전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 전기·전자

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 삼각함수에서 발견하는 혁신성장 방안

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

알고보면 유용한 삼각함수 곱셈 공식

고등학교 수학II 과목에서 배우는 개념이 삼각함수이다. 사실 삼각함수 단원에서, 왜 배워야 하는지, 어디에 쓰이는지 잘 배우지 못하고, 설명도 없이 공식을 외우고 문제를 풀었다.

 김정호 카이스트 교수

삼각함수의 가치는 우리 자연계의 현상 대부분이 주기성을 갖고 있다는 사실에 있다. 그 주기성을 갖는 자연현상을 설명하는 데 삼각함수가 아주 유용하게 쓰인다. 태양을 중심으로 공전하는 지구, 지구의 자전을 비롯한 우주의 현상뿐만 아니라 우리 몸 속의 심장의 박동도 주기성을 갖고 있다.

4차 산업혁명으로 들어오면 반도체 내의 회로, 컴퓨터도 주기를 갖는 시계(clock)에 맞추어 서로 약속된 동작을 한다. 5G 통신에서도 3.4~6GHz, 혹은 28GHz 전자파를 사용하게 되는데, 이 전자파도 주기성을 갖는 삼각함수 (sine wave)이면서 공간으로 빛의 속도로 전파한다. 이때 1초에 시간에 따라 신호가 진동하는 횟수를 주파수(f, frequency)라고 한다.

수학II 과목에서 삼각함수의 특징을 이해하고 해석하기 위해서 여러 종류의 수식을 배우고 실습한다. 그런데 수식이 복잡해서 단순히 외워서 사용했다. 그 중에서 가장 복잡한 수식이 삼각함수 곱하기 공식이다. 두 개의 삼각함수가 곱해지면 그 결과가 어떻게 되는가 하는 결과를 보여 주는 수식이다.

공식에 의하면 예를 들어 주파수 f1 인 삼각함수와 주파수 f2 인 삼각함수가 곱해지면 새로운 삼각함수가 만들어 진다. 그런데 그 새 삼각함수의 주파수가 f1+f2, f1-f2 로 생성된다. 이처럼 새로운 삼각함수의 주파수는 기존의 두 개의 주파수 합과 주파수 차로 이루어진 새로운 2 개의 서로 다른 주파수를 가진 삼각함수가 만들어 진다.

따라서 자연계에서 두 개의 각각 다른 주기를 가진 현상이 만나서 곱하기 동작을 하면 새로운 주파수가 만들어지는 현상을 이처럼 설명할 수 있다. 일종의 주파수 더하기, 빼기 혹은 변환기가 되는 셈이다. 5G 통신을 위한 송수신 회로에는 이러한 주파수 곱하기 기능을 담당하는 소자를 신호 혼합기(Mixer)라고 부른다. 주로 반도체 트랜지스터의 비선형성 성질을 이용해서 수학적으로는 곱하기, 기능적으로는 신호 혼합기가 이런 역할을 만든다. 반도체 트랜지스터의 불량한 비선형 성격을 이용해서 곱하기를 한다.

그러니 고등학교 때 배운 삼각함수 곱하기 공식의 원리는 5G 통신 시스템에 핵심적으로 사용하는 원리로 사용된다. 그걸 고등학교 때 미리 알기는 어렵겠다.

삼각함수 곱셈 공식, [출처: 네이버 블로그 삼각함수 공식 총정리]


5G 송수신기에 필요한 신호 혼합기

5G 통신에서 고주파 전자파를 사용하려는 이유는 제일 먼저 무선통신으로 보내는 데이터 용량을 높이기 위해서이다. 그런데 고주파를 사용하면 신호 감쇄가 크고, 전파의 직진성이 크다. 그대신 전자파 파장의 크기가 작아 안테나 크기를 줄일 수 있다. 한편 5G 무선 통신 시스템에는 이와 같은 안테나뿐만 아니라, 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier), 신호 혼합기(Mixer), 저대역 필터(잡음 제거기), ADC(아날로그 디지털 변환기) 등이 포함된다. 이 소자들 역시 고주파 대역의 특징을 잘 살려 설계해야 한다.

그런데 여기에서 고주파 전자파에 디지털 데이터 신호를 싣는 장치가 바로 신호 혼합기(Mixer)이다. 여기에서 전자파와 디지털 데이터가 수학적으로 곱해진다. 그러면 이 혼합기에서 전자파 주파수 fr 과 디지털 데이터 주파수 fd 가 섞이게 된다. 그래서 새로운 주파수 fr+fd, fr-fd 가 새로 생성된다. 디지털 데이터 신호를 그대로 공간으로 전파할 수 없다. 공간으로의 전파는 고주파 전자파를 이용해야 한다.

그래서 이 신호 혼합기에서 두 신호를 섞어야 한다. 이처럼 고등학교 수학 교과서에 배운 삼각함수 곱셈 공식의 원리가 5G 통시 시스템에서 고주파 전자파 주파수와 디지털 데이터 전자파 주파수를 섞는 원리가 된다.

신호 혼합기(Mixer)가 포함된 RF 수신기 구조, [출처: 아날로그 디바이시스(Analog Devices)]
 
RF 신호 혼합기(Mixer)가 포함된 모듈 사진. [출처: 디지키(Digikey)]


다양한 분야의 융합 통해 혁신해야 

5G 통신 시스템에서는 신호 혼합기에서 보는 사례처럼, 실제 서로 다른 신호, 서로 다른 주파수, 서로 다른 영역의 기술이 융합되는 경우가 많이 있다. 그 융합은 디지털 신호와 아날로그 신호, 디지털 신호와 고주파 신호, 전력 전송과 신호 전달 등 서로 다른 분야가 합쳐져서 구현되고 있다. 4차 산업혁명 시대의 새로운 기술은 다양한 영역의 기술 융합으로부터 나올 수 밖에 없다.

새로운 산업과 일자리 창출도 마찬가지이다. 한 분야만의 혁신은 거의 종말에 가까이 왔다. 이제는 융합을 통한 성장의 시대이다.

4차 산업혁명 시대에는 이러한 융합의 중심이 인공지능과 빅데이터가 될 것으로 예측한다. 특히 인공지능과 빅데이터 기술이 의료, 금융, 보험, 행정, 교육, 서비스, 교통, 환경, 생산, 에너지, 자원, 우주 등 다양한 전 분야와 결합해서 효율을 높이고 생산성을 향상 시킬 것으로 본다. 긍정적으로 본다면 인간에게 노동, 자원, 시간의 자유를 선물할 수도 있다. 이것이 혁신 성장을 의미한다. 그 혁신성장을 인공지능과 빅데이터 중심의 융합으로 만들 수 있다.

 

 

joungho@kaist.ac.kr  

   

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]   

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
[단독] 위례선 트램, 법 공방에 개통 '제동' [서울=뉴스핌] 조수민 기자 = 서울시가 위례선 노면전차(트램)를 둘러싼 법령 해석 논란과 관련해 서울경찰청을 상대로 행정심판을 청구했다. 트램 전용로에 도로교통법 적용 여부를 두고 양 기관의 해석이 엇갈리면서 교통안전심의 절차가 사실상 중단된 상태다. 이번 행정심판 결과에 따라 올해 12월로 예정된 위례선 트램 개통 일정에도 영향을 미칠 가능성이 제기된다. 1일 업계에 따르면 지난 4월 서울시는 서울경찰청을 상대로 국민권익위원회 소속 중앙행정심판위원회에 행정심판을 청구했다. 위례선 트램 전용로가 교통안전심의 대상이 아니라고 판단한 서울경찰청의 결정을 바로잡겠다는 취지다. 아직 양측에 심리기일이 통보되지 않은 상태다. 재결기간으로 지정된 7월 20일 전에 심리가 진행될 것으로 전망된다. 트램이란 도로 위에 레일을 깔고 달리는 전기 철도차량이다. 서울시가 조성 중인 위례선 트램은 마천역(5호선)을 출발해 복정역(수인분당선·8호선)과 남위례역(8호선)을 잇는 총연장 5.4㎞, 12개 정거장의 노면전차 노선이다. 2021년 착공에 돌입한 후 현재 공정률 96.1%다. 개통 목표는 올해 12월이다. 서울시는 트램 전용로 관련 횡단구간에 대한 신호기, 횡단보도 및 신호등 등 교통안전시설을 마련했다. '교통안전시설 등 설치·관리에 관한 규칙'에 따라 도로 교통사고 방지 및 교통소통 확보 목적으로 교통안전시설을 설치할 경우 각 관할 경찰청 교통안전시설 심의위원회의 심의를 거쳐야 한다. 교통안전시설의 종류와 설치 기준 등은 도로교통법과 시행규칙을 따른다. 다만 서울시와 서울경찰청은 위례선 트램이 도로교통법 내 어떤 조항에 해당하는지를 두고 이견을 보이고 있다. 서울시는 도로교통법 제2조7의2를 위례선 트램에 적용해야 한다고 주장한다. 해당 조항은 트램 전용로를 '도로에서 궤도를 설치하고 안전표지 또는 인공구조물로 경계를 표시하여 설치한 도로 또는 차로'로 규정한다. 시는 법이 이미 트램 전용로를 도로의 한 형태로 인정하고 있다는 점을 근거로, 경찰청이 위례선 트램 전용로 전 구간에 대한 교통안전심의를 진행해야 한다고 보고 있다. 반면 서울경찰청은 도로교통법 제2조1를 근거로 내세운다. 해당 조항에서 정의한 도로(도로법에 따른 도로, 유료도로법에 따른 유료도로, 농어촌도로 정비법에 따른 농어촌도로, 불특정 다수의 사람 등이 통행할 수 있도록 공개된 곳으로 안전하고 원활한 교통을 확보할 필요가 있는 장소)에 위례선 트램 전용로가 해당하지 않는다는 것이다. 위례선 트램 전용로는 경찰청 교통안전심의 대상이 아니라는 입장이다. 이에 트램 전용로 관련 교통안전시설에 대한 교통안전심의가 이뤄지지 않고 있다. 서울시는 트램이 도로와 맞닿아 있는 만큼, 도로교통법과 철도안전법을 중복 적용해야 한다고 주장한다. 도로교통법상 절차를 거치지 않고 철도안전법만 충족하는 상태에서 교통안전시설을 설치·운영한다면, 향후 적법성을 두고 문제가 발생할 수 있다고 우려한다. 반면 서울경찰청은 트램이 철도시설이며, 철도안전법에 따른 절차를 밟아야 한다는 시각이다. 철도안전법 관할 부처인 국토교통부 소관 사항이라는 것이다. 결국 중앙행정심판위원회의 판단이 중요할 전망이다. 위원회 재결에 불복하는 기관은 행정소송을 제기할 수 있다. 소송이 시작될 경우 위례선 트램의 개통 일정이 밀릴 가능성이 크다. 서울시 관계자는 "행정심판 결과에 따라 향후 대응을 내부적으로 검토할 예정"이라며 "국토교통부 대도시광역교통위원회에 갈등 조정을 요청한 상황"이라고 말했다. 서울경찰청 관계자는 "트램은 52톤에 달하는 중량 철도차량으로 제동거리가 일반 차량에 비해 3배 이상 길고 궤도 운행으로 회피 기동이 불가능하다"며 "철도 지식이 없는 경찰이 심의할 경우 시민 안전을 담보할 수 없어 전문기관의 안전 심의가 필수적"이라고 했다. blue99@newspim.com 2026-07-01 10:51
사진
강훈식, 靑 뉴미디어풀단과 특별인터뷰 [서울=뉴스핌] 김미경 기자 = 강훈식 대통령 비서실장이 1일 오후 3시 뉴스핌을 비롯한 청와대 뉴미디어풀단 9개 매체와 공동인터뷰를 한다. 청와대 춘추관 오픈스튜디오 개설을 기념해 마련한 '청와대 라이브' 특별인터뷰에 강 실장이 첫 게스트로 출연한다. 특별인터뷰는 뉴스핌 유튜브 채널 뉴스핌TV 등 뉴미디어풀단의 유튜브 채널에서 실시간으로 중계된다.  [서울=뉴스핌] 류기찬 기자 = 강훈식 대통령비서실장이 지난 4월 22일 오후 서울 종로구 국무총리공관에서 열린 제8차 고위당정협의회에서 발언을 하고 있다. 2026.04.22 ryuchan0925@newspim.com 뉴미디어풀단은 청와대가 변화하는 언론 환경에 발맞춰 청와대 출입과 취재 기회를 확대하고자 신설한 청와대 출입기자단이다.  현재 뉴스핌을 비롯해 고발뉴스, 굿모닝충청, 김어준의 겸손은 힘들다 뉴스공장, 뉴스토마토, 삼프로TV, 시민언론 민들레, 시사인(IN), 장윤선의 취재편의점 9개 매체가 소속돼 있다.  뉴미디어풀단은 강 실장과 함께 이재명 정부 출범 1년 성과와 향후 과제, 외교와 사회·문화, 경제 분야에 대한 심도 있는 인터뷰와 진단을 한다.  이재명 대통령이 지난달 29일 직접 공개한 3대 메가 프로젝트를 비롯해 중동전쟁 상황에서 급박하게 진행된 원유 수급 전략 뒷이야기와 저출산 극복 대책 등 국정 현안에 대한 질의응답을 한다.  뉴스핌은 청와대 뉴미디어풀단으로서 유튜브 뉴스핌TV 채널에서 국정 현안과 정책 이슈에 대한 이슈파이터, 정국진단 라이브를 통해 차별화되고 경쟁력 있는 방송을 하고 있다. 청와대 영상 콘텐츠도 1주 평균 30개 이상 제작 중이다. 이강혁 뉴스핌 편집국장은 "대통령의 국내외 일정부터 타운홀 미팅과 부처 업무보고, 청와대 정책과 현안 브리핑을 실시간 생중계와 쇼츠, 하이라이트의 다양한 편집본으로 만들고 있다"고 말했다. 이 국장은 "뉴스핌은 현장 라이브와 오픈스튜디오 촬영, 24시간 방송이 가능한 전문성과 인력을 갖추고 있다"며 "간판 콘텐츠인 '이슈터미네이터' '긴급진단' 프로그램을 통해 담론을 형성하고 실질적인 정책·입법으로 이어지는 공익 언론의 뉴미디어 기능을 지속 강화해 나갈 계획"이라고 말했다. the13ook@newspim.com 2026-07-01 08:52
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동