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신호
신호(信號)는 일정한 부호, 표지, 소리, 몸짓 따위로 특정한 내용 또는 정보를 전달하거나 지시를 할 수 있는 전달매체이다. 또는 그렇게 하는 데 쓰는 행동 또는 부호 등이다.[1]
개요
근거리의 동시 통신법으로는 언어나 몸짓이, 초거리(超距離)·초시간(超時間) 전달법으로는 문자가 사용되고 있지만, 신호는 보통 인간의 시청각이 도달하는 범위 내의 통신법이다.
사용하는 수단에 따라 시각적(영상) 신호와 청각적(음성) 신호로 나누어지는데, 전자는 빛·모양·색 등 시감(視感)을 이용한 것이고, 후자는 소리 등 청각(聽覺)을 이용한 것이다.
오늘날에는 어느 것이든 모스(Morse)신호 또는 철도신호 등과 같이 전기적 수단에 의하여 인간의 자연적인 가시가청범위(可視可聽範圍)를 넘는 신호통신이 가능하게 되었다.
시각적 신호
우리나라에는 고대로부터 독자적인 시각적 신호와 청각적 신호의 표현방식이 있었다. 먼저 시각적 신호로는 구석기·신석기시대의 동물 그림, 청동기시대의 암각화나 기하문, 그리고 조선시대의 봉수 등을 들 수 있다.
구석기시대에는 점말동굴이나 두루봉동굴에서 사람의 얼굴, 짐승의 모습 등을 그린 것을 볼 수 있는데, 이것은 초기 단계의 손짓·몸짓 신호가 좀 더 발달한 기록적 시각 신호이다. 또한, 불을 사용하여 신호의 수단으로 이용하였다.
신석기시대에는 상징적인 수법으로 여성을 상징하거나, 물고기의 그림 등을 새겨 영상 신호적 요소를 나타내고 있으며, 청동기시대에는 좀 더 발달한 형태로 기하문이나 암각화 등을 통해 그들의 의식과 나타내고자 하는 사물(고래·거북·사슴·범·곰 등)을 그려 원시적 영상 신호수단으로 사용하고 있었다고 한다. 이러한 원시적 방법에서 좀 더 발달한 것이 봉수신호이다.
봉수신호는 낮에는 연기, 밤에는 횃불을 올려 변경의 위급한 상황을 중앙에 알리는 통신수단이다. 봉수신호는 고려시대에도 실시되었으나, 조선시대에 완전한 체계가 이루어진다. 조선시대의 봉수신호는 정세의 형편에 따라 5코드방식으로서 오늘날의 전신이나 컴퓨터의 부호와 원리가 같은 것이다.
봉수신호는 인근 주민들은 물론 다른 진영의 군사들에게 정보를 신속히 전달하는 데 쓰였다.
이러한 봉수신호는 근대적 통신수단(전신·전화)이 도입되어 폐지되었지만, 의병들의 활동이나 항일독립투쟁에서 사용되어 그 명맥을 유지하였다고 볼 수 있다.
봉화 등의 발화수단으로 전달하는 신호는 고대·중세에 걸쳐 가장 널리 사용되어, 아메리칸 인디언이나 아프리카 남부의 원주민은 지금도 이 방법을 쓰고 있다.
형상에 의한 신호방식은 완목(腕木)의 위치 또는 구성에 따라 알파벳을 표시하는 완목신호가 있는데, 전신이 발달하기 이전의 유럽에서는 가시범위에 신호기를 배치해 두고 릴레이식으로 전달해서 도시 간의 통신으로 이용하였으며, 그 뒤에는 철도신호나 항만의 조류신호(潮流信號)에도 쓰이게 되었다.
근대에 들어와서는 수기(手旗)신호는 군대나 작업현장 등에서 많이 사용되고, 또 항해용 신호기는 19세기에 처음 만들어져 오늘날에도 만국 공통의 깃발신호가 선박 상호 간 및 육지 또는 항공기 사이에서 널리 이용되고 있다. 이 밖에도 도로·철도신호기·야간항해·비행 중에 쓰이는 등화의 점멸식 신호가 있다.
수기는 시각통신의 일종으로 간단한 근거리통신법이다. 항해 중이거나 항내에 정박 중인 선박끼리 또는 선박과 육지 사이에서 쓰이며, 한국식 수기신호와 국제간에 공용되는 세마포(semaphore)식 신호가 있다.
보통 오른손에 붉은 수기, 왼손에 백색 수기를 잡고 정해진 바에 따라 양팔을 동작시켜 통신문을 보내는데 수기가 없을 때에는 맨손으로 행하는 경우도 있다.
수기신호를 행할 때에는 먼저 보기 쉬운 곳에 국제신호기 J기를 게양해서 수기신호를 보내겠다는 의사를 표시한다. J기를 본 상대방은 즉시 회답기를 반쯤 게양한 뒤 수신준비가 완료되는 대로 그 기를 끝까지 높인다. 이 J기는 통신기간 중 게양된 채로 두며 통신이 끝나면 내리도록 되어 있다.
세마포식 신호법은 A부터 Z까지의 문자에 대하여 양팔로 그리는 동작이 규정되어 있으며, 그 밖에 '송신하겠다, 송신하라, 송신 끝, 해독하였다' 등을 뜻하는 여러 동작이 규정되어 있다.
한국식 신호법은 닿소리와 홀소리를 오른손에 붉은 수기, 왼손에 백색 수기를 들고 닿소리와 홀소리의 모양대로 양팔을 동작시켜서 통신문을 보낸다. 수기의 크기는 세로 33㎝, 가로 40㎝가 표준이며, 6배 쌍안경으로 약 2㎞, 송신속도는 1분간 55자가 기준으로 되어 있다.
청각적 신호
청각적 신호로는 자명고·에밀레종(봉덕사종)·신문고 등을 들 수 있다. 자명고는 「삼국사기」 권14 고구려본기의 낙랑공주와 호동왕자의 설화 속에 나오는데, 적의 내침을 자동적으로 알려주는 북으로, 낙랑의 보배였다. 이러한 자명고의 파괴는 고구려가 외세의 지배계급인 낙랑의 신호체계를 파괴하였다고 할 수 있다.
에밀레종(봉덕사종)은 신라 성덕왕의 명복을 빌기 위하여 경덕왕이 시작해서 혜공왕 때 완성한 국가적 주종(鑄鐘)사업으로 종을 타종함으로써 지옥중생을 구제한다는 의미를 가지고 있었다.
신문고는 1402년(태종 2) 왕이 직접 백성의 억울한 사정을 듣고 해결해 주기 위하여 궁궐 앞에 설치한 일방향적 신호수단이었다.
청각신호로 널리 사용되고 있는 북이 있다. 카메룬의 반투 니르루나 파푸아인 등은 북을 치는 횟수 또는 순서를 바꾸어 200 내지 300가지의 복잡한 내용을 나타낼 수가 있다고 한다. 또, 어떤 종족 중에는 휘파람 신호가 상당히 발달한 예도 있다.
중세 이후에는 북 외에 소라고둥·나팔·뿔피리·종·판목(板木)·딱다기 등의 신호가 각지에서 제 나름대로의 발달을 보였다. 근대의 대포·기적·사이렌 등의 신호가 바로 그 진화된 모습들이다.
공학적 의미의 신호
공학적 의미에서 신호란 '정보의 구체적인 표현'이라 할 수 있다. 따라서 정보를 포함하고 있는 모든 대상은 신호가 될 수 있다.
여기서 정보는 자연계의 모든 현상이나 존재 그 자체를 의미하지만 이는 매우 추상적인 표현이므로 정보 그 자체가 신호가 되는 것은 아니다. 따라서 어떤 현상이나 성질에 대한 정보를 구체적으로 표현하였을 때 비로소 신호라 할 수 있다.
그러나 좁은 의미에서의 신호란 '정보의 전달과정에서 수신자가 원하는 내용을 구체적으로 표현한 것'만을 지칭하며, 여기에서 수신자가 원하지 않는 신호 이외의 것을 잡음이라 규정한다. 또한, 수학적인 의미에서의 신호란 '하나 또는 그 이상의 독립변수를 가지는 함수'이다.
신호는 공간·시간·주파수함수로 표현할 수 있지만, 보통 시간함수로 나타낸다. 여기서 신호와 함수의 근본적인 차이는 양자의 수식적 표현은 동일하지만 함수는 특별한 물리적 의미를 가지지 않는 데 비하여 신호는 구체적인 물리적 의미를 가진다는 것에 있다.
신호는 연속신호(analog discrete)와 디지털신호(digital signals), 주기신호와 비주기 신호, 전력신호와 에너지신호, 결정신호와 랜덤신호 등으로 분류할 수 있다.
연속신호는 연속적인 시간범위에서 정의되는 신호로서 일명 아날로그신호라고도 한다. 이산신호는 이산적인 시간에서 정의되는데, 일반적으로 그 진폭은 일정하지 않으며 연속신호를 표본화(標本化)하여 얻을 수 있다.
따라서 연속신호와 펄스함수를 곱한 상태이다. 따라서 디지털신호는 항상 유한 개의 디지트를 가지는 수의 열로 표현이 가능하다.
이산신호와 디지털신호의 차이는 이산적인 시간에서 정의된다는 점은 동일하나 디지털신호가 반드시 양자화과정을 거치기 때문에 진폭이 일정하다는 데 있다. 주기신호는 같은 파형이 주기적으로 반복되는 신호를 말하고 비주기신호는 같은 파형이 반복되지 않는 신호를 말한다.
결정신호는 신호의 독립변수(시간)의 값이 주어지면 이에 따라 신호의 종속값(진폭·위상)이 완전히 결정되는 신호이며, 랜덤신호는 일정 순간의 값이 불확실하여 신호가 발생하기 전까지는 정확히 그 값을 알 수 없는 신호를 말한다. 따라서, 랜덤신호는 일반적으로 간단한 수식으로 표현할 수 없으며, 확률이론을 통해서만 값을 측정할 수 있다.
신호해석이란 대상신호의 성질을 규명하고 그 의미를 파악하는 것이다. 성질을 규명하기 위해서는 시간 영역보다는 주파수 영역에서 파악하는 것이 용이하므로 퓨리어 변환을 시행하는 것이 중요한 과제이며, 이 과정 자체를 신호해석이라 할 때도 있다. 또한, 통신시스템에서 볼 때는 신호해석은 잡음이 섞여 있는 신호에서 원하는 신호를 추출해 내는 과정을 말한다.
원하는 신호를 추출하기 위해서는 잡음을 제한시키거나 증폭 등의 과정을 거쳐 신호를 검출하고 검출된 신호를 다른 형태의 신호로 변환하거나 신호의 특징을 규명할 수 있는 특성모수(parameter)를 추정하여 이를 기초로 신호만을 찾아낸다.
이와 같이 원하는 신호를 추출하기 위한 제반처리과정을 신호처리라 한다. 이러한 신호처리과정은 여러 가지 형태로 응용될 수 있다.
음성통신시스템, 텔레비전방송, 전신, 데이터통신과 원격측정(telemetering), 레이더와 소나(SONAR:음파를 사용, 수중 물체의 탐지·수심 측정 등을 행하는 방식의 총칭), 우주선의 비행물체의 항법유도장치, 제조공정제어, 원격진단, 문자나 패턴의 자동인식, 영상이나 음성처리와 인식, 소립자검출, 전파천문학 등 거의 모든 분야에서 신호처리시스템이 기본을 이룬다.
응용 목적에 따라 에너지의 형태변화만 다를 뿐이다. 신호처리는 대상신호의 형태에 따라 아날로그신호처리와 디지털신호처리로 분류할 수 있다.
1950년대까지는 신호를 해석하기 위한 수단으로서 아날로그장치를 통한 아날로그신호처리를 이용하였다. 그러나 1960년대 디지털컴퓨터의 보급으로 연속신호를 이산신호로 바꾸어 처리하게 되었는데, 이를 디지털신호처리라 한다.
디지털신호처리는 종전의 아날로그신호처리에 비하여 복잡한 신호처리에 용이하며, 아날로그 하드웨어를 구성하기 전에 모의실험(simulation)이 가능하다는 점과, 또한 컴퓨터의 저장능력과 융통성에 따르는 여러 가지 장점이 있다. 디지털신호처리 분야는 크게 디지털필터와 스펙트럼해석으로 나눌 수 있다.
디지털필터는 유한임펄스응답필터와 무한임펄스응답필터로 세분되며, 스펙트럼 해석 분야는 변환을 이용하는 방법과 통계적인 방법을 이용하는 경우로 나눌 수 있다. 디지털신호처리의 응용 분야는 전자공학뿐만 아니라 지진학·의학·음향학·물리학에 이르기까지 다양하다.
전자와 통신 분야에서는 주파수 및 시분할 다중화와 문자인식·영상인식·음성인식·레이더·소나 등에도 응용하며, 통계적으로 신호를 해석하는 방법에는 상관함수·자동회귀·이동평균 등이 이용된다.
지금까지 주로 결정함수만을 대상으로 신호해석을 해왔으나 통계적 방법으로 신호해석을 하는 경우까지를 포함하였을 때를 현대 신호해석이라 한다. 신호처리 분야에 디지털 하드웨어기술을 응용하는 데 관심을 가지기 시작한 것은 제2차세계대전 직후였다.
그러나 당시의 기술로는 가격·크기·신빙성에 있어서 아날로그필터나 아날로그 스펙트럼해석기술보다 훨씬 불리하였기 때문에 디지털신호처리방식이 적용되지 못하였다. 1950년대에는 통계적 개념과 Z변환을 이용한 디지털필터의 이론과 실현가능성에 대한 연구가 이루진 바 있다.
한편, 제어문제나 저주파지진의 신호처리 문제에 대한 확실한 이론이 나온 것은 1960년대 중반이었으며, 이후 집적회로의 기술향상과 더불어 급속한 발전을 이루게 되었다. 1965년에 쿨리-터키(Cooley-Turkey)는 고속퓨리어변환 알고리즘을 발표하였다.
고속퓨리어변환(FFT) 알고리즘은 이산퓨리어변환(DFT) 알고리즘에서 소요되는 연산시간을 크게 감소시키는 획기적인 방법이었으며, 아날로그 스펙트럼해석에 비하여 디지털해석이 얼마나 경제적인가를 보여주는 것이었다. 이 FFT알고리즘의 등장 이후 디지털신호처리는 급속한 발전을 이룩하게 되었다.
조난・구조 신호
- SOS
무선 전신에서 공통으로 사용되는 조난신호다. 1952년 아르헨티나 부에노스아이레스 국제전기통신조약 부속 무선규칙에 의해 세계 공통의 조난신호로 규정되었다.
무선 전신이 시작되었을 때에는 조난신호로 CQD(CQ-Distress)를 사용하였다. 그러나 CQD는 모스 부호가 복잡하고 통신 상황에 따라 수신이 어려운 경우가 많아, 1906년 국제무선전신회의에서 SOS로 대체되었으며, 1908년부터 정식 사용되고 있다.
공식적으로 유명한 SOS 신호는 타이타닉호의 조난신호이다.
SOS 신호는 모든 무선 통신에서 최우선권을 지니는 통신이며 해당 신호가 수신되면 인근 지역을 항해 중인 모든 선박은 구조활동을 위한 최선의 방안을 세워야 한다. 이것은 의무라서 수신신호를 무시하고 그냥 지나갔다가는 나중에 법적으로 처벌받을 수도 있다. 대한민국에서는 전파법에 따라 200만원 이하의 과태료 및 2년 이하의 운용정지를 부과받을 수 있다.
그러나 SOS 신호는 점차 메이데이(무선전화)나 기타 GMDSS 장비의 조난신호에 입지를 밀려 서서히 사라지는 추세로, 실제 2005년 이후부터 갈릴레오 프로젝트에 속하는 GNSS[2] 위성을 제외하면 이 신호는 공식적으로 처리되지 않기로 했다.
- 메이데이(Mayday)
메이데이는 무선 전송 원격 통신(voice-procedure radio communications)에서 조난신호(distress signal)로 쓰이는 국제적인 긴급 신호이다. 구조 요청 시 세번 반복하게 규정되어 있다.
1923년 런던의 크로이든 공항의 항공 무선사였던 프레드릭 스탠리 먹포드(Frederick Stanley Mockford, 1867-1962) 가 착안해낸 것으로, 항공기 위급상황 시, 조종사나 지상 근무자 모두에게 응급상황임을 알릴 수 있는 용어를 고민했는데, 이 호출신호가 바로 메이데이(Mayday)라는 콜사인이었다.
최초에는 당시 항공 교통량이 많았던 영국 크로이든(Croydon) 공항과 프랑스의 부르제(Le Bourget) 공항 구간에서만 사용되었던 것이 점차 그 활용이 확대되어 전세계 항공교통의 보편화된 용어로 자리잡게 되었다.
현재에는 항공교통뿐만 아니라 경찰, 비행기 조종사, 소방수, 운송 기관 등 여러 단체에서 생명이 위급한 상황에 쓰는 만국공통의 국제적인 구난 요청신호중 하나이다.
영어로 May day를 띄어 쓸 경우 노동절이란 뜻이다. 구조신호 Mayday는 띄지 않고 붙여 쓴다.
각주
참고자료
같이 보기
