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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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김정은, 2018년 서울답방 하루전 취소 [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 문재인 정부 당시인 2018년 12월 김정은 북한 국무위원장이 서울 방문 일정을 확정하고도 "정치국 위원들이 반대한다"는 이유를 들어 남북 공동발표 하루 전 취소했다는 주장이 19일 제기됐다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 남북 정상회담 개최를 위한 대북 특사로 2018년 3월 5일 평양을 방문한 정의용 당시 청와대 국가안보실장이 김정은 북한 국무위원장에게 문재인 당시 대통령의 친서를 전달하고 있다. 왼쪽부터 윤건영 청와대 국정상황실장, 서훈 국가정보원장, 천해성 통일부 차관, 정의용 특사, 김정은, 김여정 노동당 제1부부장(당시 직책). [사진=청와대 제공] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 당시 남북 정상회담 개최를 위한 대북특사 역할을 맡았던 윤건영 더불어민주당 의원은 저서 '판문점 프로젝트'(김영사)에서 "김정은 위원장이 9월 문재인 당시 대통령의 평양 방문과 정상회담이 열린 이후 12월 13~14일 서울을 방문키로 약속했다"면서 "삼성전자와 남산타워‧고척돔 방문 등 일정이 잡혀 있었다"고 밝혔다. 비밀리에 답방을 추진하기 위해 '북한산'이란 코드네임도 붙였고, 경호문제 등을 고려해 숙소는 남산에 자리한 반얀트리호텔로 정했다. 윤 의원은 책에서 "남북한은 11월 26일 김정은의 서울 답방을 공동 발표키로 했지만, 하루 전 북측이 "정치국 위원들이 신변안전을 우려해 '도로를 막겠다', '위원직을 사퇴하겠다'며 결사 반대한다"는 입장을 전해와 무산됐다고 주장했다. 북한은 당시 "김 위원장도 정치국 위원들의 뜻을 무시하고 서울을 방문할 수 없다"고 전해왔고, 우리 측이 문 당시 대통령의 신변안전 보장 서한을 전달했지만 결국 성사되지 못했다는 게 윤 의원은 설명이다. 하지만 김정은의 결정을 노동당 정치국 위원들이 반대했다는 건 북한 체제의 특성상 논리가 맞지 않는 것으로, 서울 답방을 하지 않으려는 핑계에 불과한 것으로 보인다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 지난해 12월 9~11일 열린 노동당 제8기 13차 전원회의에서 김정은 노동당 총비서 겸 국무위원장이 간부들과 이야기 하고 있다. [사진=노동신문] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 김정은의 아버지인 김정일 국방위원장도 2000년 6월 평양 정상회담 공동선언에서 '서울 답방'을 약속했지만, 10년 넘게 지키지 않았고 결국 2011년 사망했다. 윤 의원도 책에서 "북측은 김 위원장의 경호와 안전 문제로 노동당 정치국이 유례없이 반발한다는 다소 황당한 근거를 내세웠지만 실제로는 미국의 (북미대화) 압력에 순응한 것"이라고 분석했다. 당시 청와대 국정실장을 맡고 있던 윤 의원은 정의용 안보실장 등과 함께 2018년 3월과 9월 평양을 방문해 특사 자격으로 김정은과 만났다. 윤 의원은 책에서 그해 3월 5일 평양 노동당 본부청사에서 만났을 때 김정은이 "김일성 주석의 유훈인 조선반도(한반도) 비핵화 원칙이 달라진 건 없다"며 "군사적 위협이 제거되고 정전 체제에서 안전이 조성된다면 우리가 핵을 보유할 이유가 없다"고 말한 것으로 전했다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 김정은 북한 국무위원장과 리설주 부부가 2018년 4월 1일 남측 예술단의 평양공연을 관람한 뒤 가수들과 기념촬영을 했다. 김정은 오른쪽이 가수 백지영 씨. [사진=뉴스핌 자료] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 또 면담을 마치면서 "비인간적 사람으로 남고 싶지 않다"며 자신을 믿어달라는 입장도 밝힌 것으로 윤 의원은 덧붙였다. 하지만 김정은은 이듬해 2월 자신의 핵 집착과 회담 전략 실패 등으로 북미 하노이 정상회담이 파국을 맞자 문재인 대통령을 항해 "삶은 소대가리" 운운하는 격렬한 비방을 퍼부었고 남북관계는 현재까지 파국을 면치 못하고 있다. 김정은은 2년 전부터 남북관계를 적대관계로 규정하고 '한국=제1주적'이라며 차단막을 쳐왔다. 윤 의원은 김정은이 2018년 4월 1일 남측 예술단의 평양 공연 때 가수 백지영 씨가 부른 노래 '총 맞은 것처럼'을 듣고 "북측 젊은이들이 따라 부르면 심각한 상황이 오겠다"는 언급을 한 것으로 전했다. 김정은은 2020년 12월 반동사상문화배격법을 만들어 한국 드라마와 영화를 단순 시청하는 경우에도 징역 5~15년을 선고하는 등 한류문화를 철저하게 단속하고 있다.   [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 2018년 남북 정상회담 대북특사 비화를 담은 윤건영 더불어민주당 의원의 책 '판문점 프로젝트' [사진=김영사] 2026.01.19 yjlee@newspim.com yjlee@newspim.com 2026-01-19 07:46
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李대통령 국정지지율 53% [리얼미터] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 3주만에 하락세로 53.1%를 기록했다는 여론조사가 19일 나왔다. 여론조사 리얼미터가 에너지경제신문 의뢰로 지난 5일부터 9일까지 전국 18살 이상 유권자 2516명을 대상으로 이 대통령 국정수행 평가 조사를 실시한 결과다.  이 대통령이 '잘한다'는 긍정 평가는 지난주보다 3.7%포인트(p) 낮은 53.1%였다. 이재명 대통령과 여야 6개 정당 지도부가 16일 오후 청와대 상춘재에서 오찬 간담회를 하고 있다. [사진=청와대] '잘못한다' 부정평가는 4.4%p 오른 42.2%였다. 긍·부정 격차는 10.9%p다. '잘 모름' 응답은 4.8%였다. 리얼미터 측은 "코스피 4800선 돌파와 한일 정상회담 등 경제·외교 성과가 있었는데도 정부의 검찰개혁안을 둘러싼 당정 이견 노출과 여권 인사들의 공천헌금 의혹 등 도덕성 논란이 겹치며 지지율이 하락세를 보였다"고 분석했다. 지난달 15∼16일 전국 18살 이상 1004명을 대상으로 한 정당 지지도 조사에서는 더불어민주당 42.5%, 국민의힘 37.0%의 지지율을 보였다. 민주당 지지율은 5.3%p가 떨어지며 4주 만에 하락세로 빠졌다. 국민의힘은 반면 3.5%p 상승하며 4주 만에 반등했다. 개혁신당 3.3%, 조국혁신당 2.5%, 진보당 1.7%였다. 무당층은 11.5%였다. 리얼미터는 민주당의 경우 강선우·김병기 의원 공천헌금 의혹 수사 본격화로 도덕성 논란이 지지율 하락 원인이라고 분석했다. 중대범죄수사청(중수청)과 공소청법을 둘러싼 당정 갈등도 지지율 하락 원인으로 봤다.  반면 국민의힘은 특검의 윤석열 전 대통령 사형 구형과 한동훈 제명 논란으로 대구·경북(TK)과 보수층 등 전통 지지층이 결집한 것이 지지율 반등 원인이라고 리얼미터 측은 분석했다. 대통령 국정수행 지지도 조사는 신뢰수준 95%에 표준오차는 ±2.0%p, 정당 지지도는 95% 신뢰수준에 표본오차 ±3.1%p다. 대통령 국정수행 지지도 조사 응답률은 4.5%, 정당 지지도 조사 응답률은 3.8%였다. 보다 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-01-19 09:25
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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.
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