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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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용산·태릉·과천 등 6만호 조성 [서울=뉴스핌] 이동훈 선임기자 = 서울 용산국제업무지구와 태릉CC(골프장), 경기 과천 경마장(렛츠런파크서울)을 비롯한 서울 도심부와 경기 서울 근교지역에 총 6만가구가 공급된다. 이를 위해 11개 도심 내 공공부지에 4만3500가구가 공급되며 신규 공공주택지구를 새로 지정해 6300가구를 짓는다. 또 도심 내 노후청사를 활용해 모두 9900가구가 지어질 예정이다. 오는 2027년부터 2030년까지 순차적으로 착공한다. ◆ '9·7 주택공급 확대방안' 후속초지...도심 6만 가구 조성 29일 국토교통부에 따르면 정부는 이같은 내용을 담은 '도심 주택공급 확대 및 신속화 방안'을 발표했다.  '9·7 주택공급 확대방안'의 후속조치인 이번 1·29 대책에서는 도심권에서 6만가구가 공급된다. 지역별로 서울은 3만2000가구(53.3%), 경기 2만8000가구(46.5%), 인천 100가구(0.2%)가 각각 배정됐다.  공급 계획 [자료=국토부] 먼저 도심내 공공부지에는 4만3500가구를 짓는다. 이 가운데 서울시와 정부가 마련한 기존 공급물량 7400가구를 제외하면 3만6100가구가 새로 지정된 물량이다.  서울 용산구 용산국제업무지구와 캠프킴에서 기존계획 물량 7400가구를 포함한 총 1만2600가구가 공급된다. 서울시가 주관하는 용산국제업무지구에서는 6000가구의 주택을 공급할 예정이었으나 이번 정부 방침에 따라 주택공급수가 1만가구로 4000가구 늘어나게 됐다. 서울시가 주택공급 확대에 대한 문제로 지적했던 학교 신설은 중단한다. 착공은 2028년으로 예정됐다. 수도권전철 남영역 인근 캠프킴 부지의 주택규모는 2500가구로 기존 1400가구에서 1100가구 더 확대됐다. 2029년 착공을 추진한다. 아울러 인기 주거지역인 서빙고동 '501 정보대'부지에도 신혼부부 등을 위한 소형주택 150가구를 짓는다. 2029년 착공 예정이다.  경기 과천시 일원 과천경마장과 방첩사 부지에서 9800가구를 건립한다. 정부는 과천 경마장(115만㎡)과 국군방첩사령부(28만㎡) 이전 후 해당 부지 총 143만㎡를 통합 개발한다는 방침이다. 경마장과 방첩사 이전계획을 국방부와 농식품부와 협의해 올 상반기내 완료하고 오는 2030년 착공할 예정이다.  문재인 정부시절 주택공급 후보지로 떠올랐던 서울 노원구 태릉CC 총 87만5000㎡에는 6800가구가 공급된다. 정부는 장기간 진척되지 못하던 태릉CC 개발사업을 국가유산청과의 협의를 거쳐 본격 추진하고 주민을 위한 교통대책과 충분한 녹지공간 마련에 나선다는 방침이다. 세계유산영향평가를 거친 후 공공주택 지구지정과 지구계획 수립 등을 병행해 2030년 착공을 추진한다.  경기 성남시 판교테크노밸리 및 성남시청과 인접한 곳에 신규 공공주택지구 성남금토2지구와 성남여수2지구 약 67.4만㎡(20만평)를 지정한다. 이들 신규 택지에는 6300가구가 공급될 예정이다. 두 공공택지는 인허가 및 보상을 완료한 후 착공은 2030년 목표다.  서울 동대문구 일원에서는 국방연구원과 인접한 한국경제발전전시관을 함께 이전하고 이전 부지 총 5만5000㎡ 규모에 주택 1500가구를 짓는다. 국토부는 국조실·기후부·성평등부와 협의해 해당 기관을 2027년 상반기까지 이전하고 이전 시점에 맞춰 사업 승인, 토지 매입 등을 추진해 2029년 착공한다는 방침이다.   서울 인접 역세권 부지와 그간 장기 지연된 사업의 계획을 변경해 총 1만1500여가구를 신규 공급한다. 정부는 이들 지구에 대해 예비 타당성 조사를 면제함으로써 사업 속도를 높일 계획이다.  먼저 경기 광명시 광명경찰서 부지 약 9000㎡에 550가구를 짓는다. 2027년까지 경찰서 이전을 완료하고 이전 일정에 맞춰 2029년 착공한다. 경기 하남시 신장 테니스장 부지 약 5000㎡에는 300가구가 공급된다. 2029년 착공을 목표로 한다.  서울 강서구 강서 군부지 약 7만㎡에는 918가구가 건립된다. 당초 부지 매각 방식으로 추진됐던 이 사업은 위탁개발 방식으로 변경해 재개된다. 2027년 착공될 예정이다. 서울 금천구 독산동 공군부대 13만㎡부지는 군부대 압축·고밀개발 방식으로 2900가구를 공급한다. 착공은 2030년이다.  경기 남양주시 퇴계원 일대 군부대 부지 35만㎡에 4180가구를 짓는다. 예비 타당성 조사를 면제해 2029년 착공을 추진한다. 또 경기 고양시 구국방대학교 부지 33만㎡에는 2570가구를 공급한다. 2029년 착공을 목표로 서울 상암DMC와 잇는 직주근접 미디어밸리를 조성할 방침이다. ◆ 공급확대에 범부처 역량 결집...투기 방지도 병행 정부는 이번 1·29 '도심 주택공급 확대 및 신속화 방안'의 원활한 추진을 위해 '주택공급촉진 관계장관회의'를 신설한다. 회의에서는 발표 부지에 대한 이행 일정 점검 및 조기화를 추진하고 신규 물량 발굴에도 지속 노력한다는 방침이다. 특히 기존 시설 이전이 필요한 부지는 2027년까지 이전을 결정하고 택지 조성에 착수할 수 있도록 범부처가 역량을 결집해 추진상황을 집중 관리할 예정이다.  사업 속도 제고를 위해 2026년 중 국방연구원과 서울의료원, 강남구청 등 13곳에 대한 공기업 예비 타당성 조사 면제를 추진하고 국유재산심의위·세계유산영향평가 등 사전절차도 신속 이행할 계획이다. 아울러 국가가 서민주택 공급 등을 위해 추진하는 공공주택지구조성 사업은 국무회의 등을 거쳐 그린벨트(GB) 해제 총량에서 예외로 인정하는 방안을 5년 한시로 추진한다.  이와 함께 투기 방지를 위해  해당 지구 및 주변지역은 토지거래 허가구역으로 즉시 지정한다. 이를 토대로 투기성 토지 거래 등을 사전에 차단할 방침이다. 정부는 지구·주변지역에 대한 조사 결과 미성년·외지인·법인 매수, 잦은 손바뀜과 같은 이상거래 280건을 선별했으며 이에 대한 분석 및 수사의뢰 조치에 나섰다.   향후 정부는 올 2월 도심 공급 확대를 위한 신규 부지와 제도개선 과제를 발표할 예정이다. 아울러 올 상반기 중 '주거복지 추진방안'을 발표해 청년과 신혼부부 등을 위한 주택공급 확대방안을 내놓을 방침이다.   donglee@newspim.com 2026-01-29 11:00
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국힘 최고위, 한동훈 '제명' 의결   [서울=뉴스핌] 신정인 기자 = 국민의힘이 29일 최고위원회의를 열고 한동훈 전 국민의힘 대표에 대한 '제명' 징계안을 의결했다. 최보윤 국민의힘 수석대변인은 이날 오전 서울 여의도 국회 본관에서 브리핑을 통해 "한동훈 전 대표에 대한 당원 징계안이 윤리위 의결대로 최고위에서 의결됐다"고 밝혔다. 이번 표결에는 최고위원 6명과 당 대표, 원내대표, 정책위의장 등 총 9명이 참여했다. 최 수석대변인은 "표결 내용이나 찬반 부분은 비공개"라며 구체적인 표결 결과는 공개하지 않았다. 징계 의결의 취지에 대해 최 수석대변인은 "의결 취지는 이미 윤리위 내용이 공개돼 있어 그 부분을 참고하면 된다"며 "기존 말씀드렸듯이 윤리위 의결대로 최고위에서 의결됐다"고 설명했다. 이날 의결 과정에서 징계 수위를 낮춰야 한다는 논의가 있었는지에 대한 질문에는 "최고위원들 사이 사전회의는 배석하지 않아서 내용을 알지 못한다"고 답했다. 또한 "의결 때 비공개였고 저도 배석하지 않은 관계로 내용에 대해 말씀드리기 어렵다"고 덧붙였다. 장동혁 국민의힘 대표(좌)와 한동훈 전 대표 [사진=뉴스핌 DB] 최 수석대변인은 "절차적으로 의결에 대한 통보 절차가 있을 것으로 보인다"며 "이미 의결이 된 부분으로서 결정된 부분"이라고 강조했다. 징계는 의결과 동시에 효력이 발생한다. 한편 한 전 대표가 가처분을 신청할 가능성에 대해서는 "당 입장은 따로 없다"며 "신청되면 신청 절차에 임해서 필요한 부분 소명이나 그런 부분이 있을 것으로 보인다"고 말했다.  한편 한 전 대표는 이날 오후 국회에서 긴급 기자회견을 열고 제명 확정에 대해 언급할 것으로 전해졌다. allpass@newspim.com 2026-01-29 10:14
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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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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