얼마전에 인터넷을 돌아다니던중 차세대 와이파이(Wi-Fi) 60GHz 사용이라는 뉴스를 봤다. 졸업작품을 무선 통신용 Power amplifier 을 하고 있는 내입장에선 정말 입이 떡벌어질 이야기가 아닐수 없다. 나는 그 중에서도 1.88GHz 와 1.91GHz 용 Power amplifier을 만들고 있는데 정말 까다롭기 그지 없다. 와이파이 뿐만 아니라 모든 무선통신들의 주파수가 높아지는 추세임에는 틀림없다. 점차 고속의 통신속도가 필요함에 따라 필수 불가결한 것이리라. 이번 뉴스를 계기로 무선통신에 대한 나의 생각을 이야기해보려 한다.
현재 사용되고 있는 데이터 통신들은 보통 1.8GHz 대에서 5GHz 의 주파수를 이용한다. 그 사이에서 핸드폰, 무선랜(와이파이) 들이 사용되고 있는 것이다. 물론 그 보다 더 높은 주파수도 이용하기도 한다. 군사목적의 기기들은 9GHz 까지도 사용한다. 그 주파수를 사용해 낼수 있는 속도는 WCDMA 기준 5.76Mbps(Mega bit per second) (HSUPA mode, download 기준) 보통 우리들이 쓰는 속도는 MBps(Mega Byte per second) 기준이므로 환산해보면 720KBps 이다. , Wi-Fi기준은 75MBps 이다. 일반적으로 주파수가 높아지면 낼수있는 속도 또한 빨라진다. 60GHz를 사용해 낼수있는 속도는 공식적으로 7Gbps 급이라고 한다. 환산하면 875MBps 정도 된다는 소리이다. 놀랄만한 속도이다. 현재 사용되고 있는 유선통신보다 훨씬더 빠르다는 소리가 되는데 이정도 속도라면 궂이 유선을 사용할 필요가 없지 않나 싶다.
와이파이연합회(www.wi-fi.org)와 무선기가비트연합회의 합의를 통해 60GHz 와이파이 구현이 결정됨으로써 60GHz 대역의 데이터 통신이 활성화 될것으로 보인다. 하지만 아직 합의만 된 상태라서 실제적으로 사용자들이 사용하기까지는 2년정도의 시간이 걸린다고 한다. 그도 그럴것이 고주파대역을 사용하는 것이기 때문에 개발시간이 오래걸리기 때문이다. 왜 그럴까? 주파수가 파동이기 때문이다.
위의 그림에서 처럼 주파수는 파장을 갖고 있다. 같은 신호이지만 위치에 따라서 위쪽 방향( +극 ) 일수도 있고 아랫쪽 방향 ( -극 ) 일수도 있다는것이다. 간단히 말하면 측정하는 위치에 따라 전혀 다른 극성이 검출될수 있다는 것이다. 그렇게 되면 전달하고자 하는 데이터가 제대로 전달되지 못한다. 그래서 고주파일수록 다루기 힘들어 진다는 것이다.
전파의 경우 광속으로 움직인다. 즉 빛의 속도인 1초에 30만 Km를 이동한다는 소리이다. 그러면 1Hz의 신호는 1초에 1번 진동하므로 위의 그림에서 λ의 거리는 30만 Km 가 된다. 반면 우리가 사용하고 있는 2GHz 의 신호는 2*10^9Hz 의 진동수를 갖고 있으므로 300000 / 2 * 10 ^ 9 로 계산하면 0.00015Km 즉, 15cm 가 된다. 따라서 2GHz 를 사용하는 회로에서 위치가 7cm 정도만 차이가 나도 전혀 의도하지 않은 반대의 신호를 검출하게 될 가능성이 있다는 것이다.
그럼 60GHz 는 파장이 얼마나 될까? 같은 방법으로 계산하면 300000 / 60 * 10 ^ 9 = 0.000005 즉 0.5cm 가 되는것이다. 즉 5mm 안에 한개의 파장이 들어가게 된다. 이 경우 1mm 의 위치 차이에도 전혀 다른 결과가 나올수 있게 된다.
문제는 이뿐만이 아니다. 주파수가 높아지면 일반적인 전선도 저항으로 변하게 된다. 같은 길이의 전선에 신호를 통과시켜도 주파수가 높아지면 저항처럼 신호가 점점 없어진다는 것이다. 그러면 회로, 소자 등의 크기가 작아진다. 2GHz 대역을 쓰는 지금도 소자의 크기는 충분히 작다. 현미경으로 보면서 다뤄야 할만큼 작은 크기인데 지금보다 1/30로 작아지게 되면 소자의 크기는 얼마나 더 작아져야 할지 상상을 할수 없다.
물론 장치의 크기도 작아져 편리해 질것이다. 또한 파장의 길이가 작아지면 안테나도 짧아진다. 참고로 안테나는 파장의 길이의 1/4 을 사용한다. 하나의 안테나도 그냥 만드는것은 아니다. 안테나가 짧아지면 같은 기계안에서도 여러개의 안테나를 집어넣을수 있다. ( 이 것을 이용해 MIMO 기술을 구현하기도 한다. ) 하지만 만드는 사람의 입장에서는 반대이다. 그만큼 신경써야할것도 많고 그만큼 변수가 많아진다.
60GHz 사용이라는 말에 놀라 개인적인 의견을 적어봤다. 물론 이것은 기술의 진보이고 사람들의 삶에 도움이 될 기술임은 분명하다. 특히 무선통신 속도 7Gbps 라는것은 이세상에 모든 유선통신을 없엘수도 있는 획기적인 기술이다. 물론 모든 무선 통신은 유선통신이 기반되어야 하지만 사용자는 관심이 없으므로 신경쓰지 않는다면 그렇다. 하지만 그런 기술을 이용하기 전에 그 기술이 나오기까지 얼마나 많은 사람들의 열정과 노력이 들어갔는지를 조금이라도 생각해 주었으면 하는 바람에 글을 적어본다.
여담이지만 주파수가 높아지면 도달거리가 짧아진다. 공기도 저항 역할을 하므로 그만큼 공기중에서 신호가 사라진다는것이다. 그럼 그 신호의 에너지는 어떻게 될것인가? 바로 공기중으로 에너지를 전달하게 된다. 중학교때 배운 에너지 보존의 법칙을 생각하면 쉽게 이해된다. 전파도 에너지의 일종이고 이 에너지는 중간에 생겨나거나 소멸되지 않으므로 전파가 점점 사라진다면 그 사라지는 만큼의 에너지는 어디론가 가야하는데 그것이 가장 가까운 공기로 전달하는 것이다. 공기로 에너지가 쌓이면 어떻게 될까? 바로 공기의 온도가 높아지게 된다. 전자레인지의 전파가 음식을 덥히듯이. 무선통신의 전파가 공기의 온도를 올리는 것이다. 또, 이것은 주파수가 올라갈수록 심해진다. 개인적인 생각으로 이것도 지구 온난화의 한 원인이 될듯싶다. 나의 지도교수님께 여쭤본결과 영향은 분명히 있지만 아직까지는 그렇게 심각할정도로 영향을 주고 있지 않으므로 괜찮다고 하셨다. 하지만 60GHz 대역에서라면 또 모르겠다...
관련자료 :
http://www.wi-fi.org/news_articles.php?f=media_news&news_id=984
이미지 :
http://www.rfdh.com 에서 퍼옴
현재 사용되고 있는 데이터 통신들은 보통 1.8GHz 대에서 5GHz 의 주파수를 이용한다. 그 사이에서 핸드폰, 무선랜(와이파이) 들이 사용되고 있는 것이다. 물론 그 보다 더 높은 주파수도 이용하기도 한다. 군사목적의 기기들은 9GHz 까지도 사용한다. 그 주파수를 사용해 낼수 있는 속도는 WCDMA 기준 5.76Mbps(Mega bit per second) (HSUPA mode, download 기준) 보통 우리들이 쓰는 속도는 MBps(Mega Byte per second) 기준이므로 환산해보면 720KBps 이다. , Wi-Fi기준은 75MBps 이다. 일반적으로 주파수가 높아지면 낼수있는 속도 또한 빨라진다. 60GHz를 사용해 낼수있는 속도는 공식적으로 7Gbps 급이라고 한다. 환산하면 875MBps 정도 된다는 소리이다. 놀랄만한 속도이다. 현재 사용되고 있는 유선통신보다 훨씬더 빠르다는 소리가 되는데 이정도 속도라면 궂이 유선을 사용할 필요가 없지 않나 싶다.
와이파이연합회(www.wi-fi.org)와 무선기가비트연합회의 합의를 통해 60GHz 와이파이 구현이 결정됨으로써 60GHz 대역의 데이터 통신이 활성화 될것으로 보인다. 하지만 아직 합의만 된 상태라서 실제적으로 사용자들이 사용하기까지는 2년정도의 시간이 걸린다고 한다. 그도 그럴것이 고주파대역을 사용하는 것이기 때문에 개발시간이 오래걸리기 때문이다. 왜 그럴까? 주파수가 파동이기 때문이다.
위의 그림에서 처럼 주파수는 파장을 갖고 있다. 같은 신호이지만 위치에 따라서 위쪽 방향( +극 ) 일수도 있고 아랫쪽 방향 ( -극 ) 일수도 있다는것이다. 간단히 말하면 측정하는 위치에 따라 전혀 다른 극성이 검출될수 있다는 것이다. 그렇게 되면 전달하고자 하는 데이터가 제대로 전달되지 못한다. 그래서 고주파일수록 다루기 힘들어 진다는 것이다.
전파의 경우 광속으로 움직인다. 즉 빛의 속도인 1초에 30만 Km를 이동한다는 소리이다. 그러면 1Hz의 신호는 1초에 1번 진동하므로 위의 그림에서 λ의 거리는 30만 Km 가 된다. 반면 우리가 사용하고 있는 2GHz 의 신호는 2*10^9Hz 의 진동수를 갖고 있으므로 300000 / 2 * 10 ^ 9 로 계산하면 0.00015Km 즉, 15cm 가 된다. 따라서 2GHz 를 사용하는 회로에서 위치가 7cm 정도만 차이가 나도 전혀 의도하지 않은 반대의 신호를 검출하게 될 가능성이 있다는 것이다.
그럼 60GHz 는 파장이 얼마나 될까? 같은 방법으로 계산하면 300000 / 60 * 10 ^ 9 = 0.000005 즉 0.5cm 가 되는것이다. 즉 5mm 안에 한개의 파장이 들어가게 된다. 이 경우 1mm 의 위치 차이에도 전혀 다른 결과가 나올수 있게 된다.
문제는 이뿐만이 아니다. 주파수가 높아지면 일반적인 전선도 저항으로 변하게 된다. 같은 길이의 전선에 신호를 통과시켜도 주파수가 높아지면 저항처럼 신호가 점점 없어진다는 것이다. 그러면 회로, 소자 등의 크기가 작아진다. 2GHz 대역을 쓰는 지금도 소자의 크기는 충분히 작다. 현미경으로 보면서 다뤄야 할만큼 작은 크기인데 지금보다 1/30로 작아지게 되면 소자의 크기는 얼마나 더 작아져야 할지 상상을 할수 없다.
물론 장치의 크기도 작아져 편리해 질것이다. 또한 파장의 길이가 작아지면 안테나도 짧아진다. 참고로 안테나는 파장의 길이의 1/4 을 사용한다. 하나의 안테나도 그냥 만드는것은 아니다. 안테나가 짧아지면 같은 기계안에서도 여러개의 안테나를 집어넣을수 있다. ( 이 것을 이용해 MIMO 기술을 구현하기도 한다. ) 하지만 만드는 사람의 입장에서는 반대이다. 그만큼 신경써야할것도 많고 그만큼 변수가 많아진다.
60GHz 사용이라는 말에 놀라 개인적인 의견을 적어봤다. 물론 이것은 기술의 진보이고 사람들의 삶에 도움이 될 기술임은 분명하다. 특히 무선통신 속도 7Gbps 라는것은 이세상에 모든 유선통신을 없엘수도 있는 획기적인 기술이다. 물론 모든 무선 통신은 유선통신이 기반되어야 하지만 사용자는 관심이 없으므로 신경쓰지 않는다면 그렇다. 하지만 그런 기술을 이용하기 전에 그 기술이 나오기까지 얼마나 많은 사람들의 열정과 노력이 들어갔는지를 조금이라도 생각해 주었으면 하는 바람에 글을 적어본다.
여담이지만 주파수가 높아지면 도달거리가 짧아진다. 공기도 저항 역할을 하므로 그만큼 공기중에서 신호가 사라진다는것이다. 그럼 그 신호의 에너지는 어떻게 될것인가? 바로 공기중으로 에너지를 전달하게 된다. 중학교때 배운 에너지 보존의 법칙을 생각하면 쉽게 이해된다. 전파도 에너지의 일종이고 이 에너지는 중간에 생겨나거나 소멸되지 않으므로 전파가 점점 사라진다면 그 사라지는 만큼의 에너지는 어디론가 가야하는데 그것이 가장 가까운 공기로 전달하는 것이다. 공기로 에너지가 쌓이면 어떻게 될까? 바로 공기의 온도가 높아지게 된다. 전자레인지의 전파가 음식을 덥히듯이. 무선통신의 전파가 공기의 온도를 올리는 것이다. 또, 이것은 주파수가 올라갈수록 심해진다. 개인적인 생각으로 이것도 지구 온난화의 한 원인이 될듯싶다. 나의 지도교수님께 여쭤본결과 영향은 분명히 있지만 아직까지는 그렇게 심각할정도로 영향을 주고 있지 않으므로 괜찮다고 하셨다. 하지만 60GHz 대역에서라면 또 모르겠다...
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