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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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BTS, 대규모 월드투어에 외신 주목 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 그룹 방탄소년단(BTS)가 4월 대규모 월드투어를 진행하는 가운데, 외신의 이목이 집중되고 있다. 방탄소년단은 오는 4월 9일, 11~12일 한국 고양을 시작으로 북미, 유럽, 남미, 아시아 등지를 아우르는 대규모 월드투어에 돌입한다. 현재까지 공개된 일정만 총 34개 도시 79회 공연으로 K팝 역사상 최다 규모다. 방탄소년단 뷔(왼쪽부터), 슈가, 진, 정국, RM, 지민, 제이홉. [사진=뉴스핌DB] 이에 주요 외신들도 잇따라 관련 소식을 전하며 기대감을 높이고 있다. 미국 매체 피플, USA 투데이 등 방탄소년단의 공연 소식을 보도했고 CNN은 "K팝을 전 세계적인 문화 현상으로 탈바꿈시키는 데 결정적 역할을 한 방탄소년단이 돌아왔다"라고 보도했다. 미국 매체 포브스는 "팀 역사상 가장 광범위한 투어 중 하나로 한국 가수 월드투어가 나아갈 새로운 기준을 제시할 것"이라고 평가했다. 이어 "스타디움 중심으로 진행되는 이번 투어는 세계적인 아티스트들과 어깨를 나란히하는 규모다"라고 덧붙였다. 아르헨티나 일간지 클라린은 "방탄소년단의 아르헨티나 방문은 단순한 콘서트를 넘어 문화적 사건"이라며 기대감을 드러냈다. 또 "수도 부에노스아이레스가 보랏빛 꽃으로 물드는 시기에 맞춰 이뤄지는 공연은 그들을 맞이하기에 더없이 완벽한 순간"이라고 보도했다. 방탄소년단은 이번 투어를 통해 처음으로 아르헨티나를 방문한다. 방탄소년단은 월드투어에 앞서 3월 20일 다섯 번째 정규 앨범을 발매한다. 완전체로 약 3년 9개월 만의 신보다. 컴백 분위기는 전 세계 곳곳에서 감지되고 있다. 뉴욕, 도쿄, 런던, 파리 등에서 신보 로고를 활용한 옥외 광고가 진행되고 있다. 서울 광화문 광장 인근 세종문화회관에서 시작된 프로모션이 전 세계 주요 도시로 확산됐다. 대형 전광판을 채운 로고는 SNS에서 빠르게 공유되며 세계인의 이목을 집중시키고 있다. 방탄소년단의 정규 5집에는 총 14개 트랙이 수록된다. 일곱 멤버는 지난 여정 속에서 쌓은 진솔한 감정과 고민을 음악에 녹여 '지금의 방탄소년단'을 보여줄 예정이다. alice09@newspim.com 2026-01-16 08:07
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토큰증권 발행 가능해졌다 [서울=뉴스핌] 채송무 기자 = '주식·사채 등의 전자등록에 관한 법률'(전자증권법) 및 '자본시장과 금융투자업에 관한 법률'(자본시장법) 개정안이 15일 국회 본회의를 통과하면서 토큰증권 발행이 가능해질 전망이다. 토큰증권은 발행·유통 등에 대한 정보를 블록체인 기술 기반의 분산원장에 기재·관리하는 자본시장법상 증권이다. 분산원장을 법적 효력이 부여되는 증권 계좌부로 인정하고 안정성 등을 구비하기 위해서는 법률 개정이 필요했다. [서울=뉴스핌] 윤채영 기자 = [챗GPT 일러스트] 2026.01.13 chaexoung@newspim.com 이날 법 통과로 인해 전자증권법 개정을 통해 정보가 다수 참여자에 의해 시간 순서 등 대통령령으로 정하는 일정한 기준에 따라 기재되고 공동 관리 및 기술적 조치를 통해 무단 삭제 및 사후적 변경으로부터 보호되는 분산원장의 개념을 정의했으며, 이를 통해 분산원장을 증권 계좌부로 이용할 수 있도록 명시해 토큰증권 방식의 증권 발행이 가능해졌다. 이에 따라 분산원장을 이용한 증권계좌 관리, 스마트 컨트랙트 활용도 제고 등이 기대된다. 분산원장은 블록체인 기반의 암호화 및 정보의 공동 관리를 통해 해킹에 의한 정보의 무단 삭제·변경 관련  안전성이 높은 것으로 평가된다. 한편, 토큰증권은 그 실질이 자본시장법상 증권이므로, 증권에 관한 제도가 그대로 적용된다. 예를 들어 자본시장법상 투자중개업 인가를 받지 아니한 사업자가 토큰증권의 중개 영업을 하는 경우 무인가 영업으로 법 위반이 되며, 토큰증권의 공모시 증권신고서 제출·공시 의무도 기존 증권과 동일하게 준수해야 한다. 이와 함께 이날 같이 통과된 자본시장법 개정안을 통해 토큰증권 방식으로 활성화가 기대되는 투자계약증권의 유통이 허용됐다. 투자계약증권은 공동사업에 투자하고 사업 결과에 따른 손익을 귀속받는 자본시장법상 증권의 한 종류다. 기존 자본시장법은 투자계약증권의 비정형적 특성 등을 고려시 유통에 적합하지 아니하다고 보아 증권사(투자매매·중개업자)를 통한 유통을 금지했다. 따라서 투자계약증권은 증권사를 통해 투자자를 모집할 수 없고 발행인이 직접 투자자를 모집하는 방식만 가능했다. 금번 개정안을 통해 투자계약증권도 다른 증권과 마찬가지로 증권사를 통한 중개 대상이 될 수 있으며, 이를 통해 투자계약증권의 투자접근성, 투자정보 제공 등이 제고될 것으로 예상된다. 토큰증권 제도화를 위한 법률 개정안은 분산원장 기반 증권 계좌관리 인프라 신설, 투자자 보호를 위한 세부제도 정비 등을 거쳐 공포 1년 후인 2027년 1월경 시행된다. dedanhi@newspim.com 2026-01-15 17:23
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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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