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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 삼각함수에서 발견하는 혁신성장 방안

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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]   

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트럼프, 건국 250주년 금화 본인 초상 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 도널드 트럼프 미국 대통령이 자신의 얼굴이 새겨진 24캐럿 기념 금화 발행을 승인하며 '자기 우상화' 논란에 불을 지폈다.  현지시간 19일 로이터 통신에 따르면, 트럼프 대통령이 임명한 인사들로 구성된 연방미술위원회(CFA)는 미국 건국 250주년을 기념해 트럼프 대통령의 초상이 담긴 기념 금화 발행안을 이날 만장일치로 통과시켰다. 도널드 트럼프 미국 대통령의 초상이 담긴 미국 건국 250주년 기념 금화 디자인. 미국 조폐국 제공. [사진=로이터 뉴스핌] 1910년 설립된 CFA는 워싱턴 D.C. 내 연방 공공건물과 기념물 등의 디자인을 심의하는 독립 기관이다. 이번에 승인된 금화는 워싱턴 국립 초상화 미술관에 전시된 사진을 바탕으로, 책상에 기대어 정면을 응시하는 엄숙한 표정의 트럼프 대통령을 묘사할 예정이다. 위원회 심의 과정에서는 금화의 상징성을 극대화하려는 시도가 이어졌다. 올해 트럼프 대통령이 임명한 백악관 보좌관 체임벌린 해리스는 "클수록 좋다"며 직경 3인치(약 7.6cm)에 달하는 대형 금화 제작을 제안했다. 브랜든 비치 미 연방재무관 역시 성명을 통해 "미국 정신과 민주주의를 대표하는 인물로 현직 대통령인 도널드 J. 트럼프보다 더 상징적인 프로필은 없다"며 발행 당위성을 강조했다. 하지만 이번 금화 발행이 법적 허점을 노린 '편법'이라는 지적도 만만치 않다. 미국법상 생존해 있거나 사후 3년이 지나지 않은 대통령의 초상은 유통되는 달러 동전에 새길 수 없다. 트럼프 행정부는 이번 금화를 시중에 유통되지 않는 '수집용(non-circulating)'으로 분류함으로써 이 규제를 피했다는 분석이다. 이에 대해 민주당 제프 머클리 상원의원은 "동전에 자신의 얼굴을 새기는 이들은 군주나 독재자이지 민주주의 국가의 지도자가 아니다"라며 "건국 250주년의 의미를 왜곡하려는 시도"라고 강력히 비판했다. 초당파적 기구인 시민주화자문위원회(CCAC)의 도널드 스카린치 위원 역시 "1926년 쿨리지 대통령의 사례가 있지만, 당시엔 건국 영웅인 조지 워싱턴의 얼굴 뒤에 겹쳐진 형태였다"며 "현직 대통령 단독 초상을 대형 금화에 새기는 것은 차원이 다른 문제"라고 꼬집었다. 트럼프 대통령은 지난해 1월 재집권 이후 자신의 이름을 국가 자산에 각인시키는 행보를 광범위하게 지속해 왔다. 워싱턴의 주요 정부 건물은 물론 차세대 해군 함정의 함급명, 부유층 대상 비자 프로그램, 정부 운영 처방약 웹사이트, 심지어 어린이용 연방 저축 계좌에까지 '트럼프'라는 이름을 붙여왔다. 트럼프 행정부는 이번 기념 금화 외에도 자신의 초상이 새겨진 새로운 1달러 동전의 연내 유통을 제안해 놓은 상태여서, 이를 둘러싼 법적·정치적 공방이 예상된다.  wonjc6@newspim.com   2026-03-20 11:08
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'법정 소란' 권우현 영장심사 시작 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 한덕수 전 국무총리의 재판 등에서 법정 소란을 일으킨 김용현 전 국방부 장관의 변호인이 20일 구속 기로에 섰다. 서울중앙지법 이지영 영장전담 부장판사는 이날 오전 10시 30분 법정 소동 혐의를 받는 권우현 변호사에 대한 구속 전 피의자 심문(영장실질심사)을 열었다. 권 변호사는 이날 오전 9시 30분쯤 법정 안으로 들어갔다. [서울=뉴스핌] 류기찬 기자 = 한덕수 전 총리 재판에서 법정 소란을 일으킨 김용현 전 국방부 장관 측 권우현 변호사가 20일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 영장실질심사(구속 전 피의자 심문)를 마친 뒤 법원을 나서고 있다. 2026.03.20 ryuchan0925@newspim.com 앞서 서울중앙지검은 김 전 장관의 변호인단 중 한 명인 권 변호사에 대해 경찰이 신청한 구속영장을 법원에 청구했다. 권 변호사는 지난해 11월 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관) 심리로 진행된 한 전 총리의 속행 공판에서 김 전 장관의 증인신문 도중 소란을 피워 감치 15일을 선고받았다. 이후 권 변호사는 같은 달 열린 감치 재판에서 "해보자는 것이냐", "공수처(고위공직자범죄수사처)에서 봅시다"라고 발언했고, 재판부는 이를 문제 삼아 감치 5일을 추가로 내렸다. 그러나 이후 서울구치소가 인적사항이 확인되지 않았다는 사유로 수용을 거부하면서 집행 명령이 정지됐다. 대법원 법원행정처는 같은 달 법정모욕·명예훼손 혐의로 경찰에 고발장을 제출했다. 한편 서울중앙지검은 지난 1월 김 전 장관 변호인단인 이하상·권우현·유승수 변호사의 법정 내 품위 손상 행위와 이 변호사의 유튜브 내 모욕적 발언 등을 이유로 대한변호사협회에 징계 개시를 신청했다. 변협은 이 변호사의 유튜브 발언 부분에 대해서만 징계 개시를 청구하고, 법정 내 언행 등에 대해서는 변호인의 조력을 받을 권리를 보호한다는 등의 이유로 기각했다. 검찰은 변협 결정에 대해 지난 12일 이의신청을 제기했다. pmk1459@newspim.com   2026-03-20 11:05
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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.
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