I-1. 전파와 주파수

I-1. 전파와 주파수

마르코니가 역사적인 무선전신의 대서양 횡단에 성공한지 100년이 지난 지금, 무선통신은 우리 생활의 필수적인 통신 수단으로 자리잡을 정도로 비약적인 발전을 거듭했다. 현재 우리 나라의 이동전화 가입자수는 3200만 명을 넘어섰으며, 1x EV-DO(1x Evolution Data Only) 기술의 도입으로 VOD(Video On Demand) 서비스가 제공되고 있고 조만간 화상 전화 서비스도 개시될 예정이다. 100년 전의 마르코니도 오늘날 무선통신이 이렇게 발전되리라고는 미처 생각하지 못했을 것이다.

 

전파란 무엇인가를 살펴보기 이전에 우리 주변에 전파를 이용한 기기들이 어떠한 것들이 있는지 알아보자. 가장 대표적인 것으로는 일명 휴대폰이라고 불리는 이동전화가 있다. 또한 이동전화 시대가 본격적으로 열리기 이전인 1980년대에 사용되었던 무선호출기도 있다. 가정에 하나쯤 있을 법한 900MHz 무선 전화기도 전파를 사용한 것이며, PC(Personal Computer)의 적외선 통신(IrDA : Infra red Data Access)도 주파수가 매우 높은 적외선 대역을 이용하는 무선통신의 일종이다. 전자레인지 역시 마이크로웨이브를 사용하는 것이며 생활 무전기, 라디오, TV 등 종류를 들자면 끝이 없을 정도이다. 그렇다면 이러한 수많은 기기들을 동작하게 하는 전파라는 것은 도대체 무엇일까?

전파의 사전적인 정의는 "인공적 매개물이 없이 공간에 전파하는 3,000GHz 보다 낮은 주파수의 전자파"이지만 좀더 넓은 의미의 전파는 "무선통신에 사용되는 무선 주파수를 포함하여 적외선, 가시광선, 자외선, X선, 우주선 등을 총칭하는 것"이라고 할 수 있다. 주파수라는 것은 전파가 움직이는 보이지 않는 길이며, 전파의 특성에 따라 파장 또는 진동수를 기준으로 정한 이용자의 약속이다. 주파수의 단위는 "Hz"를 사용하며 1Hz는 1초 동안 1번 진동한 것을 말한다.

 

 

주파수와 파장은 간단한 수식으로 표현할 수 있는데 아래와 같다.

 

 

위 수식에서 파장은 주파수에 반비례 함을 알 수 있다. 즉 파장이 길다(장파)라는 의미는 주파수가 낮다는 의미이고 파장이 짧다(단파)는 것은 주파수가 높다는 의미이다. 파장이 길고 짧음에 따라 전파의 사용 용도가 달라지는데 통상 파장이 길수록(주파수가 낮을 수록) 전파의 회절성이 우수하다.

전파는 주파수 대역별로 사용 용도를 지정하여 쓰게 되는데 개략적인 주파수 대역 구분을 아래 표에 나타내었다.

 

 

전파는 자연계에 무한히 존재하지만 실제로 사용하고 있는 대역은 한정되어 있다. 동일한 주파수 대역을, 동일한 장소에서, 서로 다른 용도로 사용할 수 없도록 되어 있는데 그것은 동일한 주파수를 사용하게 될 경우 간섭을 일으켜 통신이 불가능해지기 때문이다. 우리가 사용하고 있는 대부분의 주파수는 3GHz 대역 이하이며 가장 많이 사용하는 이동전화의 경우 셀룰러는 800MHz, PCS(Personal Communication Services)는 1800MHz 대역을 사용한다. 이러한 주파수 대역은 사업자별로 다시 나누어지는데 국내의 이동전화 3개사(SK텔레콤, KTF, LG텔레콤)가 모두 다른 주파수 대역을 사용한다. 경우에 따라서는 정부로부터 할당받은 주파수를 모두 사용하여 주파수 부족 문제가 발생하기도 한다. 할당된 주파수 대역은 한정적이고 가입자는 조금씩이나마 계속 늘고 있는 추세이므로 향후에도 주파수 부족 문제는 계속 대두되게 될 것이다.

 

현재 초고주파 대역을 활용하기 위한 연구가 계속 진행되고 있으나 주파수가 높아질수록 강우에 의한 감쇄 및 가시거리(LOS : Line of Sight)에 의한 제약조건이 심해지므로 현재의 기술로 상용화할 수 있는 주파수 대역은 매우 한정적이라 할 수 있다. 사용할 수 있는 주파수 대역이 한정되어 있기 때문에 채널(Channel : 음성이나 데이터 등 정보가 왔다갔다하는 통로)의 수가 제한된다.
채널이라는 것은 쉽게 생각해서 동시에 통화할 수 있는 사람의 수라고 보면 되는데, 결국 채널의 제한이라는 것은 동시에 통화할 수 있는 사람의 수가 제한된다는 것과 같은 의미이다.

 

이렇게 사용할 수 있는 주파수 대역이 한정되어 있기 때문에, 어떻게 하면 주파수를 효율적으로 사용할 수 있을 것인가의 문제가 무선통신에서 가장 큰 관건이 되어 왔다. 셀룰러, PCS, IMT-2000(International Mobile Telecommunications 2000) 등 새로운 기술이 계속적으로 생겨나는 것도 기존의 주파수 대역이 모두 점유되어 있는 반면 가입자는 계속적으로 늘어나고, 보내려는 데이터의 양도 점점 커짐에 따라, 주파수를 효율적으로 사용하기 위해서이다.