모르스 부호와 무선통신

[포도원]

모르스 부호와 무선통신

1. 아마추어무선(HAM)의 문자 모르스 부호(Morse code)  

모르스 부호는 짧은 전류인 도트(점)와 짧은 전류 3배 길이의 긴 전류인 대시(선)의 조합으로 구성된 메시지 전달용 부호로서, A에서 Z까지의 문자와 0에서 9까지의 숫자및 구두점과 그 밖의 문자형 기호들을 부호화하여 무선전신(CW : Continuous Wave)에 사용하고 있는 것을 말한다. 
모르스 부호의 기본구조는 세계 공통이며, 장(長 대시)신호와 단(短 점)신호를 단독 또는 결합하여 문자와 숫자를 나타내도록 되어 있으며 다음과 같은 규칙이 있다.

① 단신호의 길이를 기준 길이로 한다.

② 장신호는 기준 단위의 3배(3단위)로 한다.

③ 한 부호에서 장신호 혹은 단신호의 간격은 1단위, 각 부호의 간격(문자와 문자 사이의 간격)은 3단위, 각 낱말(단어와 단어 사이의 간격) 또는 각 신호 부저의 간격은 7단위로 한다.

④ 발광 신호의 표준 속도는 1분간 40자로 한다.

1832년 미국인 S. 모르스가 프랑스 유학에서 배를타고 귀국하던 중 선상에서 전신기에 대한 착상으로 전보문 전송은 숫자로 하는 것이 좋겠다 생각하고, 그 숫자는 점의 수와 점과 점 사이의 간격으로 표시하고자 했다. 그리하여 숫자로 전문을 전송하기 위해 일정한 숫자를 각 단어 및 간단한 문장에 맞추어 19페이지의 은어표(隱語表)를 만들었는데, 각 페이지에는 단어와 상용 문구를 91개씩 기입하고 페이지와 행(行)을 지시함으로써 약 8,000어 정도의 어구(語句)를 전송할 수 있게 했다.
그 후 모르스 전신기의 제작 동업자인 A. 베일은 점의 수에 의한 숫자의 전송법에 불편을 느껴 점 뿐 아니라 선을 더하는 부호를 만들어 선과 점을 다양하게 조합하여 더 많은 부호를 만들 수 있을 것이라 보고, 신문 등에서 문자사용의 빈도를 조사하여 사용이 빈번한 문자는 간단한 부호로 사용하게 하였다.

이렇게 만들어진 부호는 1844년 워싱턴과 볼티모어 사이의 전신개통에 사용된 후, 1856년 시블리가 웨스터 유니언 전신회사를 설립 후 모르스 부호의 특허를 내었고, 이후로 점진적으로 개량되어 현재의 국제 모르스 부호(international Morse code)가 되었다.

다음은 국제간에 협정된 모르스 부호다.

* 조난신호인 sos의 모르스 부호는  · · ·　 – – –　 · · · (돈돈돈   쓰으- 쓰으- 쓰으-   돈돈돈)이다.

우리나라는 1844년 정부에서 김학우를 일본에 파견하여 전신에 관한 기술을 배우게하여 국문자모호마타법이라는 지금의 한글 모르스 부호를 만들었다.

참조로 아래는 아마추어 무선전신(CW) 주파수의 단파대와 중파대의 주파수표다.

2. 무선 통신
무선통신이란 전선을 통하지 않고 전자기파를 이용하는 통신 방법으로 사람의 가청주파수를 넘는(들을 수 없는) 초음파 영역을 이용하며, 일반 신호(사람 목소리 등)를 고주파와 합성하여 전파를 통해 전송하고, 수신 측에서는 받은 고주파 신호를 다시 원래의 신호로 바꾸는 방법이다.
적외선을 이용하는 텔레비전의 리모콘처럼 수 미터 내에서 작동하는 것부터 위성통신 같이 수천 킬로미터 떨어진 곳까지 다양하게 전송되며, 일반적으로 전파(공간파)를 이용하는 ‘Radio Communication’을 ‘무선통신’이라 하지만, 그 외에 적외선, 가시광선 등(레이저, LED 등)을 이용한 광무선 통신, 음파 또는 초음파를 이용한 음향통신도 광의의 무선통신(와이어리스)에 속한다.
조선시대의 봉화도 무선통신이라 할 수 있겠으나 전신, 전화와 같은 유선 통신에 대비되는 개념의 무선통신은 모스 부호를 이용한 무선 전신이 최초이다.
이후 라디오 방송과 텔레비전 방송으로 대표되는 다중 무선통신과 개별적 통신인 무전기로 나뉘어져 발전하였으며, 20세기 중반까지 일반인의 무선 통신은 아마추어 무선통신인 HAM이 대표적이었다.
20세기 후반부터 반도체 산업과 다양한 무선통신 기술의 발전은 음성이나 인쇄전신부호 등의 간단한 정보의 전달을 뛰어넘어 영상 및 데이터의 전송을 실현하면서, 스마트 폰과 같이 디지털 신호를 이용한 기기로 대표되는 유비쿼터스(어디서든 자유롭게 네트워크를 이용할 수 있는 환경)시대를 맞이하여 이동통신(휴대폰)의 급격한 보급으로 무선통신 이용자가 급증하였다.

3. 전자기파 개발의 역사
어떤 도선에 교류 전류를 통하면 도선 주위에는 교류 전류에 따라 자기장의 변화가 생긴다. 그리고 물체가 자기장을 띨 때 자기장이 변하면 그 주위에 전기장이 생긴다. 이와 같이 도선 주위에는 전기장과 자기장이 서로 관련되어 생기고, 이것이 주위 공간으로 퍼져 나간다. 이렇게 전기장과 자기장으로 일어나는 파동을 전자기파라 한다.
마이클 패러데이는 런던에서 대장장이의 아들로 태어나 12세 때 부터 제본소의 점원으로 일하다 당대 최고 과학자 험프리 데이비의 강연을 들은 후 과학 연구에 일생을 바치기로 결심한 후, 22살 때 데이비의 실험 보조를 시작하여 10년 뒤 왕립학회 회원이 되고 다음 해엔 연구소의 주임이 되어 다양한 업적을 남긴 페러데이는 서민적인 삶과 겸손함으로 영국인이 가장 사랑하는 과학자가 되었다.
1825년엔 화학실험으로 벤젠을 발견하고, 1831년엔 자기장의 변화가 전류의 흐름을 유도할 수 있다는 전자기 유도의 발견으로 전기와 자기를 별개의 것으로 보던 이전과 달리 전기와 자기가 하나로 합쳐지게 되었다.
전문교육을 받지 못한 페러데이는 수학 지식이 없어 전기와 자기가 연관되는 법칙을 정리하진 못했는데, 제임스 맥스웰이 전자기 유도를 포함한 전자기학 전체를 수학적으로 정리하여 4개의  맥스웰 방정식을 만들었다. 그리고 패러데이가 발견한 전자기 유도는 발전기 등을 만드는데도 크게 기여했다. 또한 패러데이는 크리스마스 때 어린이나 청소년을 대상으로 강연하여 그 중에 1860년 1개의 양초로 6번에 걸쳐 실험한 것을 윌리엄 크룩스가 ‘양초의 과학’이란 책으로 출간하여 20파운드 화폐의 배경이 되기도 했다. 그리고 이 강연은 영국 왕립 협회의 전통이 되어 현재도 ‘크리스마스 과학강연’이란 프로그램으로 진행하며 BBC에서 중계한다.
패러데이가 실험으로 밝힌 전기 현상을 이론적으로 연구하던 영국의 물리학자 맥스웰은 전기장과 자기장은 똑같이 파동으로 전하여지는데 그 속도는 빛과 같다 하였으며, 따라서 빛도 전자기파의 일종이라 생각하게 되었다. 이런 맥스웰의 생각에 큰 관심을 갖고 전자기파의 존재를 실험으로 밝혀 낸 사람이 독일의 물리학자 헤르츠다.
헤르츠는 축전기의 극판을 단 2개의 금속 구를 서로 가까이 놓고, 이들 금속 구에 높은 전압을 걸어 불꽃 방전을 일으켰다. 그러자 그곳에서 수m 떨어진 철사 테의 틈에서도 불꽃이 튀었는데,  이것은 불꽃 방전이 일어날 때 생기는 전자기파가 공중으로 퍼져 나가 철사 테에 부딪쳐 전류를 일으켰기 때문이다.
그 후 이탈리아의 마르코니는 단파 무선통신을 개발하여 현대의 모든 장거리 무선 통신의 기초를 이루었는데, 1894년 전파를 발견한 헤르츠가 죽었을 때 그의 추도 기사를 읽은 마르코니는 무선 통신을 연구하기로 결심하여 발진기를 먼저 개발하고 다음으로 안테나를 고안하였는데, 수신기로는 감도 높은 독자적인 검파기를 개발하여 이것에 전기를 지속적으로 공급하는 장치를 연결하여 모르스 신호를 인식하게 하였다.
1895년 21세가 된 마르코니는 어머니와 함께 영국으로 건너가 영국 체신국의 지원을 얻어 여러 차례에 걸쳐 지상과 수상에서 모르스 부호로 된 점점 더 강력한 무선 신호를 전달하기 시작하여 실용화할 수 있는 무선통신 장치를 만들었다. 1896년엔 약 3㎞의 무선통신에 성공하여 이어서 세계 최초의 무선전신회사를 설립하고, 1899년엔 도버 해협을 건너는 무선통신에 성공하였다. 그리고 같은 해에 그의 무선통신 기술로 북해에서 침몰하던 선박이 SOS를 타전하여 구조되었다.
그리고 1901년 대서양 횡단 통신에 도전하여 영국 남단에 높이 45m의 기둥 2개로 안테나를 세우고 미국으로 건너가 상자 모양 종이의 연으로 4.5㎞의 안테나를 150m 높이로 매단 수신 장치를 통해 영국에서 발신한 전파를 2,900㎞ 떨어진 미국에서 잡는 데 성공하였다. 이 때 통신에 성공한 것은 SOS의 ‘S’라는 한 글자였다.
그 후 캐나다와 미국에 각각 무선 통신국을 설립하여 영국과 교신하는 불굴의 도전으로 라디오 전신 체계를 이뤄 무선 통신시대를 열었으며, 이후 영국에서 무선전신으로 부자가 된 마르코니는 이탈리아로 돌아가서는 열렬한 파시즘 추종자가 되어 그의 두 번째 결혼식 때 신랑 들러리를 섰던 사람은 독재자 무솔리니였다.

4. 전자기파의 종류
전자기파 중에서 비교적 파장이 긴 부분을 전파라 하는데 주로 라디오, 텔레비전, 레이더와 같은 무선 통신에 이용된다. 이 같은 전파는 그 파장에 따라 장파, 중파, 단파, 초단파, 극초단파로 나눈다.장파는 전파 중에서 가장 파장이 긴데 공기 분자들이 이온화되어 있는 전리층에서 반사되며, 전리층은 지상 100km 정도의 E층과 지상 200km 정도의 F층이 있는데 장파가 반사하는 층은 E층으로 장파는 선박이나 비행기의 통신에 이용된다.중파는 장파와 마찬가지로 전리층의 E층에서 반사되며 AM 라디오 방송에 이용된다.단파는 파장이 짧고 주파수가 매우 크기 때문에 전리층의 F층에서 반사됨으로 비교적 먼 거리의 통신에 쓰이는데, 국외 라디오 방송이나 각 나라 사이의 무선 전화에 이용된다.초단파는 단파보다 파장이 짧은 전파로 전리층을 뚫고 우주로 나가며, 텔레비전이나 라디오의 초단파 방송(FM방송)에 사용된다. 또한 통신 위성의 중계에도 초단파가 사용된다.
초단파와 같이 파장이 짧은 전파는 대부분 우주로 달아나기 때문에 먼 거리의 통신에는 쓸 수가 없어서 텔레비전 방송국에서 멀리 떨어진 곳에는 중계 안테나를 세워서 초단파를 중계한다.극초단파는 전파 중에서 가장 파장이 짧은 것으로, 마이크로파라고도 한다.
극초단파는 레이더, 장거리 무선 전화, 중계방송과 같은 통신기술 부터 음식 조리를 위하여 만들어진 전자레인지까지 다양한 곳에 사용되며, 극초단파도 초단파처럼 전리층을 뚫고 나가기 때문에 이것으로 통신을 하려면 중계 안테나가 꼭 필요하다.
극초단파는 전파 중에서 주파수 범위가 가장 넓기 때문에 한꺼번에 여러 개의 통신을 할 수 있어 오늘날 이를 이용한 연구가 활발하다.
무선통신의 전송은 정보를 반송파의 진폭, 주파수, 지속시간을 변화시키는 변조라는 과정을 통해 반송파에 싣는다. 진폭변조(AM)에서는 반송파의 최저 최고의 양쪽에 ‘측파대’ 주파수를 두고 파의 세기를 변조시켜 전송한다. 반면에 주파수변조(FM)는 진폭 대신에 주파수에 변화를 주어 필요한 정보를 송신기에서 수신기로 전송한다.
지속시간 변조는 보다 단순한 방식으로써 어떤 시간 동안만 일정한 음을 전송하고 멈췄다가 다시 전송하는 것을 되풀이하는 전송방법이며, 모르스 부호의 전송은 이 방법을 이용한 것이다.
최초의 무선통신은 영국의 과학자인 마이클 패러데이가 전류에서 자기장을 유도할 수 있음을 밝힌 후에야 가능했다.
1864년 케임브리지대학교의 실험물리학교수인 제임스 클럭 맥스웰은 이런 전기적 교란이 상당히 멀리 떨어진 곳에서 검출될 수 있다는 것을 수학적으로 증명했다. 맥스웰은 이런 전자기적 에너지는 파의 형태를 가지고 빛의 속력으로 진행할 수 있음을 예언했다.
1888년 하인리히 헤르츠는 맥스웰의 예언이 짧은 거리에서 실제로 들어맞는다는 것을 증명했다. 이 처럼 전자기파는 맥스웰이 예언하고 헤르츠가 발견하였으며 마르코니가 통신에 이용하게 되었다.
곧이어 안테나로 수신된 무선신호를 증폭시키는 진공관이 개발되자, 예전에는 불가능했던 아주 약한 신호의 전송도 가능하게 되었고 진공관을 이용해 전류를 진동시킬 수 있고, 이 전자관 발진기로 매우 깨끗한 전파를 만들 수 있게 되었다. 또한 수신기능도 동조회로의 개선으로 훨씬 향상되었다. 양질의 무선 신호를 만드는 데 필요한 거의 모든 요소들은 제2차 세계대전 이전에 이미 급속히 발달했다.
각 방송국은 전용주파수를 할당 받아서 다른 방송국의 신호와 겹치지 않도록 한다. 남은 주파수들은 다른 목적의 다양한 무선통신을 위해 남겨두는데, 예를 들면 선박이나 항공기의 항해, 양방향 음성전달, 우주나 위성과의 교신에 사용된다. 무선통신은 2차 세계대전이 끝난 뒤에도 눈부신 발전을 하여 진공관이 트랜지스터로, 전선이 프린트 기판으로 대체되면서 수신기의 필요 전력이 대폭 줄고 크기도 작아졌다. 그 외에도 송수신 음질이 깨끗해지고 완벽한 FM 스테레오 방송이 가능하게 되었다.

전파는 파장에 따라 전리층에서 반사되거나 전리층을 뚫고 나간다.
헤르츠가 실험으로 일으켰던 전자기파는 비교적 주파수가 작은 전파였다. 그런데 헤르츠의 실험 장치로서는 이 전파를 어느 한 순간만 낼 수 있었기 때문에 헤르츠는 이 전파가 이용될 것이라고는 생각지 못했으나 공간을 통하여 전해지므로 전파를 이용하면 전선 없이도 통신을 할 수 있다는데 착안한 이탈리아의 마르코니가 실험을 거듭하여 마침내 1895년 무선전신에 성공하였다.
마르코니가 발명한 무선전신기의 송신기에는 유도코일과 스위치 역할을 하는 키가 붙어 있고, 수신기에는 소리를 내는 버저와 전지, 그리고 코히러라는 장치가 연결되어 있었다.
코히러는 일종의 검파기로서 유리관 속에 니켈가루를 넣고 그 양 끝에 전극을 꽂은 것이며, 또한 송신기와 수신기에는 금속막대를 높이 세운 안테나와 금속막대를 땅 속에 묻는 접지가 있었다.송신기의 키를 누르면 유도코일에 전류가 흐르고 이 유도코일에 연결된 철사 틈에서 불꽃 방전이 일어나 전파가 발생한다. 이 때 이 전파는 안테나와 접지를 통하여 공중과 땅 속으로 각각 퍼져 나가 수신기의 안테나와 접지로 전해진다. 이 전파는 결국 코히러에 전류를 흐르게 하고 이 전류는 버저에 전해져 소리를 내는데 이 때 나오는 소리를 듣고 신호를 알 수 있다.

마르코니의 무선 전신기는 전파를 모르스 부호에 따라 짧게 또는 길게 내보내어 통신을 하는 것으로, 이후 전파를 이용하면 부호가 아닌 말소리도 보낼 수 있다고 믿은 과학자들이 연구를 거듭하다가 방전관의 일종인 진공관을 발명함으로 가능케 되었다. 
여기서 발전하여 개인용 휴대 전화에서 음성 신호를 실어 나르는 역할 뿐 아니라, 텔레비전 방송국에서는 영상과 음성을 전자기파에 실어 가정까지 보내며, 보이저 2호가 머나먼 해왕성 근처에서 찍은 영상도 전자기파를 통해 지구까지 전송하게 되었다. 이 같이 전자기파는 우리 눈에는 보이지 않지만 우리에게 없어서는 안 될 중요한 역할을 하고 있다.

5. 진공관
진공관은 진공의 유리관 속에 2개 이상의 금속 전극을 넣고 이 금속 전극 사이에 전자가 흐르도록 한 장치로서 진공관은 전극의 수에 따라 2극 진공관, 3극 진공관, 다극 진공관으로 나눈다.

  < 진공관의 구조
2극 진공관은 (-)극인 필라멘트를 전류로 직접 가열하거나 이 필라멘트로 금속 통 모양의 캐소드(진공관의 음극)를 가열하면 (-)극에서 열전자라 불리는 전자들이 방출되며, 2극 진공관의 두 극에 교류를 걸어 주면 캐소드가 (-)극이 되고 플레이트가 (+)극이 될 때에만 전류가 흐르므로 결국 한쪽 방향으로 전류가 흐르게 된다. 즉, 교류가 직류로 바뀐 것이다. 이 처럼 2극 진공관이 교류를 직류로 바꾸는 작용을 2극 진공관의 정류작용이라 한다.
3극 진공관은 1906년 미국의 드 포리스트가 발명하였는데, 2극 진공관의 캐소드와 플레이트 사이에 가는 철망 모양의 극인 그리드를 끼워 넣은 것이다.3극 진공관의 그리드는 (-)극 가까이에 설치되어 그리드의 전위를 약간만 변화시켜도 양극 전위를 크게 변화시키는 효과를 얻을 수 있어서 그리드는 캐소드에서 플레이트로 가는 열전자들의 흐름을 많게 한다. 따라서 약한 교류전압을 그리드에 걸더라도 플레이트에는 이 교류전압이 크게 확대되어 나타난다. 이와 같이 3극 진공관은 약한 교류전압을 크게 하는 작용이 있는데 이 작용을 증폭작용이라 한다.3극 진공관은 증폭작용 외에도 주파수가 큰 교류인 고주파 전류를 만들어 내는 발진작용과 고주파 전류에 포함된 주파수가 작은 저주파 전류를 뽑아내는 검파작용을 한다.

6. 반도체
물질에는 전기를 잘 통하는 도체와 전기를 통하지 않는 부도체 곧 절연체가 있다. 그런데 도체만큼은 전기를 잘 통하지 못하지만 절연체보다는 훨씬 잘 통하는 물질이 있는데 이러한 물질을 반도체라 한다. 대표적인 반도체 물질로는 규소(Si), 게르마늄(Ge)등이 있다. 이러한 반도체 물질에 각각 어떤 물질을 섞고 이들을 연결하면 진공관의 역할을 하므로 오늘날 여러 가지 통신장치에 널리 쓰이고 있다. 

  < 발광 다이오드

반도체의 원자들은 전자로 이어져 있다. 이 반도체에 어떤 물질을 섞으면 섞는 물질에 따라 반도체 안의 전자가 모자라거나 남게 된다. 전자가 모자라는 반도체에는 빈자리가 생기게 되는데 이 빈자리를 정공(hole)이라 한다. 반도체 중에서 정공이 남는 것을 p형 반도체라 하고 전자가 남는 것을 n형 반도체라 한다. 그리고 이 두 종류의 반도체를 맞붙여 놓은 것을 다이오드라 한다.

7. 다이오드
다이오드의 p형 반도체에 전지의 (+)극을 연결하고 n형 반도체에 (-)극을 연결하면 전류가 흐른다. 그러나 전극을 반대로 연결하면 다이오드에 전류가 흐르지 않는다. 이러한 다이오드의 성질은 2극 진공관의 성질과 같다고 할 수 있다. 곧 다이오드도 교류를 직류로 바꾸는 정류 작용을 한다.

   < pn 접합 다이오드

 < 다양한 모양의 트랜지스터

p형과 n형의 반도체를 3개 붙여 놓은 것이 트랜지스터다.

트랜지스터는 반도체를 어떻게 연결하느냐에 따라 pnp형 또는 npn형 트랜지스터로 나눈다.

8. 트랜지스터
트랜지스터는 3극 진공관의 역할을 하며 진공관에 비하여 부피가 아주 작을 뿐만 아니라 소비 전력이 매우 작다는 장점이 있어서 라디오 · 텔레비전 · 통신 기기 · 전자계산기 등에 널리 쓰인다.

트랜지스터와 같은 개별적인 반도체 소자 수십~수십만 개를 아주 작은 실리콘 칩에 한데 모아 집어넣은 것을 집적회로(IC)라고 한다.

9. 집적회로(IC)
집적회로에는 수백 개에서 천 개 정도의 반도체 소자를 실리콘 칩에 집어넣은 집적회로(IC), 수만 개를 집어넣은 고밀도 집적회로(LSI), 수십만 개의 반도체 소자를 집어넣은 초고밀도 집적회로(VLSI)가 개발되는 등, 지속적이고 다양한 연구 및 개발과정이 있었다.

  < 집적회로(IC)

초고밀도 집적회로는 수십 년간 경이적인 발전을 이루었다. 이렇게 반도체 소자를 소형화하여 집적도를 높이는 것은 통신기기나 컴퓨터를 비롯한 다양한 전자기기의 크기를 최소로 줄일 수 있고, 또한 처리 속도를 증대시킬 수 있기 때문이다. 현재도 정보의 원활한 처리를 위하여 소형화, 저 전력화, 고속화를 위한 연구가 지속되고 있다.
집적회로를 이용한 것 중에 가장 대표적인 것에는 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)가 있다.

10. 무선통신의 이용
무선통신에서 가장 중요한 것은 전자기파의 특성인 파장과 주파수인데 주파수의 단위는 ㎐다.
무선통신의 전송은 정보를 반송파의 진폭, 주파수, 지속시간 변조라는 과정을 통해 반송파에 싣는다.
진폭변조(AM)는 반송파에서 최저 최고의 양쪽에 측파대 주파수를 두고 파의 세기를 변조시켜 전송하며, 주파수변조(FM)는 진폭 대신에 주파수에 변화를 주어 필요한 정보를 송신기에서 수신기로 전송하는 것이며, 지속시간변조는 어떤 시간 동안만 일정한 음을 전송하고 멈췄다가 다시 전송하는 것을 되풀이하는 보다 단순한 전송방식으로 모스 부호 전송이 그 예다. 각 방송국은 전용주파수를 할당받아 다른 방송국의 신호와 겹치지 않도록 하며, 남은 주파수들은 선박이나 항공기의 항해, 양방향의 음성전달, 우주나 위성과의 교신 등에 사용된다.
전자기파의 이용엔 2가지의 특성이 가장 중요한데 파의 길이인 파장과 일정한 시간 동안의 반복 횟수인 주파수(진동수)로서 주파수의 단위는 ㎐(헤르츠)로 표시하며, 무선통신에 쓰는 전송주파수는 30㎓(3×1010㎐) 범위까지 이르며, 주파수가 높아질수록 파장은 짧아지는데 이것은 모든 파가 빛의 속도(약 30만㎞/s)로 진행하기 때문이다.

11. 주파수(Frequency)
진동운동에서 물체가 일정한 왕복운동을 지속적으로 반복할 때 단위시간당 반복운동이 일어난 횟수를 진동수(주파수)라 한다. 쉽게 말하면 ‘1초에 몇 번 떨리는 지를 나타낸 것’이라 할 수 있으며 단위는 헤르츠(Hz)다.
사람이 말을 하면 성대를 통해 입 밖으로 울림이 발생하고 이런 울림이 공기를 매질로 상대의 고막에 전달되어 소리를 들을 수 있게 된다. 사람이 낼 수 있는 음성 주파수는 최저 87Hz(1초에 진동이 87번 일어남)에서 최고 1,200Hz며, 사람이 들을 수 있는 음파의 주파수(가청주파수 : Audio Frequency)는 15~20,000Hz다.

12. 이동통신(휴대폰)
대역폭(Bandwidth)
초음파를 이용하여 통신하는 무선기기들이 혼선 없이 자신의 무선 신호를 찾아내려면 다른 신호와 겹치지 않는 주파수 영역을 가져야 하는데 이를 대역폭이라 한다. 따라서 무선통신에서 엉뚱한 주파수를 잘못 사용할 경우 범죄나 사고가 일어날 수 있으므로 정부에서 용도에 따른 주파수 분배를 한다.
주파수 대역에 따른 특성
주파수의 대역에 따라 신호가 갖게 되는 특성이 다른데, 주파수는 파장과 반비례하며 낮은 주파수 대역은 속도가 떨어지는 대신 파장이 길기 때문에 장애물을 만나도 자연스럽게 굴곡 되어 먼 거리까지 전파가 가능하고, 주파수가 높을 경우 대량의 데이터 전송을 빠르게 할 수 있는 장점이 있지만 직진성이 증가해 장애물을 만나면 반사되어 수신 거리가 짧아지는 단점이 있다. 때문에 낮은 주파수는 원거리까지 도달하는 것이 중요한 항공, 선박 항로의 안내용으로 쓰이고, 이동통신 및 무선 랜 등은 300MHz~30GHz 대역에 들어가는 전파를 사용한다.
무선 이동통신의 세대별 특징
1세대 이동통신(1G : 아날로그) : 1세대 통신은 음성을 변환 없이 아날로그로 전송하는 아날로그 통신으로 음성 용량이 크고 전송속도의 한계가 있어서 이용자가 많아질 경우 주파수 부족 문제가 발생할 수 있는데, 이는 이미 7~80년대에 예견된 일이었다.
2세대 이동통신(2G : CDMA(Code division multiple access)) : 2세대 통신기술은 디지털 통신으로 음성신호를 0과 1인 디지털 신호로 압축하여 보내기 때문에 용량이 작고 주파수를 효율적으로 쓸 수 있게 해주며 전송속도가 Kbps 단위까지 빨라졌기 때문에 문자와 텍스트 수준의 인터넷이 가능하게 되었다.
3세대 이동통신(3G : WCDMA(Wideband Code division multiple access)(HSDPA)) : 2007년 한국에서 WCDMA망이 상용화 되었고, WCDMA HSDPA는 이론상 14.2Mbps까지 데이터 통신이 가능한 초고속 무선망으로 빨라진 데이터 통신 속도로 영상통화가 가능하고 멀티미디어 수준의 인터넷이 가능해졌으며, 유심 칩을 탑재하여 금융서비스도 할 수 있게 되었다.
통신사별 주파수 영역의 특징
1,2세대 : 1,2세대 국내 이동통신사 주파수는 SK텔레콤이 800MHz 대역폭을, KT, LGT는 1.8GHz의 대역폭을 사용하였는데, 통신사업을 먼저 시작한 SKT는 ‘황금주파수’라고 불리는 800MHz 주파수 대역을 선점하여 주파수 도달 거리가 멀고 통화품질이 우수하여 산속이나 지하에도 송수신이 잘 되었다. 반면에 KT, LGT가 사용하는 1.8GHz대의 주파수 영역은 직진성이 강해 장애물을 만나면 반사되기 때문에 통화 불통지역이 나와서 KT, LGT는 SKT 기지국의 1.73배 가량을 더 투자해야 SKT 같은 통화품질을 할 수 있는 실정이었다.
3세대 : 2004년 통신사들은 2G에서 3G 통신망을 서비스하기 위해 새로운 3G 통신망을 깔기 시작하여, SKT와 KT는 WCDMA망을 설치하였고, LGT는 CDMA 방식에서 진보된 CDMA Rev. A로 업그레이드하였다.
SKT와 KT의 WCDMA : 3G WCDMA로 마케팅을 먼저 시작한 KT(F)는 2007년 WCDMA망을 서울과 수도권에 설치하고 SHOW라는 슬로건으로 영상통화가 가능하다고 하였다. SKT 역시 T라는 슬로건으로 3G 영상통화를 광고하였으나, 초기엔 기지국이 적어 불통지역으로 인해(3G의 경우 SKT와 KT 모두 2.1GHz대의 주파수를 사용하며, 주파수가 높아질수록 더 많은 기지국이 필요함) 사용자의 불만이 많아 3G폰을 구입한 사용자가 다시 2G 폰으로 바꾸기도 하였다. 그 후 기지국 증설로 안정화 되었고, 따라서 SKT와 KT가 같은 주파수대의 전파를 사용하여 2G에서 가졌던 SKT의 통화품질의 우위가 3G에서는 사라졌다.
LGT의 CDMA Rev.A : SKT와 KT의 영상통화 마케팅과 달리 LGT는 OZ라는 슬로건으로 WCDMA가 아닌 3G CDMA Rev. A라는 기술을 적용하여(1.7GHz) 기존 통신사에서 제공하던 텍스트형 인터넷이 아닌 실제 인터넷 페이지 접속이 가능한 ‘풀 브라우징 인터넷’을 주력하여, 파격적인 가격과 인터넷 서비스를 통해 독자적인 영역을 구축하였다.

13. 전파통신
일반적인 무선 통신은 전파를 이용하는 무선 통신을 말하며, 흔히 RF(Radio Frequency) 통신이라 불린다.
전파를 이용한 무선 통신의 기본원리는 라디오와 같은데, 보내고자 하는 정보를 전파로 변조하여 전력증폭기(PA, Power Amplifier)를 통해 전파를 송출하고 수신하는 측에서는 수신된 전파를 복조하여 정보를 수신한다. 쌍방향 무선 통신은 송신 주파수(Tx, Transmit Frequency)와 수신 주파수(Rx, Receive Frequency)를 별도로 두어 동시에 송수신이 가능하도록 고안된 무선 통신이다.
무선통신의 종류로는 무전기, 이동통신, 주파수공용무선통신시스템, 위성전화와 같은 음성 정보 전달을 주요 목적으로 하는 통신과 무선 인터넷, 와이브로, HSDPA와 같은 데이터 정보 전달을 주요 목적으로 하는 통신이 있다.
광무선통신은 옛날의 봉화대가 이에 해당하며 적외선을 이용하는 근거리 리모콘, 레이저를 이용하는 광무선통신 등이 있으며, 인공위성-인공위성, 인공위성-지상 간 통신을 위해서 사용되기도 한다. 레이저의 경우 RF에 비해 광대역이며 방사각이 매우 작아 외부 간섭에 강하며 전자기적 잡음에도 장점이 있다. 대신 송수신간 정밀한 정렬을 필요로 한다.