통신시스템에서도 야누스의 얼굴처럼 두 얼굴로 존재하는 경우를 자주 보게 됩니다. 이러한 양면성을 통신시스템에 적용하여 소개하고자 하며, 비선형성, 도플러효과, 누화(Crosstalk), 안테나, ISI(심볼간 간섭), 반사(Reflection), 잡음(Noise) 등이 있습니다.
1. 비선형시스템의 대표적 특징은 상호변조(혼변조, Intermodulation)를 만들어 인접채널에 불요복사와 스퓨리어스를 발생시켜 간섭으로 작용하는 통신시스템에서는 골칫거리 중 하나입니다. 그러나 무선통신시스템에 반드시 필요한 주파수변환(주파수천이, Mixer)과 주파수 체배기를 만드는 데 반드시 필요한 핵심적인 기술입니다.
2. 도플러 효과는 방송수신기나 이동 단말이 이동 시 도플러편이만큼 주파수가 변동하여 수신기 동기검파에 심각한 에러를 발생시키고 이동통신에서 가장 해결하기 어려운 문제이기도 합니다. 그러나 레이더(RADAR) 장비에서는 물체를 탐지하고 물체 이동속도를 측정하는 데에 이러한 도플러효과 현상을 이용합니다.
3. 누화(Crosstalk)는 통신에서 골칫거리입니다. 도선 간 거리가 가깝거나 차폐되지 않으면 정전유도나 전자유도가 발생하고 한선에 흐르는 신호가 가까운 다른 선에 유기되어 시스템의 성능저하나 오동작을 발생시킵니다.
그러나 의도적으로 이러한 누화 현상을 이용하는 제품도 있습니다. 대표적인 것이 무선통신에서 사용하는 방향성 결합기(Directional Coupler)입니다.
누화되는 즉, 선로 간 coupling 되는 특성을 이용하여 전력을 추출하거나 전력을 배분하는 용도로 이용되고 있지요. 건축물 구내통신의 방송공동설비나 CATV설비에 사용되는 분기기가 이러한 coupling 특성을 이용합니다.
4. 안테나(Antenna)는 전송선로로 흐르는 신호전력을 공진의 원리로 자유공간에 방사하여 전자파를 발생시키는 장치입니다. 변위전류와 맥스웰방정식, 공진에 대한 이해가 필요하죠. 안테나는 무선통신에서 가이드 역할을 합니다. 자기가 필요한 주파수 대역만 공진시켜 전달하여 주파수를 매개로 서로 통신을 합니다.
그러나 역으로 전자제품이나 통신설비를 만드는 사람들이 가장 싫어하는 EMI(전자파 간섭)도 안테나에 의해 발생합니다.
여기서 말하는 안테나는 의도하지 않았는데 제품 내부 또는 단자 등에서 형성되는 불요복사를 방사시키는 안테나를 말합니다. 우리가 컴퓨터에서 불필요하게 이어폰이나 USB 케이블을 꽂아 놓으면 이어폰이나 USB케이블은 안테나 역할을 하여 전자파간섭(EMI) 신호를 방사시킵니다.
5. 심볼 간 간섭(ISI)은 전송신호의 왜곡, 무선통신에서 다중경로페이딩, 광통신에서 발생하는 분산(Dispersion) 등으로 인하여 발생하는 현상이며, 고속 전송을 방해하는 요소입니다.
그러나 이러한 ISI를 오히려 발생시켜 신호를 전달하는 방법도 있습니다. 부분응답신호(Partial Response)체계라는 방법이 있는데 이는 신호전송 시 의도적으로 ISI를 교묘하게 발생시켜 전송하는 기술이며 펄스 성형화 (Pulse Shaping)의 부담을 줄이고 전송효율을 향상하는 기저대역 기술입니다. 우리가 들어봤던 QPR(Quadrature partial response)이라는 기술이 이 방법을 사용하고 있습니다.
6. 반사(Reflection)는 일반적인 무선전파경로에서 다양한 장애물 즉, 건물이나 철탑 등에 의해서 발생하여 다중경로페이딩(Multipath Fading) 현상을 만들어 무선통신의 열화 요인으로 작용합니다.
이러한 다중경로페이딩은 주파수선택성페이딩 특성이 있기 때문에 대역확산방식(Spread Spectrum)과 강력한 등화(Equalization)회로를 적용하여 통신 열화를 극복하고 있습니다. 그러나 오디오시스템에서는 이러한 반사(Reflection) 현상을 이용하여 입체음향을 만드는데 사용하고 있습니다. 음향실도 이러한 반사특성을 고려하여 설계하는 것입니다.
7. 끝으로 잡음(Noise)에 대해서 이야기하고자 합니다. 잡음은 여러 형태가 있지만 여기서는 AWGN(Addictive White Gaussian Noise, 화이트노이즈) 특성을 갖는 열잡음에 대해서만 이야기하고자 합니다.
열잡음은 기본적으로 모든 전송매체나 통신설비에서 주로 저항성 소자에서 전자들의 열적 동요에 따라 발생하며 수신기의 감도(Sensitivity)와 통신채널에서 전송 가능한 채널용량을 결정하는 열화 요인으로 작용합니다.
그런데 이 잡음이 CDMA 이동통신의 핵심기술인 PN Code와 같은 특성이 있다는 것입니다. PN Code는 아무리 짧은 시간이라도 신호 표본 간에 상관성이 없는 열잡음의 랜덤한 잡음특성을 모델링한 것입니다.
세상만사에는 한쪽 면만 있는 것이 아닙니다. 새옹지마 고사처럼 좋은 일이 나쁜 일을 불러올 수도 있고, 나쁜 일이 좋은 상황을 만들기도 합니다. 사람은 자기의 직업을 통해 세상을 바라봅니다.
저 또한 통신인으로 살아와서인지 통신으로 세상을 투영해 보곤 합니다. 통신시스템에서 일어나는 현상을 이러한 양면성을 가지고 바라보면 재미있습니다. 좀 더 친근하게 기술을 이해할 수 있으며 현장에서 발생
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