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2021년 1월 28일 (목) 15:57 판
무선통신(無線通信, wireless communications)이란 선(線, line)을 사용하지 않고 전파를 사용하여 원거리의 통신체에 데이터 정보를 전달하는 통신기술을 말한다. 반대말은 유선통신이다.
목차
개요
무선 통신은 전자기파를 이용한 통신 방법으로, 사람의 목소리 등 일반신호를 고주파와 합성하여 전파를 통해 전송한다. 수신 측은 고주파 신호를 처리하여 원래 신호로 바꾼다. 단방향 통신과 양방향 통신이 있는데, 단방향 통신은 라디오 주파수(Radio Frequency, RF)로 정보를 전파로 변조하여 전력 증폭기를 통하여 송출하고, 수신 측은 복조하여 정보를 수신한다. 양방향 통신은 송신 주파수(Transmit Frequency, TF)와 수신 주파수(Receive Frequency, Rx)를 별도로 두어 동시에 송수신한다.[1] 무선통신은 이동성이 뛰어나기 때문에 이동 중에도 사용이 가능하고, 가입 후 설치 절차 없이 개통이 가능하다. 하지만 유선 통신에 비해 통화 품질이나 데이터 전송속도가 떨어지며, 기지국 또는 액세스 포인트까지는 무선이지만, 기지국이나 다른 지역과의 연결은 대부분 유선통신의 도움이 있어야 한다.[2] 무선통신은 전자기파를 이용하는 방식과 음파를 이용하는 방식으로 나눌 수 있다. 우리가 대부분 산업에서 사용하는 무선 통신은 전자기파를 이용한 통신 방식이다. 음파를 이용하는 통신은 일상생활에서 우리가 대화할 때 이외에는 쓰이는 경우가 크게 없다. 통신이 아닌 음파의 응용으로는 보통 초음파진단이나, 초음파 비파괴 검사, 수중 음파탐지, 박쥐와 돌고래의 음파 통신 및 탐지 등이 있다. 전자기파도 x-lay나 투사전자현미경 등에서 탐지를 위해 사용한다.[3]
역사
1864년 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 전자기파가 대기 중에서 전파된다고 예측하였고, 이를 패러데이(Michael Faraday)의 고찰에서 출발하여 유체역학적 모델을 사용해 수학적 이론을 완성하였다. 맥스웰방정식(전자기방정식)을 도출하여 전자기파의 존재를 증명했다. 1888년 하인리히 루돌프 헤르츠(Heinrigh Rudolf Herts)가 실험을 통해 라디오 파를 주고받음으로 실제 존재를 입증하였고, 1895년 이탈리아의 물리학자인 굴리엘모 조반니 마리아 마르코니(Guglielmo Giovanni Maria Marconi)는 헤르츠의 전자기파 이론에 기초하여 실험하였다. 짧은 거리에서 예비실험을 한 후 코히러를 개량하고, 안테나를 사용하여 신호 전달범위를 증가시켜 무선 전신 장치를 발명했다. 1899년 마르코니의 무선 통신을 이용해 영국에서 등대선 조난 구제에 처음으로 성공하였다.[4][5]
종류
이동통신
사용자가 단말기를 통해 음성이나 영상 등을 이동 중에도 통신할 수 있도록 이동성이 부여된 무선 통신 기술이다. 이동 통신을 구성하는 네트워크는 크게 코어 네트워크(Core Network)와 액세스 네트워크(Access Network)로 구분된다. 코어 네트워크는 가입자의 번호, 가입자의 현재 위치와 같은 정보를 관리하는 기능과 유선 전화망 서비스와 연결하는 기능, 다른 부가 서비스의 제공을 위한 서버의 기능으로 크게 세 가지 기능을 수행한다. 액세스 네트워크는 가입자와 직접 연결되는 네트워크로, 가입자의 번호 처리, 서비스의 연결과 정보의 송수신 기능을 담당한다. 이동 통신 시스템은 낮은 전력의 소모와 주파수의 효율성, 전송 품질 등을 고려해야 한다.[6][7] 1세대 이동 통신은 흔히 아날로그 이동통신이라 부른다. 음성을 전송하기 위해 사용하는 주파수 변조(FM) 방식이 아날로그이기 때문이다. 통화에 혼선이 생기고, 주파수도 효율적으로 관리하지 못한다는 단점이 있다. 2세대 이동 통신은 음성통화 외에 문자메시지나 이메일 등의 데이터 전송이 가능해졌다. 3세대 이동 통신은 휴대폰을 통해 음성, 문자를 비롯하여 무선인터넷을 통해 비디오, 양방향 통신 등을 다운로드받아 볼 수 있게 되었다. 음성 데이터와 비음성 데이터를 모두 전송할 수 있게 되었다. 4세대 이동통신은 정지 중에는 1Gbps, 이동 중에는 100Mbps의 속도를 낸다고 정의되어있지만, 초광대역 인터넷 접속과 아이피 전화, 게임 서비스 및 스트리밍 멀티미디어를 제공한다. 5세대 이동 통신은 초고화질 영상이나 입체영상, 홀로그램 등 대용량 데이터 전송을 위해 최고 전송 속도가 초당 1기가바이트인 이동통신 서비스다.[8]
위성 통신
지구를 선회하는 궤도 위에 발사된 인공위성을 중계하여 행하는 무선 통신으로, 인공위성에 탑재된 중계기는 지상 장거리 통신에서 중계국과 같이 지상의 지구국에서 송신한 전파를 수신하고, 증폭하여 하나의 지구국 또는 복수의 지구국으로 송신한다. 위성 통신은 하나의 위성이 중계할 수 있는 통신 구역의 광역성과 전송 거리와 비용의 무관계성, 지리적 장애의 극복과 통신 품질의 균일성 및 내재해성, 고주파 대의 전파 사용에 따른 고속 전송의 가능성 그리고 여러 지점으로 동시에 같은 정보를 분배할 수 있는 통신과 회선을 설정할 수 있는 다원 접속의 가능성, 지구국을 이동 시켜 어디에서나 자유롭게 신속하게 회선을 설정할 수 있게 하는 이동 통신 기지국의 기능 등의 특징이 있다.[9]
레이더
전파를 이용하여 목표물의 거리와 방향, 각도 및 속도를 측정하는 감지 시스템이다. 레이더(RADAR)는 Radio Detection And Ranging이다. 레이더는 강한 전자기파를 발사하여, 물체에 반사되어 돌아오는 전자파를 분석하여 대상물과의 거리를 측정한다. 레이더에 파장이 긴 저주파를 사용하면 전파의 감쇄가 적어 먼 곳까지 탐지할 수 있지만, 정밀한 측정이 되지 않는다. 반대로 파장이 짧은 고주파는 공기 중에 포함되는 수증기, 비, 눈 등에 흡수 또는 반사되기 쉽기에 먼 곳까지 탐지하지 못하지만, 정밀하게 측정이 가능하다.[10]
안테나
특정 영역 대의 전자기파를 송수신하기 위한 변환 장치로, 양방향으로 작동한다. 라디오 주파수대의 전기 신호를 전자기파로 바꾸어 발신하거나 전자기파를 전기신호로 바꾸는 역할을 한다. 공명의 원리로 작동하는 공명 안테나(Resonant Antenna)는 안테나의 바가 공명하면 공급되는 신호를 방출한다. 다이폴 안테나(Dipole Antenna)와 패치 안테나(Patch Antenna), 야기 안테나(Yagi Antenna)가 공명 안테나인데, 다이폴 안테나가 가장 기본적인 형태로, 신호가 작동하려면 두 극의 길이가 신호 파장의 절반이 되어야 한다. 패치 안테나는 마이크로 스트립 기판 위에 네모 혹은 원형의 금속 패턴으로 구성되어 있다. 유동적인 패턴 조합과 배열을 통해 다양한 특성 구현이 가능하지만, 대역폭을 넓히기 어렵고, 커플링을 많이 유도하여 고출력의 장비에 사용하기 어렵다. 야기 안테나는 텔레비전 시청 용도로 많이 사용했다. 구멍을 통해 전자기파를 방출하는 조리개 안테나(Aperire Antenna)는 방사 패턴이 조리개의 크기와 모양에 따라 다르다. 대표적인 안테나에는 혼 안테나(Horn Antenna)가 있다. 혼 안테나는 열린 면의 크기가 파장에 비례하여 낮은 주파수에서 크기가 너무 커서 사용하기 어렵고, GHz 단위 이상의 높은 주파수에서 사용한다.[11]
RFID
Radio Frequency IDentification의 약자로, 무선으로 단말기의 ID를 식별하는 기술이다. RFID는 태그와 리더로 이루어지는데, 태그와 리더의 루프 안테나 사이에 전자기 유도를 통해서 리더가 태그의 데이터를 액세스한다. 단말기 전원을 필요로 하는 액티브 방식과 전원이 필요 없는 패시브 방식이 있다. 액티브 RFID는 자체적인 무선 신호를 발생시킬 수 있어, 더 긴 거리로 데이터를 전송할 수 있다. 하지만 가격대가 비싸고, 수명이 짧다. 하이패스에 주로 사용된다. 반면에 패시브 RFID는 안테나로 포착된 신호로부터 에너지를 가져올 수 있어, 거리는 제한적이지만 태그를 저렴하게 만들 수 있다. 주로 RFID 태그에 사용된다. RFID 태그로 RFID가 보내는 전파로부터 에너지를 얻어 전원으로 사용하고, ID 정보를 다시 전파로 보내면 리더가 정보를 읽는다.[12][13] RFID는 125~134kHz의 장파(Low Frequency, LF), 13.56MHz의 고주파(High Frequency, HF), 856~960MHz의 극초단파(Ultra High Frequency)를 사용한다.[14]
근거리 무선 통신
Near Field Communication의 약자인 NFC라고 한다. RFID의 토대적인 기술을 향상하고, 디바이스 간에 더 유연한 통신을 가능하게 한다. 고주파 RFID와 같은 주파수를 사용한다. 주로 결제용 또는 스마트폰끼리의 무선 연결로 사용된다. 5~10cm 정도의 비교적 짧은 거리에서만 사용할 수 있고, 디바이스가 리더가 될 수 있고, 태그될 수 있다. 즉, 통신이 양방향으로 피어 투 피어(Pear-to-Pear)가 가능하다. RFID보다 보안이 더 우수하여 비접촉 지불, 출입 제어, 보안을 중요하게 요구하는 애플리케이션에 사용할 수 있다.[12][13]
근거리 자기 유도
Near Field Magnetic Induction의 약자인 NFMI는 무선통신을 가능하게 하는 전자기파가 전기장과 자기장이 서로 직각을 이루며 전파를 하게 된다. 전파가 아닌 자기장의 변화를 통해 유도하거나 유도되는 전기 신호를 송수신하는 방법으로, 멀리 전파되는 성질이 없기 때문에 근거리 통신용이다. 이 방법은 주로 아날로그 신호를 자기유도 하는 용도로 사용되고 있으며, 보청기의 텔레 코일을 이용하여 전화 수화음을 보청기로 직접 듣게 하는 기술과 무선 이어폰이나 헤드셋에서 사용된다. 근거리보다 확장하려면 앰프를 사용하여 청력 루프(Hearing Loop)를 설치하는 방법도 있다.[12]
블루투스
컴퓨터와 주변 기기, 헤드셋, 휴대폰과 이어폰, 키보드 등과 유선 연결을 대신에 하여 무선으로 연결을 가능하게 해주는 무선 통신 규약이다. 즉, 유선 유에스비 케이블을 대체한 것이다. 원래 블루투스는 서로 가까이 자리 잡고 있는 디바이스들을 유선 연결을 대체하기 위한 용도로 개발되었다. 와이파이처럼 2.4GHz 주파수 대역을 사용하는데, 와이파이보다 더 짧은 거리와 더 낮은 데이터 속도가 있어야 하는 애플리케이션을 겨냥해서 개발되었다. 최근에는 블루투스가 에너지 소모가 낮다는 점에서 사물인터넷(IoT) 디바이스의 통신 기술로 인기를 끌고 있다.[12][13]
와이파이
무선 근거리 통신망(WLAN)을 형성하고, 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿, 스마트홈 기기 등 전자기기를 연결할 수 있다. 모든 디바이스들이 중앙 액세스 포인트를 통해서 통신할 수 있고, 무선 근거리 통신망(WLAN)을 다시 인터넷으로 연결할 수 있다. 또한 와이파이는 액세스 포인트를 거치지 않고 직접적으로 디바이스들 사이에 애드혹 네트워크를 형성할 수 있다. 와이파이는 2.4GHz와 5GHz 두 가지 주파수 대역을 사용한다. 실내 거리는 최고 30m까지 이를 수 있지만, 벽이나 장애물로 인해 제한된다. 또한 동일한 주파수 대역을 사용하는 다른 디바이스들로부터 간섭이 거리를 떨어뜨리는 또 다른 방해 요인이다.[13]
지그비
저에너지 무선 전파를 사용하여 특정 장치가 서로 통신할 수 있도록 하는 무선 통신 프로토콜이다. 소규모 무선 네트워크를 만들 수 있는데, 각 라우터를 개별적으로 연결할 필요 없이 서로 공통된 통신언어를 사용한다. 이를 위해서 인터넷에 연결되고, 연결된 장치 간에 신호를 분배하는 브릿지 또는 허브 장치를 사용해야 한다. 지그비(ZigBee)는 동일한 네트워크에 많은 장치가 연결되어 있으면, 매우 중요한 네트워크 포화를 피하는 데 도움이 된다. 와이파이(WiFi) 또는 블루투스(Bluetooth)보다 간단하고 저렴하며, 낮은 에너지를 소비한다. 하지만 다리 역할을 하는 장치를 사용해야 하고, 전송 거리가 더 짧다. 지그비 무선 연결 프로토콜은 저전력 소비가 필요하고, 큰 데이터 전송속도가 필요하지 않은 응용 프로그램을 위한 것이다. 가정용 경보 시스템, 조명 스위치, 온도 조절기, 산업용 제어 시스템 등에 사용된다.[13][15]
Z 웨이브
1999년 덴마크 회사 Zensys가 코펜하겐에서 개발해낸 기술이다. Z 웨이브는 라디오 주파수(Radio Frequency, RF)를 사용한 양방향 단체 네트워크 통신 기술이다. 900MHz의 주파수 대역을 사용하기 때문에 와이파이나 블루투스와는 전파적 충돌이나 간섭이 없다. 지그비와 Z웨이브는 메쉬 네트워크 시스템으로 작동하지만, 지그비는 공개 프로토콜이고, Z 웨이브는 비공개 프로토콜이라는 차이가 있다. 또한, 지그비보다 전력효율이 더 뛰어나고, 높은 투과율을 가지고 있으며, 전송 범위가 더 넓다. [15][16] 주로 보안 시스템, 온도 조절 장치 등과 같은 주거용 기기 및 기타 장치의 무선 제어에서 쓰인다.[17]
활용
- 디지털 키 모듈
차량에 탑재해 자동차와 스마트폰 간 무선 데이터 송수신을 가능하게 하는 통신 부품이다. 디지털 키는 스마트폰을 이용하여 차 문을 열고 잠그거나, 시동을 걸 수 있는 차세대 자동차 키이다. 디지털 키는 애플리케이션을 통해 다른 사람에게 빌려줄 수 있고, 트렁크 개폐 등 특정 기능만을 허용할 수 있다. 열쇠를 들고 다닐 필요가 없어 자동차 키를 잃어버릴 염려가 없고, 스마트폰이 자동차 내부에 있어야 운전할 수 있어 차량 도난 위험이 적다. LG이노텍이 개발한 디지털 키 모듈은 근거리 무선 통신 기술인 초광대역(Ultra Wideband, UWB) 기술과 독자적인 알고리즘을 적용하여 위치 인식 정확도를 높였다.[18]
- 공유 자전거
경기도 수원시에 공유 자전거 타조(TAZO)는 무선통신과 위성항법 시스템(GPS) 기술을 적용하여 태여 서비스를 위한 거치대 없이 이용할 수 있다. 위치추적 기술로 자전거의 위치가 파악되고, 사물인터넷(IoT) 기술로 사용자들이 스마트폰으로 쉽게 대여하고 반납할 수 있다.[19] LG유플러스는 서울시가 운영하는 공유자전거 서비스 ‘따릉이’에 ‘LTE-M1’ 통신기술을 제공하여 단말기의 관리 효율을 높일 수 있도록 했다. LTE-M1은 LTE 주파수를 이용하여 데이터를 전송하는 무선 통신 기술이다. 전력 소모량이 적어 수년간 사용할 수 있고, 이동 중이나 건물 안, 지하에서도 데이터 송수신이 가능하다.[20]
- 갤럭시 스마트태그
갤럭시 기기 외에 반려동물이나 열쇠 등 통신 기능이 없는 것들에 부착하여 위치를 간편하고 쉽게 확인할 수 있도록 도와주는 모바일 액세서리다. 저전력 블루투스(BLE) 기술을 활용해 위치 정보를 스마트폰에 표시해주는 디바이스이다. 네트워크 연결이 끊어진 오프라인 상태에서도 주변 다른 갤럭시 스마트폰 또는 태블릿의 도움으로 소중한 것들을 찾을 수 있도록 해준다. 가까이 있지만 보이지 않을 때 신호음을 내어 사용자가 쉽고 빠르게 찾을 수 있도록 해주고, 스마트폰을 분실했을 때 스마트태그의 버튼을 눌러 스마트폰에서 알림음이 울리도록 할 수 있다.[21]
각주
- ↑ 전병현, 〈무선통신이란?〉, 《KINX》
- ↑ 왕눈이, 〈유선통신과 무선통신의 장단점〉, 《네이버 블로그》, 2011-04-10
- ↑ 곽동현 IMCOMKING, 〈무선 통신의 원리〉, 《티스토리》, 2015-08-10
- ↑ 민현 단, 〈네트워크 역사와 종류〉, 《SlidePlayer》
- ↑ 〈굴리엘모 마르코니〉, 《위키백과》
- ↑ 〈Mobile Telephone, Mobile Telecommunication 이동 통신, 이동 전화, 모바일, 휴대 전화〉, 《정보통신기술용어해설》
- ↑ 〈이동 통신〉, 《위키백과》
- ↑ 카스피 〈이동통신 세대별 특징〉, 《알라딘 블로그》, 2019-04-20
- ↑ 〈위성 통신〉, 《정보통신용어사전》
- ↑ 〈레이다〉, 《위키백과》
- ↑ 통클, 〈안테나란?-안테나종류와 편파〉, 《티스토리》, 2020-08-28
- ↑ 12.0 12.1 12.2 12.3 퓨처메인 주식회사, 〈무선통신이란 무엇일까〉, 《네이버 블로그》, 2019-08-14
- ↑ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 김동원 기자, 〈(Technical Report) 무선 통신 기술: 현재 기술과 새롭게 각광받는 기술〉, 《헬로티》, 2020-09-09
- ↑ 골드문트, 〈무선통신, RFID, NFC, NFMI, Bluetooth에 관하여〉, 《네이버 블로그》, 2017-09-01
- ↑ 15.0 15.1 매트 밀스, 〈WiFi, Bluetooth, Zigbee 및 Z-Wave: 차이점 및 기능〉, 《ITIGIC》, 2020-02-21
- ↑ H.J.World, 〈Z-WAVE 통신이란(IoT 통신기술)〉, 《티스토리》, 2020-01-29
- ↑ 〈Z-Wave〉, 《위키백과》
- ↑ 김연균 기자, 〈차량용 ‘디지털 키 모듈’, 초광대역 통신 기술 적용〉, 《정보통신신문》, 2021-01-25
- ↑ 배한님 기자, 〈KT, 무선통신 적용한 수원시 공유자전거 ‘타조(TAZO)’ 서비스 시작〉, 《뉴스토마트》, 2020-09-21
- ↑ 박상우 기자, 〈서울 공유자전거 따릉이, LG유플러스 통신기술로 더 편리해진다〉, 《M오토데일리》, 2020-07-15
- ↑ 박정훈 기자, 〈물건 분실 걱정 덜어주는 스마트 기술, 삼성‘갤럭시 스마트태그’〉, 《이코노믹리뷰》, 2021-01-18
참고자료
- 전병현, 〈무선통신이란?〉, 《KINX》
- 왕눈이, 〈유선통신과 무선통신의 장단점〉, 《네이버 블로그》, 2011-04-10
- 곽동현 IMCOMKING, 〈무선 통신의 원리〉, 《티스토리》, 2015-08-10
- 민현 단, 〈네트워크 역사와 종류〉, 《SlidePlayer》
- 〈굴리엘모 마르코니〉, 《위키백과》
- 〈Mobile Telephone, Mobile Telecommunication 이동 통신, 이동 전화, 모바일, 휴대 전화〉, 《정보통신기술용어해설》
- 〈이동 통신〉, 《위키백과》
- 〈위성 통신〉, 《정보통신용어사전》
- 〈레이다〉, 《위키백과》
- 통클, 〈안테나란?-안테나종류와 편파〉, 《티스토리》, 2020-08-28
- 퓨처메인 주식회사, 〈무선통신이란 무엇일까〉, 《네이버 블로그》, 2019-08-14
- 김동원 기자, 〈(Technical Report) 무선 통신 기술: 현재 기술과 새롭게 각광받는 기술〉, 《헬로티》, 2020-09-09
- 골드문트, 〈무선통신, RFID, NFC, NFMI, Bluetooth에 관하여〉, 《네이버 블로그》, 2017-09-01
- 매트 밀스, 〈WiFi, Bluetooth, Zigbee 및 Z-Wave: 차이점 및 기능〉, 《ITIGIC》, 2020-02-21
- H.J.World, 〈Z-WAVE 통신이란(IoT 통신기술)〉, 《티스토리》, 2020-01-29
- 〈Z-Wave〉, 《위키백과》
- 김연균 기자, 〈차량용 ‘디지털 키 모듈’, 초광대역 통신 기술 적용〉, 《정보통신신문》, 2021-01-25
- 배한님 기자, 〈KT, 무선통신 적용한 수원시 공유자전거 ‘타조(TAZO)’ 서비스 시작〉, 《뉴스토마트》, 2020-09-21
- 박상우 기자, 〈서울 공유자전거 따릉이, LG유플러스 통신기술로 더 편리해진다〉, 《M오토데일리》, 2020-07-15
- 박정훈 기자, 〈물건 분실 걱정 덜어주는 스마트 기술, 삼성‘갤럭시 스마트태그’〉, 《이코노믹리뷰》, 2021-01-18
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