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스펙트럼 확산,CDMA,셀룰러 통신에 대해서 알아보자
2차 세개대전이 한창이던 1940년도 9월,어린이 90명과 군인들을 수송하던 영국 함선이 독일 유보트에 의하여 침몰되는 사건이 발생한다이 사건을 목격하고 안타까워하며 연합군을 도울 방법을 모색하던 한 인물이 있었는데,바로 당시 할리우드의 섹스심벌이자 유명 배우였던 헤디 라마르였다그녀의 남편은 나치즘에 경도된 무기상인이었는데,그녀는 그의 그런 사상에 역겨움을 느끼고 그와 이혼하였고, 연합군에 도움을 주고자 낮에는 할리우드의 배우, 밤에는 과학자의 길에 뛰어들며 이중생활을 시작했다.그녀는 수십명의 사람들이 유보트에 희생당하는 것을 보고 무엇보다 통신의 "보안" 문제를 해결 할 방법을 찾기 시작했다감청, 재밍 등을 극복 할 방법을 연구하기 시작한 그녀는1942년, FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum) 이라는 기술을 개발, 미국 특허청에 신청하였고이는 미 국방부에 의해 1급 국가기밀로 지정되었다.이 FHSS 기술의 기본 개념인 Spread Spectrum은, 2G, 3G와 셀룰러 이동통신의 핵심 기술이며, 통신의 보안과 다중접속을 획기적으로 보장할 수 있는매우 혁신적인 방법이다지금부터 이 Spread Spectrum(확산 스펙트럼)과 그 응용기술에 대해 알아보자.우선, 확산 스펙트럼이란 무엇인가?수식적으로 설명하면 이해하지 못 할 사람들이 많을 것이므로, 개념만 간단히 설명하면"정보를 흩뿌리는" 것이다우리가 정보를 전송할 때 특정 주파수 대역, 특정 시간 대역에 정보를 전송하여수신기는 그 대역에 맞추어 그 대역에 있는 정보를 획득하여 해석하고 해석된 정보를 우리에게 보여준다라디오, 텔레비전 등이 대표적인 예라고 할 수 있다라디오 주파수, 텔레비전 채널 등, 우리는 수신기의 수신대역을 특정 구간에 맞추어 정보를 얻는다그러나 이러한 특성은 큰 문제점을 낳는데,대표적으로, 우리가 이 신호를 특정 수신자에게만 전송하고 싶어도제 3자가 중간에서 이를 감청한다면, 이것을 막을 방법이 없다.이는 군대, 경찰, 보안업체 등 보안이 중요한 곳에서 매우 큰 문제가 된다.유보트에 의하여 영국 함선이 침몰된 것도 감청을 통하여 함선의 위치가 탄로나서였기 때문이다그렇다면 이를 어떻게 해결할까?바로 신호를 쪼개서 흩어버리는 것이다분홍색이 공기중의 잡음이며,실선이 우리가 송신할 신호이다우리가 저 잡음보다 낮은 크기로 신호를 넓게 펼쳐서 보낸다면?적들은 우리의 신호가 잡음인지, 유의미한 신호인지 분간할 방법이 없어진다."엥? 그러면 저렇게 보내면 받는 입장에서도 안보이지 않나요? 어떻게 통신이 된다는 건가요?"좋은 질문이다.저것을 극복하는 방법이 바로 확산 스펙트럼의 핵심 개념이다!차근차근 한 번 알아보도록 하자이 기술을 이해하려면 우선 코드라는 것을 알아야 한다.위 그림은 대표적인 코드인 PN(거짓 잡음) 코드에 대한 그림인데,싱붕이들이 이해하기엔 버거울 것이므로 매우 간단한 2개의 코드만을 생각 해 보자만일 우리가 01 이라는 신호를 보낸다고 하고, 다음을 생각 해 보자1. 01(2개의 비트) 를 보낸다2. 적은 이 신호를 받아도 해독할 수 없어야 한다우리가 충족해야 할 조건은 두 개이다.우선 "나와 수신자만 아는" 특정한 암호를 생성한다.이 암호는 서로가 알고 있어야 하며, 모른다면 상호간 통신이 되지 않는다!!그 암호가 0110 1001 이라고 생각 해 보자우리가 보내야 할 신호는 0 1이고, 이 신호를 암호와 EX - OR 를 한다잠깐, 여기서 EX-OR란?두 신호가 같다면 1을, 다르다면 0을 결과로 내는 연산이다즉, 1 1이면 10 1이면 0 1 0이면 0 0 0이면 1 인 것이다그럼 우리가 보낼 신호는0 1암호는0110 1001결국, 우리가 보내는 신호는0 (EX - OR) 0110 > 10011 (EX - OR) 1001 > 1001이 되는 것이 된다.그렇다면, 적의 입장에서는1001 1001을 받게 되므로,우리가 보낸 원 신호인 0 1과는 전혀 다른 신호를 받게 된다그러나 우리가 원하는 대상은,1001 1001을 받으면다시 암호인 0110 1001과 EX - OR을 하여1001 (EX - OR) 0110 > 0000 > 01001 (EX - OR) 1001 > 1111 > 1즉 0 1을 다시 복조해 낼 수 있다여기서 짚고 갈 사항들은 다음과 같다1. 01이라는 신호가 1001 1001 이라는 신호로 늘어난다>> 01이라는 신호를 보낼 때 보다 더 빠른 속도가 필요하다. 2개만 보내면 될 것은 8개로 보내야 하니 당연하다2. 속도가 빨라진다는 것은 주파수가 높아진다는 것이다>> 주파수가 높아진다는 것은 그만큼 주파수 대역에서 큰 폭을 차지한다는 것이다. 이는 더 넓은 주파수 대역이 필요하다는 것을 의미한다즉, 주파수가 확산된다. 쉽게 말하자면, 75Mhz라는 대역을 할당받은 방송국이, 74.9~75.1Mhz에 맞추면 자신의 방송을 들을 수 있게 만들었다고 해 보자.그런데 방송국이 마음대로 이 구간을 74~76 Mhz로 늘려버렸다고 생각 해 보자.그럼 76Mhz, 74Mhz을 할당받은 방송국들은 방송을 못 하는 상황이 된다. 75Mhz 방송의 영향을 받아서 간섭이 일어나기 때문이다.즉, 차지하는 주파수 대역이 크다는 것은 그만큼 다른 신호를 넣을 자리가 없어진다는 것이므로 단점이다3. 그럼에도 불구하고 보안 문제가 해결되었다>> 적들은 듣지 못하고 아군만 들을 수 있다는 조건이 충족되었다4. 전력은 동일하나, 동일한 전력을 나눠서 전송한다>> 01이라는 신호를 1이라는 크기로 보낸다면, 0은 0.5 , 1은 0.5를 가질 것이다그러나 1001 1001이라는 8개로 보낸다면?각각 0.125라는 크기를 갖게 될 것이고, 즉, 1/4로 나눠져서 , 흩어져서 전송된다는 것이다이는 적들이 공기중의 다양한 신호들 중 내 신호를 탐지하게 어렵게 만든다.이것이 바로 DS(Direct Squence 직접 확산) 이다.직접확산이라는 이름이 붙은 것은.,그냥 말 그대로 신호를 무식하게 흩어버리기 때문에 그런 것이다.그럼 FH는?우리가 만든 암호를 토대로신호가 다다다다다다 넓은 대역에서 뛰어다니는 것을 말한다미리 암호를 알고있다면 이 뛰어다니는 패턴을 알고 있기 때문에뛰어다니는 것을 따라가면서 신호를 얻어서 복조가 가능하다.여기까지 우리는 확산 스펙트럼의1. 주파수 확산2. 크기 확산3. 보안성4. FH와 DS네 주제에 대해 알아보았다그럼 이 기술의 활용은 무엇이 있을까?그럼 이 기술들이 현대에는 어떻게 활용될 수 있을까?바로 CDMA이다CDMA는 퀄컴사가 세계 최초로 상용기술을 개발하였으며,세계 최초로 이 CDMA기술을 제품으로 만들어 상용화한 곳은 대한민국의 SK 텔레콤 이다.확산 스펙트럼의 "코드를 공유하면 1:1로 간섭 없이 감청 없이 대화를 할 수 있다" 라는 특성이단말기 간의 원활한 1:1 통신을 가능하게 한 것이다.즉, 단말기 당 하나의 암호를 배정하여 사적인 통화를 할 수 있게 하는 것이다.기존의 통화 방식은 전화선을 통하여 기지국으로 신호를 보내고 기지국에서 이를 다시 다른 곳으로 보내주어야 했지만,(공중전화, 집전화)확산 스펙트럼은 이를 그냥 공기중으로 쏘아보내도 가능하게 만든 것이다.즉, 이동통신의 시대가 열린 것이다그렇담 셀룰러 통신은 무엇인가?사실 앞에서 암호 하나를 배정하여 통신을 한다고 했는데이 방법이 무적이 아니다.단말기가 적다면 충분한 암호의 숫자가 있겠지만콘서트가 있다든지, 크리스마스의 명동이라든지사람이 크게 몰리는 상황이면 이 코드가 독립성과 보안성을 유지하기 어려워진다.비유를 하자면단말기 하나당 언어 하나를 배정해서 이야기 하는데 ( 일본어, 중국어, 영어, 한국어 등등 )한국어로 통신을 한다면 다른 일본어나 중국어를 배정받은 단말기는 한국어를 해석할 수 없다그러나 단말기가 너무 많은 나머지 언어의 수가 부족하여한국어가 아니라 전라도 사투리 경상도 사투리로 나누어 이야기 한다고 생각해 보면 된다이러면 독립성과 보안성을 유지할수 없어진다그렇기 때문에 일정 범위마다 잘라서 코드를 할당하고이것이 바로 셀룰러 통신이다.지금까지 확산 스펙트럼과 그 활용기술에 대해 알아보았다현재는 CDMA이란 기술은 4G로 넘어오며 여러가지 기술적 한계로 인하여 OFDM으로 넘어갔지만그럼에도 확산 스펙트럼 기술은 여러 분야에서 광범위하게 쓰이는 기술이다대표적으로 와이파이, 블루투스가 각각 DS,FH를 활용한 기술이다.그리고 글에서는 간단하게 설명하였지만 사실 매우 어려운 기술이다현재까지도 저 기술을 성공적으로 제대로 기능하는 칩을 만든 회사는 대표적으로 삼성, 퀄컴, 브로드컴 정도가 대표적인데그 삼성도 발열문제로 고생하였던 것을 보면이론은 쉬워도 이를 실제로 손톱만한 칩으로 구현하는 것은 참으로 어려운 일이라 할 수 있다 또한 현재는 6G 기술표준이 논의되는 중인데, 50% 이상이 AI가 차지하는 중이다2G, 3G, 4G, 5G에서는 통신상의 잡음, 채널문제, 페이딩 등을 막대한 계산과 고급통계 기술을 통하여 문제를 해결하였지만현재는 AI로 딸깍하는 방법으로 진행되고 있다참으로 기대가 된다
작성자 : lduna고정닉
싱글벙글 21세기 바다를 지배하는 배들
<1> 초계함 근해나 방어하는 매우 작은 전투함이다 아무리 큰 초계함이라고 해봐야 2천톤을 넘지 않으며 보통 500~2000톤 사이다 그래서 주로 연안경비 할 때나 쓰인다 <2> 호위함 보통 1200~4000톤 사이 나가는 중형급 전투함이다 밑에 것들 뽑을 돈이 없는 빈국들은 주로 호위함이 최대전력이다대표적으로 첫번째 필리핀 리세 호잘급 호위함도 현재 필리핀 최대 전력으로 우리나라 인천급 호위함이다 2번째는 태국의 푸미폰 아둔야뎃급 호위함인데이건 우리의 대구급을 5000억 주고 산 태국 최강의 전투함이다(차그리 어쩌고 항모는 제대로 된 함재기 하나 없는 왕실 요트다)<4> 구축함 무게가 거의 수천톤~1만톤 짜리인 대형급 전투함이자 현대 해군의 주력 배다 돈 좀 있는 나라면 다 구축함이 주력이다유지비만 해도 최소 50억에서최대 300억~500억씩 들기 때문에 우리나라도 마찬가지 최근 개발 된 정조대왕급 구축함도 약 4조원을 들여서 3척 보유를 목표로 한다 <4> 순양함 구축함과 전함 사이 무게와 크기를 가진 (약 만톤 이상)군함이다 워낙 크다보니까 항모가 없으면 얘가 기함 역할도 해줬다 그러나 아쉽게도(?) 이젠 잘 안뽑는다아니 뽑아도 순양함이라고 명명 안한다 미국의 타이콘데로가급 이후로 순양함의 명맥은 사실상 끊겼다 (2020년 퇴역)일단 얘가 할 수 있는건 대부분 이제는 구축함들도 가능하기 때문 그리고 이런 큰 놈을 뽑는다는건 주변 국가상대로 어그로가 끌린다 이런 이유들로 세종대왕급 구축함도 스펙은 순양함급인데 걍 구축함이라고 부른다 사실상 구축함으로 통폐합 당했다고 봐도 무방하다 <5> 항공모함 말이 배지 그냥 바다에 둥둥 떠다니는 기지다 위에서 볼도 차고 볼도 넣고 다 할 수 있을만큼 크기 때문 그래서 항모는 사이에 대양을 끼고 있을 정도로 멀리 떨어진 나라들을 공군력으로 조질려고 보낼 때만 쓴다 당연히 유지비만 해도 돈 먹는 하마라서 우리는 갖고 싶어도 못 갖는다 미국이 쓰는 10만톤급 대형 항모 말고 중형(?)급 한 척 건조하는데 비용만 해도 6~7조이 들며 여기에 항공 전력 비용까지 합치면 2~4조원이 더 들어간다 게다가 1년 유지비는 1500억이 넘는다 미국 같은 경우엔 미 국방성 자료를 기준으로 미국은 대형항모 하나만 유지 하는데 3천억을 쓰고 항모 전단을 유지 하기 위해 30조원 쓴다고 한다 <6> 잠수함 잠수함의 종류는 재래식 잠수함과크게 원자력(핵)잠수함으로 나뉜다재래식은 디젤 잠수함을 의미하며 속도는 보통은 10~15km/h, 최대는 35km/h 정도다 무기는 보통 어뢰,기뢰,순항 미사일 정도다 탑재 수량은 10~20발 정도 잠수 기간도 길어봐야 연료/배터리 제약 때문에 3주에 한 번은 반드시 물 위로 올라와야 하며 최대 항속 거리는 보통은 1만키로 내외고아무리 지랄 똥 싸서 늘려봐야 2만키로를 넘을 수가 없다 반면 원자력(핵)잠수함은 클라스가 다르다 일단 크기 때문에 이것저것 실을 수 있는 양이 다른데속도까지 약 2배는 더 빨라서 최고 60km/h를 넘는 속도로 달린다 보급만 충분하면 이동 거리/잠수기간도 무제한이나 다름 없어서몇 달에 걸쳐 한국에서 아프리카까지 왕복 작전이 가능하며 탑재 무기들도 순항 미사일은 물론이고 가장 중요한건 SLBM(핵탄두)을 실을 수 있다 총 탑재량도 30~50발 정도나 된다 단점은 원자력으로 돌리다보니피격 당하면 피폭 당할 수 있다 (어차피 피격 당하면 디젤이든 핵잠이든 즉사 당할 확률이 커서 별 의미는 없지만)아 올해 들어 정은이가 핵잠수함을 만들었다고 이 사진이 즈그들의 첫 핵잠이라고 공개해서 회제가 됐는데 당연히 많은 전문가들은 NIGGA? GAMHI? AUTOKKE? 라는 반응이다
작성자 : ㅇㅇ고정닉
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