상자가 공동으로 분배받는데 2009년 노벨상은 상당히 다른 연구임에도 함께 수여했기 때문이다.
참고문헌 :
「[Science] 광섬유와 디카는 어떻게 탄생했을까?」, 임기훈, 한국경제, 2009.10.30.
「인터넷을 사용할 수 있는 게 해저 광케이블 때문이라고?」, 박세정, 해양수산부, 2019.05.15.
「해저케이블의 역사」, 두산백과
https://cafe.naver.com/createscience/475
https://namu.wiki/w/FTTH
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1192585&cid=40942&categoryId=32850
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3571456&cid=58941&categoryId=58960
https://blog.kt.com/1388
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5741207&cid=60217&categoryId=60217 https://namu.wiki/w/%ED%95%B4%EC%A0%80%20%EC%BC%80%EC%9D%B4%EB%B8%94
『생활 속의 화학과 고분자』, 정진철, 자유아카데미, 2010
『과학자들의 돈버는 아이디어』, 이종호, 자작나무, 2012
『물리학백과』, 한국물리학회
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