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정보통신공학
정보통신공학(情報通信工學, telecommunication engineering)은 통신 및 네트워크를 이용하여 질 좋은 정보를 수요자에게 빠르고 정확하게 전달하는 기술에 대해 다루는 학문이다. 유ㆍ무선 통신 기술에 사용되는 통신 신호, 통신시스템 구조, 네트워크 기본 및 응용 이론, 차세대 통신 네트워크 기술개발 등에 대해 연구한다.
개념 및 정의[편집]
정보통신공학이란 정보(information)를 전달하는 문제를 다루는 학문이다. 여기에 정보를 저장하고 처리하는 영역까지를 포함하면 광의의 정보통신공학을 의미한다. 광의의 정보통신공학은 그 영역이 전자공학(電子工學, electronics) 및 컴퓨터공학(-工學, computer engineering) 등의 인접학문과 겹치게 된다. 본 사전에서는 되도록 인접 학문과는 겹치지 않는 정보통신공학 고유의 영역에 한정하여 기술하고 있다.
국가정보화기본법에서는 정보란 "특정 목적을 위하여 광(光) 또는 전자적 방식으로 처리되어 부호, 문자, 음성, 음향 및 영상 등으로 표현된 모든 종류의 자료 또는 지식"이라고 정의되어 있다. 정보를 한 마디로 정의하면 '의미를 갖는 자료'라고 할 수 있다. 또는 '자료를 필요에 따라 가공한 것이 정보'라고 말할 수 있다.
정보의 종류에는 텍스트, 음성, 음향, 이미지 및 동영상 등 여러 가지가 있는데 이런 정보를 전달하기 위해서는 정보를 전송에 적절한 방법으로 표현해야만 한다. 표현된 정보는 적절한 방법을 이용해 원거리의 상대에게 보내져야만 한다. 여기에서 전송에 사용되는 것이 신호이다. 과거에는 전송을 위한 신호로 전기신호를 주로 사용하였으나 요즘은 광신호를 사용하는 비율이 매우 높아졌다. 또한 신호가 전송되기 위해서는 매체가 필요하다.
또한 정보를 연속적으로 변화하는 양으로 표현할 것인가 아니면 단속적인 값을 갖는 부호로 표현할 것인가에 따라 정보의 표현을 아날로그 방식과 디지털 방식으로 나누어 볼 수 있으며 전송에 있어서도 신호가 연속적으로 값을 갖는지 단속적인 값을 갖는지에 따라 아날로그 방식과 디지털 방식으로 나눌 수 있다. 현재는 디지털 방식을 사용한 통신기술이 일반화되어 있으므로 정보 통신은 암묵적으로 디지털 방식에 의한 것임을 전제한다.
정보 통신의 역사[편집]
정보를 전달하는 것은 사회를 구성하여 살아가는 인간의 기본적인 욕구 중 하나이며 동시에 삶에 반드시 필요한 요소이다. 따라서 통신은 인간의 기원과 그 맥을 같이 한다. 소리를 지르거나 몸짓 등으로 멀리 떨어진 상대에게 의사를 전달하는 방법 등이 원시적인 형태의 통신이라고 할 수 있을 것이다. 이후 피리를 불고 북을 두드리거나 봉화를 사용하는 등 문명 또는 기술의 도움을 받아 좀 더 효과적인 통신방법들이 등장하기 시작하게 된다.
인간이 전기를 마음대로 이용할 수 있게 되면서 근대 통신이 시작되었다. 전기를 이용하므로 이를 전기통신이라고도 하는데, 전기통신은 19세기 전반에 등장한 전신(telegraph)을 그 효시로 하고 있다. 전신은 전하고자 하는 문장을 각 알파벳에 대응하는 코드를 전기로 전송하는 방법이다. 미국의 새뮤얼 모스(Samuel Morse)는 긴 전기신호와 짧은 전기신호를 조합한 모스부호를 만들어 내고 1844년 워싱턴과 볼티모어 간 전보 전송에 성공하였다.
1876년에 알렉산더 그레이엄 벨(Alexander Graham Bell)은 전화기를 발명하여 미국특허를 취득하고 1877년 '벨 전화 회사'를 설립함으로써 전기통신은 음성을 전송하는 시대를 열게 된다.
한편 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)과 하인리히 루돌프 헤르츠(Heinrich Rudolf Hertz) 등의 물리학자들의 연구에 힘입어 전파의 실체가 규명되고 실용적으로 이용할 길이 열리게 되었다. 1901년에 굴리엘모 마르코니(Guglielmo Marconi)는 대서양을 횡단하는 무선전신 실험에 성공하였다. 이로써 전선을 통한 유선통신뿐 아니라 전파를 이용한 무선통신의 시대도 열리게 되었다.
1960년대에 이르자 디지털 기술이 발전하기 시작했다. 이에 따라 통신도 디지털 방식으로 전환되기 시작했다. 특히 전통적인 아날로그 방식의 전기통신에서 사용하던 회선교환방식을 대체하는 패킷교환방식의 등장은 통신망의 구조를 획기적으로 바꿔 놓는 사건이 되었다. 패킷통신은 컴퓨터 간에 자료를 교환하는 일에 적합하여 현재 컴퓨터 네트워킹이 일반화되는 기본 기술이 되었다. 또한 이에 따라 다양한 형태의 정보가 통신의 대상이 되었다. 정보 통신이라는 용어가 통신 또는 전기통신을 대체하여 보편화되기 시작한 것도 이 즈음이다. 현재는 인터넷이라는 패킷통신망이 구축되어 전 세계를 연결하고 있다. 패킷통신기술은 더욱 발전하여 기존 회선교환망을 통해 제공하던 통신서비스들도 패킷통신망으로 통합되어 가고 있다.
또한 무선통신기술은 더욱 발전하여 누구나 이동 중에 자유롭게 통신이 가능하게 되었다. 이는 전자공학의 놀라운 발달과 셀 방식 전파운용 기술 등의 발전으로 인한 것이었다. 현재 무선통신망도 위에서 언급한 패킷통신망과 융합하여 발전하는 모습을 보이고 있다.
주요 연구 분야[편집]
기초 통신기술 연구 분야[편집]
- (1) 통신과정모델과 기초 연구 분야
정보 통신에서 정보전달과정은 '정보원(source)→정보원 부호화(source coding)→채널 부호화(channel coding)→변조(modulation)→전송(transmission)→복조(demodulation)→채널 복호화(channel decoding)→정보원 복호화(source decoding)→수신자'로 표현할 수 있다. 이 과정에서 나타난 각 단계에 필요한 기술들이 통신을 위한 기본기술들이며 이들이 각각 하나의 연구 분야가 된다.
정보원에서 전송하고자 하는 정보를 발생시키면 이를 디지털 데이터로 표현하는 과정이 정보원 부호화이다. 정보원 부호화에 대한 연구는 정보를 처리하기 위해 더 효율적인 표현방법뿐 아니라 데이터의 양을 줄이는 압축, 그리고 정보를 보호하기 위한 보안 등의 기능도 그 연구대상으로 한다. 정보원 부호화는 정보의 전송뿐 아니라 정보를 저장하고 처리하는 경우에도 반드시 선행되어야 하는 필수적인 단계이다.
부호화되어 데이터가 된 정보는 채널 부호화라는 과정을 거치게 된다. 채널 부호화에 대한 연구는 채널을 통한 전송의 효율을 증대시키는 부호에 대한 연구나 전송 시 발생하는 에러를 검출하거나 수정하는 기능을 보다 효율적 또는 효과적으로 달성할 수 있는 부호화 방법을 연구하는 것이다.
다음 단계는 변조다. 변조는 신호에 전송하고자 하는 데이터를 싣는 과정이다. 변조에 대한 연구는 데이터의 전송효율을 높이거나 전송 시 에러가 발생하는 확률을 낮추는 방법들을 연구하는 것이다.
변조를 거친 후에는 전송이 이루어진다. 변조와 전송은 데이터를 전달하는 신호의 종류와 그 신호가 전파되는 매체와 밀접한 관련이 있는 부분이다. 데이터의 전송을 위한 새로운 물리적 신호의 개발 및 신호전달의 성능을 올리는 좋은 매체의 개발 등이 이 단계에 해당하는 연구의 예가 된다. 또한 전송방법에 있어서 하나의 매체를 여러 사용자가 동시에 사용할 수 있도록 하는 다중화(multiplexing) 기술도 중요한 연구주제 중 하나이다.
- (2) 프로토콜
프로토콜(protocol)이란 원래 외교상의 용어로서 '의례'를 의미하는 단어였다. 통신에서 프로토콜이란 성공적인 통신을 위해 송신자와 수신자 간에 반드시 지켜야 할 규약을 의미한다. 정보 통신에서 전송의 기본 단위인 패킷은 일반적으로 헤더 부분과 데이터 부분으로 이루어져 있다. 헤더에는 프로토콜이 요구하는 정보들이 들어가며 데이터 부분에는 전송하는 데이터가 들어간다. 헤더에 들어가야 하는 정보는 프로토콜에 따라, 그리고 통신의 단계에 따라 다른데 일반적으로는 송신자 주소, 수신자 주소, 패킷 길이, 에러 검출을 위한 계산 값, 그 외에 제어에 필요한 값 등이 해당된다. 일반적인 통신 프로토콜 이외에도 사용자의 신분을 인증하기 위한 인증 프로토콜, 전송채널의 암호화를 위한 보안 프로토콜 등 특수 목적을 위한 프로토콜들이 존재한다. 프로토콜 분야의 연구로는 특정한 서비스에 적합한 프로토콜을 설계하며 그 기능이나 성능을 검증하고 개선하는 연구뿐 아니라 프로토콜 설계 또는 검증 방법을 연구하는 프로토콜 공학도 있다.
정보 통신의 연구 분야[편집]
- (1) 이동통신
이동통신에서는 휴대전화망에 대한 연구를 한다. 현재의 휴대전화망은 셀룰러 기술을 기반으로 하므로 셀 설계 및 기지국 배치, 셀 경계를 지나갈 때 발생하는 핸드오버(handover)의 처리, 전파 음영지역을 최소화 하는 기술, 전원관리 기술, 안테나 기술, 채널의 다중접속 기술, 디지털 변복조 기술 등이 이동통신공학에서 주된 연구대상이 된다. 또한 현재 이동전화망 시스템을 구성하고 있는 기지국, 전송장치, 교환기, 사용자의 위치 등록 DB 등과 단말기 기술도 매우 중요한 연구대상이 될 수 있다. 그런데 후자의 경우 하드웨어와 관련된 기술들은 전자공학과, DB와 관련된 기술들은 전산공학과 영역을 공유하게 된다.
- (2) 위성통신
인공위성을 이용해 통신 서비스를 제공하는 것을 위성통신이라고 한다. 통신위성을 통해 제공하는 서비스로는 위성휴대전화, 항공기나 선박 등의 전화서비스, 국제전화회선, GPS(Global Positioning System) 서비스 그리고 위성방송 등이 있다. 위성통신에 필요한 기술로는 주파수가 수 GHz에서 수십 GHz 대역에 이르는 마이크로파의 전송관련 기술, 관련 안테나 기술 등이 있고 위성과의 통신에 사용되는 프로토콜이나 위성을 제어하고 추적하는 기술들이 중요하여 이에 대한 개선이나 관련된 새로운 방법의 제안들이 연구주제가 되고 있다. 위성통신의 운용을 위해서는 인공위성 자체나 그 발사체를 설계하고 제조하는 기술도 매우 중요하나 이는 정보통신공학과는 직접적인 연관성은 없다.
- (3) 무선통신
무선통신은 이동통신과 위성통신의 기반이 되어 어느 정도 중복이 될 수도 있으나 이동통신 및 위성통신 이외에도 순수한 무선 전송이나 무선 LAN 등 다양한 무선통신 분야가 존재하므로 별도로 다뤄야 하는 분야이다. 이 분야에는 이용하는 전파와 환경에 적합한 안테나를 설계하는 안테나공학, GHz 대역의 초고주파 신호를 처리하는 회로를 연구하는 초고주파회로공학, 무선 전송의 특성상 유선환경보다 발생하기 쉬운 오류를 검출하고 나아가 수정할 수 있는 능력을 제공하는 채널코딩 기술, 무선 전송의 효율과 수신율을 높여주는 변복조 방법에 대한 디지털 변복조 기술, 그리고 원거리까지 무선으로 전송하거나 무선의 특성상 신호가 닿지 않는 음영지역에 전송하는데 필요한 무선중계 기술 등이 무선통신에서 연구하는 분야들이다.
- (4) 컴퓨터 네트워크
인터넷이 존재하는 기반이 된 기술을 연구하는 분야이다. 컴퓨터 간의 연결에서 정보를 주고받는 데 필요한 프로토콜의 설계, 네트워크를 통해 패킷을 원하는 목적지까지 전달하는 라우팅, 컴퓨터 네트워크가 효율적으로 운영되도록 하는 네트워크 설계, 빠른 속도로 패킷들을 처리하는 고속 스위칭 및 라우팅, LAN을 인터넷에 연결해 주는 WAN 접속기술 등이 이에 속한다. 또한 컴퓨터 네트워크를 통해 제공하는 서비스들에 관련된 기술도 정보 통신 분야의 일부로 볼 수 있는데 이에는 웹서비스를 비롯한 각종 인터넷 서비스를 구현하는 프로그래밍 기술도 포함된다. 최근에는 스토리지 기술이 매우 중요해져서 SAN(Storage Area Network) 기술도 매우 각광받는 분야의 하나이다.
- (5) 정보 보호
정보 통신이 발달하면서 개인정보 유출 위험이 증가하게 되고 인터넷을 통한 금융거래가 활성화되면서 최근 보안은 매우 중요한 이슈가 되고 있다. 또한 기업이나 단체의 중요한 정보들을 전산화하여 관리하는 것이 보편화되면서 이런 정보들의 유출사고도 드물지 않게 발생하고 있다. 정보 보호 또는 정보 보안은 이런 위험에 대응하여 정보의 유출이나 변조를 막는 기술을 연구하는 학문이다.
구체적으로는 네트워크 기술을 이용해 침투하는 위험에 대응하는 네트워크 보안, 각종 서버에 침투하여 정보에 위해를 가하는 공격에 대응하는 서버 보안, 그리고 외부인이 쉽게 접속할 수 있는 웹서비스에 대한 보안을 연구하는 웹 보안 등이 정보 보안의 중요한 분야들이라고 할 수 있다.
정보 보안의 기반기술로는 암호화, 인증 프로토콜, 그리고 보안 프로토콜 등이 있다. 특히 암호화는 보안의 기초가 되는 기술로서 암호키를 이용해 대상정보를 암호화하는 것을 말한다. 사용자의 신분을 증명하는 인증 프로토콜이나 암호화키를 안전하게 배포하는 보안 프로토콜 등도 계속적인 연구가 이루어지고 있는 영역들이다.
- (6) 디지털 방송
지상파 TV 방송을 HDTV(High Definition Television)로 하기 시작하면서 TV 방송은 아날로그에서 디지털 방식으로 대전환이 이루어졌다. 위성방송과 DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 등은 그 이전에 디지털 방식으로 서비스를 제공해 왔으며 케이블 TV 및 IPTV 등도 디지털 방식으로 서비스가 이루어지고 있다. 디지털 방송은 아날로그 방송에 비해 동일 품질의 영상에 대해 송신전력이 적게 들고 잡음에 강하며 프로그램별로 시청자를 제한하여 방송이 가능하고 양방향 서비스가 가능한 장점이 있다. 디지털 방송을 위한 기술로는 고해상도를 위한 영상처리 및 디스플레이 기술, 고압축률 코덱 기술, 대용량데이터 전송 기술, 3D 방송 기술, 해상도별 서비스 제공 기술, 대화형 서비스 기술 등이 있으며 관련 학문에서는 이러한 기술들을 개발, 개선하기 위해 노력하고 있다.
- (7) 유비쿼터스 컴퓨팅
유비쿼터스(ubiquitous)란 라틴어에서 유래한 영어 단어로 '언제 어디서나 존재하는'이라는 의미이다. 따라서 유비쿼터스 컴퓨팅이란 ‘언제 어디에나 존재하는 컴퓨팅’이라는 의미를 갖는다. 이는 네트워킹과 컴퓨터 소형화 기술의 발전이 기반이 되고 있다. 스마트폰과 같은 모바일 컴퓨팅 장치들이 유비쿼터스 컴퓨팅 시대를 앞당기고 있다. 임베디드 시스템 및 웨어러블 컴퓨팅 등이 핵심적인 연구 분야들이며 스마트시계나 구글글래스 등이 구체적인 결과물이라고 볼 수 있다. 또한 유비쿼터스 컴퓨팅은 사물에 컴퓨터가 혼재되도록 하여 컴퓨팅이 일체화된 환경을 구현하는 것을 의미한다. RFID나 각종 센서장치 등이 이의 구현에 필수적이며 USN(Ubiquitous Sensor Network)도 이 분야의 중요한 연구주제 중의 하나이다.
유비쿼터스 컴퓨팅을 가능하게 하는 주요 기술 중 하나는 근거리 무선통신이다. 근거리 무선통신은 매우 가까운 거리에 있는 두 기기를 무선으로 연결해 주기 위한 기술을 말한다. 이와 같은 기능을 제공하는 전송기술로는 블루투스(bluetooth), NFC(Near Field Communication), IrDA(Infrared Data Association)와 Zigbee 등이 있다. 근거리 무선통신과 RFID나 스마트카드 같은 장치를 결합하여 근거리 내의 기기들 간의 통신이 유비쿼터스 컴퓨팅을 구현하는데 중요한 역할을 한다.
정보통신공학과[편집]
정보통신공학과(Department of telecommunication engineering)는 통신 기술 및 그 기반 기술에 대해서 연구하는 학과이다. 전기전자공학과와 마찬가지로 회로이론, 전자기학, 전자회로, 신호및시스템, 디지털회로 등의 기본 과목을 바탕으로 컴퓨터 네트워크 분야와 전파통신 분야를 양대 축으로 삼고 공부한다. 컴퓨터 네트워크 분야의 주요 과목으로는 운영체제, 네트워크 프로그래밍, 정보보안 등이 있고, 전파통신 분야의 주요 과목으로는 RF시스템, 안테나공학, 초고주파공학 등이 있다. 20세기에는 전파공학과라는 이름으로 많이 불렸다.
유사 전공으로는 전기공학과, 전자공학과, 컴퓨터공학과, 정보보호학과 등이 있다. 네트워크를 제외하면 대부분의 전공과목들이 전자공학과와 겹치고 전자공학의 세부전공에 가깝기 때문에 여러 대학들은 따로 정보통신공학과를 운영하지 않고 보통 전기공학과, 전자공학과, 전파공학과를 합쳐서 전기전자공학과로 통합해 커리큘럼을 운영한다. 미국에서도 정보통신공학은 전기공학, 전자공학, 컴퓨터과학 등을 하나로 묶은 EECS에서 다루는 것이 일반적이다. 한국에서는 GIST, DGIST등이 EECS학부로 운영중이다.
- 배우는 전공과목
아래에 있는 과목들 외에도 회로이론, 논리회로, 전자회로, 자료구조 등 전기전자공학과, 컴퓨터공학과와 겹치는 다른 과목들도 많이 배우지만 정보통신공학과가 특화되어 있는 통신 분야의 전공과목들이 정리되어 있다.
- 신호 및 시스템 - 연속 시간 신호와 LTI 시스템을 해석하고 설계하는데 필요한 분석 기법을 배우는 과목이다.
- 디지털신호처리(DSP) - Z-변환, DTFT, DFT, FFT, 디지털 필터, 샘플링 이론 등 이산 시간 시스템과 신호를 해석하고 처리하는데 필요한 지식을 배우는 과목이다. 선수과목으로 신호 및 시스템을 요구한다.
- 통신공학(통신이론) - 통신에서 사용하는 기초적인 변조, 복조 기술의 원리와 푸리에 변환을 사용해서 스팩트럼이 어떻게 생겼는지, 성능은 어떠한지 등을 분석하는 과목이다. 추가로 PLL, 수퍼헤테로다인 수신기, 주파수-전압 변환기 등의 원리에 대해서도 배우기도 한다.
- 확률 및 랜덤프로세스 - 랜덤한 신호 및 시스템을 해석하고 처리하기 위한 기본적인 지식인 랜덤 변수, 랜덤 벡터, 랜덤 프로세스 등의 확률 이론을 배우는 과목이다.
- 디지털통신 - 디지털 통신 시스템의 기본적인 원리를 이해하는데 필요한 이론을 배우는 과목이다. 샘플링 이론, 디지털 변조, 정합 필터, 펄스 성형과 나이퀴스트 ISI criterion, AWGN(Additive white Gaussian noise) 채널, MAP(maximum a posteriori) 디텍터와 ML(maximum likelihood) 디텍터, 이퀄라이저의 기초적인 컨셉 등을 배우면서 기본적인 디지털 통신 시스템의 흐름을 익히게 된다. 선수과목으로 랜덤 프로세스와 통신이론을 요구한다.
- 이동통신 - 실제 통신에 사용되는 다양한 알고리즘(해밍, CRC, 비터비 등)과 이동통신 채널의 모델링, 셀룰러 시스템, 다이버시티, MIMO, 다중화(FDM, TDM, OFDM, Spatial multiplexing), 스팩트럼 확산(FHSS, DSSS), 다중 접속(TDMA, FDMA, CDMA, CSMA/CA, OFDMA 등), 링크버짓 등의 이동 통신 이론을 배우는 과목이다. 선수과목으로 디지털 통신을 요구한다.
- 모바일컴퓨팅(이동컴퓨팅)
- 데이터통신
- 통신프로토콜
- 광통신공학
- 전자기학 - 전파공학의 필수과목.
- 초고주파공학 - 학교에 따라서는 마이크로파공학이라고도 한다. 각종 전자기기에 사용되는 필터 설계 방식[5], 임피던스 정합법 등을 배우는 과목
- 마이크로일렉트로닉스
- RF시스템
- 안테나 공학 - 안테나를 설계할 때 필요한 다양한 이론들을 배우는 과목.
- 전자파공학
- 레이더공학
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
