항상 손에 쥐고 있는 스마트폰, 첨단 기술의 집약체인 만큼 전자파의 영향은 없을지 궁금합니다. 국제적으로 무선 기기에서 나오는 전자파가 인체에 영향을 주는 정도를 정량화하고 안전 기준이 마련돼 있습니다. 전자파 흡수율, 즉 SAR(Specific Absorption Rate)란 인체 조직의 단위 질량당 흡수된 전자파 에너지량(단위: W/kg)을 뜻합니다.

SAR에 대한 국제 기준은 크게 두 가지가 있습니다. 한국·미국·캐나다 등은 IEEE(국제전자전기기술자협회)가 정한 규격을 따르며, 유럽·일본·중국 등은 WHO(세계보건기구) 산하 ICNIRP(국제비전리방사보호위원회)의 권고를 기준으로 합니다. 머리(Head)와 몸통(Body)으로 구분해서 SAR를 검사합니다. 실제 사용 환경에서 한계치에 노출될 가능성은 매우 적지만, 전자파가 최대로 방사되는 조건에서 측정합니다. SAR 기준을 충족한다는 공인 인증을 받아야 스마트폰·태블릿·웨어러블 등 무선 기기를 각국에 출시할 수 있습니다.

삼성전자는 홈페이지에 모델별로 SAR 수치를 공개합니다. 한국에서 SAR 최대 기준은 1.6W/kg입니다. △갤럭시 S8의 경우 머리 0.546W/kg, 몸통 0.616W/kg △갤럭시 노트8의 경우 머리 0.597W/kg, 몸통 1.06W/kg 등 국제 기준보다 훨씬 낮은 걸 볼 수 있습니다. 삼성전자는 스마트폰 개발 초기부터 SAR를 낮출 수 있는 최적의 설계를 적용합니다. 또한, 개발부터 양산에 이르기까지 많은 단계에서 꾸준히 SAR를 검증하며 엄격한 수준으로 관리하고 있습니다.

▲<표> 2017년 한국에 출시된 주요 모델별 SAR

전자파 흡수율, 어떻게 측정할까?

우선, 완벽한 측정 공간이 필요합니다. SAR 챔버는 다른 전파가 들어오지 않고 일정 온도를 유지하는 등 변수를 차단한 공간입니다. 인체 형상의 기구에 스마트폰을 부착해놓고 전파를 최대로 출력하는 상황에서 SAR를 측정합니다. 기구 안에는 특수 용액이 들어 있습니다. SAR에 영향을 미치는 유전율과 전도도를 인체 조직과 유사하게 제작한 액체입니다.

하나의 제품이라도 수많은 측정이 필요합니다. 머리와 몸에서 좌우 위치마다 주파수를 바꿔가며 측정합니다. 국가별로 사용하는 주파수 대역이 다르고, LTE 등 통신 기술 발전에 따라 새로운 주파수 대역도 확대되기 때문에 SAR 검사도 더욱 늘어났습니다.

 
▲SAR 측정 챔버

전자파 흡수율과 안테나의 뗄 수 없는 관계는?

SAR는 스마트폰에서 전파를 송·수신하는 안테나와 직결됩니다. 전파를 최대로 주고받으면 통신 성능은 물론 좋아지겠지만, 그만큼 SAR가 높아집니다. 안테나 성능을 저하시키지 않으면서도 SAR를 낮추는 기술이 바로 삼성 스마트폰의 경쟁력입니다.

인체로부터 거리가 1mm만 멀어져도 SAR는 크게 감소합니다. 삼성 스마트폰에서 메인 안테나는 머리에서 좀더 멀어지도록 주로 스마트폰 하단에 자리잡습니다. 하지만 안테나 위치에 대한 정답은 없습니다. 모델별로 디자인과 내부 구조가 다르고 미세한 차이에도 안테나 성능이 영향을 받기 때문입니다. 안테나 성능과 SAR 기준을 모두 만족시키는 건 모델마다 새로운 도전입니다.

▲머리 부분의 SAR를 측정하는 모습

안테나 개발자가 스마트폰 디자인에 참여하는 이유는?

디자인 트렌드는 안테나 개발의 양상을 변화시켰습니다. 요즘 스마트폰은 메탈 프레임을 많이 채택하는데, 안테나가 바로 이 프레임에 탑재됩니다. 디자인이 나오는 순간 안테나 구조도 이미 설계되는 셈입니다. 갤럭시 S8과 노트8 같은 엣지 디스플레이에선 메탈 프레임의 폭이 더욱 좁아졌고, 곡면 디자인의 미세한 변경도 안테나에 영향을 미칩니다.

따라서, 디자인 단계에서부터 안테나 성능과 낮은 SAR를 어떻게 구현할지 빠른 판단이 필요합니다. 안테나와 머리 사이의 거리는 물론 프레임의 크기와 형태, 통신을 위해 틈새를 내는 부분, 손으로 잡는 위치 등을 다각적으로 검토해야 합니다. 안테나 개발과 디자인은 별개의 영역처럼 여겨지지만, 누구보다도 긴밀하게 협력하고 있습니다.

국제 기준보다 통과하기 어려운 목표는?

삼성전자는 안테나 설계와 성능 검증을 ‘안테나 디자인 스튜디오’로 체계화했습니다. 개발 도중에 안테나 설계를 수정하기 어렵기 때문에, 제품 실물이 없는 상태에서부터 사전 시뮬레이션 하는 방법들을 일련의 시스템으로 통합한 것입니다. 샘플이 나오면 사전 실험과 실제의 차이를 분석해가며 제품을 완성하게 됩니다. SAR가 목표보다 높게 나오면 그 원인을 찾아 해결하고, 동시에 안테나 성능도 확보하는 노하우를 발휘하고 있습니다.

특유의 노하우는 웨어러블 제품에도 적용됩니다. 기어 S3와 기어 스포츠 등 최신 스마트워치는 바디 안에 안테나가 탑재됐습니다. 손목에 딱 붙는 스트랩 대신 바디에 안테나가 들어감으로써 SAR를 낮출 수 있습니다. 바디의 메탈 소재는 전파에 영향을 주기 때문에, 안테나 구현에 고도의 기술력이 필요합니다.

안테나 자체뿐 아니라 특화된 전문 분야를 연구하는 개발자들도 있습니다. 예를 들어, 스마트폰 도료의 금속 성분이 안테나 성능과 관련되는지 파악하기 위해 스마트폰의 CMF(색상(Color)·소재(Material)·마감(Finishing)을 아우르는 디자인) 특성을 연구하는 거죠.

삼성전자 스마트폰 개발진은 SAR에 관한 국제 기준보다 삼성 자체 목표를 충족하는 게 더 어렵다고 입을 모읍니다. 삼성전자는 디자인·개발·제조 환경에 맞게 전파 관련 기술력을 강화하고 있습니다. 품질과 안전을 위한 노력은 앞으로도 계속됩니다.

▲스마트폰에서 나오는 전파를 실험하는 각종 실험실의 모습

물론 정해진 시간마다 반대편 봉수대를 바라봐야 하는 수고스러움이 있었겠지만, 전 ‘봉수제도’가 우리나라 통신 기술의 시초가 아니었을까 생각하는데요. 그에 비하면 요즘은 주머니 속 휴대전화만 꺼내면 언제 어디서든 통신이 가능하니 이 얼마나 편안한 세상인가요.

그런데 한 번쯤 ‘휴대전화가 어떻게 인터넷에 접속하고, 다른 사람에게 전화를 거는지’ 생각해 보신 적 있으신가요? 오늘 전 통신을 가능하게 하는 ‘현대판 봉수대’ 얘길 들려드리려고 합니다.

우리가 휴대전화로 통화하고, 인터넷망 혹은 모바일용 메신저 프로그램에 접속하기 위해선 몇 가지 장치가 필요합니다. 무선이동통신을 가능하게 하는 이 장치엔 크게 휴대전화, 기지국, 교환국 등이 있는데요. 이들은 사용자의 목소리 혹은 입력한 홈페이지 주소를 이진법으로 변환하는 등 다양한 역할을 수행합니다.

휴대전화 신호를 직접 받는 기지국과 이와 연결된 교환국은 우리가 빠르고 안정된 속도로 통신 서비스를 제공받을 수 있도록 돕는 곳인데요. 한국과 중국에서 선풍적인 인기를 끌었던 드라마 ‘별에서 온 그대’를 보면 통화 연결된 기지국을 추적해 사용자의 위치를 파악하는 장면이 나오기도 하죠.

혹시 이 장비를 본 적 있으신가요? 사실 이 장비는 안전한 장소에 숨어 있는 경우가 많은데요. 우리가 볼 수 있는 건 이 장비와 연결된 안테나뿐이죠.

대부분의 사람들이 안테나 근처에 있으면 통화가 더 잘될 거로 생각하는데요. 대답은 “노(No)!” 입니다. 삼성전자를 비롯한 이동통신산업 전반은 언제 어디서나 고르고 좋은 이동통신서비스를 제공하기 위해 노력하고 있는데요. 덕분에 대부분의 지역에서 우수한 이동통신서비스를 즐길 수 있는 거랍니다.

삼성전자는 모바일 기기뿐 아니라 더 빠르고 안정적인 이동통신 서비스를 제공하기 위해 다양한 장비를 개발하고 있는데요. 사용자들의 더 나은 이동통신생활을 위해 끊임없이 노력하고 있으니 많이 기대해주세요.

프린터는 인쇄만 잘 되면 된다는 생각은 No!

뛰어난 성능은 물론, 튼튼한 내구성과 함께 사용자의 안전까지 고려한 프린터가 있습니다.

기후 테스트부터, 충격 및 낙하 테스트까지……

뭔가 특별한 것이 있는 삼성 프린터 이야기, 지금부터 함께 들어볼까요?

#1. 추위도 더위도 OK!_ 기후 테스트

장마가 한창인 무더운 7월의 어느 날, 저 두꺼운 외투는 뭥미?! 하신 분 있으세요? ^^:;

이곳은 바로, 두꺼운 외투를 입고 들어가야 하는 영하 5도의 프린터기 실험실이랍니다.
손 시린 이곳에서도 삼성 프린터는 출력을 거침없이 해내야, 품질 테스트를 통과할 수 있답니다! 씽씽~

뿐만 아니라, 가만히 서 있기만 해도 땀이  뻘뻘 나는 옆 실험실의 온도는 30도! 습도는 무려 84.7%나 되는데요. 이 덥고 습한 곳에서도 삼성 프린터는 강인하게 견뎌내야 합니다!

또한, 위와 같은 특수한 조건의 실험실에서 적게는 1,000매, 많게는 7,000매까지 프린트를 하는데요.

마치, 악 조건 속에서 100m부터 마라톤까지 해내는 천하무적 육상선수 같네요. (헥헥… ;;)

한편, 실험에 사용되는 국가별 용지 타입만 해도 무려 20가지가 넘는답니다. 정말 어마어마한 실험군이죠?!

#2. 흔들기, 누르기도 모두 OK!_ 충격 테스트

 삼성 프린터는 고객에게 무사히 전달되기까지, 유통과정에서 발생하는 충격을 모두 모두 견뎌내야 하는데요!

이러한 내구성을 테스트하기 위해, 제품을 트럭에 싣고 달리는 과정을 가정한 진동 실험을 2시간 동안 진행합니다.

뿐만 아니라, 유통과정에서 다른 수화물들과 함께 전달되는 상황을 가정하여,

무거운 물건을 위에 올려 놓는 압축 실험까지 야무지게 실시하는데요. 정말 철두철미하죠?! ^^

#3. 떨어 뜨려도 OK!_ 낙하 테스트

세 번째로 소개해드릴 실험은 바로 낙하입니다.

배송 과정에서 발생할 수 있는 낙하 상황을 가정하여, 낙하 면을 바꿔가며 10번씩 떨어 뜨려 파손 및 정상 인쇄 여부를 확인하는데요.

열심히 만든 제품을 던져야 하는 아픔이, 튼튼한 제품 탄생의 기쁨으로 피어나는 순간이네요! ^^

다시는 안 쓸 것처럼 떨어 뜨린 후, 프린터를 꼼꼼히 살피고 정상 인쇄 여부를 확인해 봅니다. ^^:;

테스트는 정말 인고의 과정인 것 같습니다! ㅎㅎㅎ

#4. 삐리리리~ 전자파도 OK!_ 전자파 테스트

공상 과학 영화에나 나올 법한 이 공간이 바로, ‘EMI 챔버’라고 불리는 전자파 측정 공간입니다.

출력 과정 중 프린터가 내뿜는 전자파를 측정하는 공간이지요.

이 공간에선 일정한 기준치를 정해 놓고 테스트를 실시한답니다.

두 개의 안테나를 통해 수평파와 수직파를 동시에 측정하며, 삼중 벽면을 통해 외부와의 차단에 완벽을 기하고 있죠. 한 치의 오차도 허용하지 않는 이 냉철함! (이젠 슬~ 슬~ 무서워지기까지 하는데요?! ☞☜ 크핫!)

이외에도 수많은 독특한 테스트가 진행됩니다. 그러한 다양한 테스트 과정을 거쳐, 삼성 프린터는 내구성과 성능을 갖춘 탄탄한 제품으로 탄생하게 되는 것이죠.

참~ 멀고도 험난하지요?! ^^;;

지금까지 전해 드린 삼성 프린터 실험실! 어떠셨나요??
여러분 곁에서 오래도록 든든하게 사용될 프린터를 만들기 위한 삼성전자의 노력이 느껴지시나요? ☞☜

오늘도 삼성 프린터 실험실은 전 세계의 고객을 만족시키기 위해 열심히 연구 중이랍니다.
내일 더 멋진 제품을 만들기 위해, 오늘도 열심히 노력하는 삼성 프린터, 그 빛나는 앞날을 많이 기대해주세용~~♡♡

아~ 4G로 뛰는 휴대폰 찾으시는구나!
갤럭시S2 LTE 안테나 개발자들을 만나다
국민 여동생 아이유에게 화장빨, 조명빨이 꼭 필요하다고 말하게 하는 광고, 원빈이 “컴퓨터 놔두고 스마트폰으로 다운을 다 받았습니다”라고 말하게 하는 광고. 눈 깜빡할 사이에 <나는 가수다> 무편집 영상을 다운 받아 버리는 뛰어난 속도를 자랑하는 광고. 이 모든 광고가 바로 4G LTE의 이동통신사 광고입니다.

이제 2G, 3G에 이어 4G의 시대가 다가왔는데요. 삼성전자에서도 곧 갤럭시S2 LTE이라는 강력한 4G 휴대전화를 출시할 예정입니다. 그런데 그 전에 도대체 4G LTE는 3G와 어떤 게 다른 걸까요? 갤럭시S2 LTE의 4G 안테나 개발에 참여한 안테나개발그룹 김진우 책임, 이현정 선임, 김지원 선임을 만나 4G와 갤럭시S2 LTE에 대해 들어봤습니다.

LiVE) 갤럭시S2 LTE의 출시가 얼마 남지 않았는데요. 가장 주목 받는 이유가 삼성전자가 국내에서 처음으로 출시하는 4G폰이라는 점입니다. 일반 소비자들에게 4G란 개념이 다소 낯설 수도 있는데요. 4G는 어떻게 이해해야 할까요?

김진우 책임  G(Generation)의 개념은 본질적으로 속도의 차이입니다. 각 세대가 넘어갈 때마다 서비스가 추가되었는데요. 1세대 아날로그 통신에 의한 음성 전송, 2세대 디지털 통신에 의한 음성과 문자 전송, 3세대 2세대 기능을 포함한 영상 전송, 그리고 4세대 자유로운 웹 전송 등 각 세대별 데이터 전송 속도가 증가하여 제공 서비스가 추가되었습니다.

흔히 WiBro와 WiMAX를 3.5세대로 부르는데요. 현재 LTE는 이론적으로 WiBro보다 조금 더 속도가 더 빠릅니다. WiBro부터 데이터 수신 용량을 늘이기 위해 단말기에 안테나를 몇 개 더 사용하게 되는데요. 그래서 영상 통화의 경우에는 더 선명하고, 데이터 수신도 더 빨라진 환경을 만들었기 때문에 4G라고 부르는 겁니다.

LiVE) 그렇다면 더 많은 데이터를 얻기 위해서 같은 크기의 제품이지만, 아까 잠깐 말한 것처럼 안테나의 개수가 늘어나는 건데요. 늘어난 안테나의 역할은 어떤 건가요?

이현정 선임  4G에서는 안테나 2개를 사용하게 되는데요. 하나는 송신과 수신을 동시에 하게 되고요. 다른 하나는 수신 전용 안테나가 됩니다. 그 전에 3세대나 3.5세대에서도 다이버시티라고 부르는 2개의 안테나를 사용하는 경우가 있었는데요. 그 경우에는 데이터를 받을 때, 첫 번째 안테나가 수신하지 못했을 경우 두 번째 안테나가 예비로 수신하게 됩니다. 하지만 이번 4G는 동시에 신호를 받아들이기 때문에 수신할 수 있는 용량이 커진 겁니다.

LiVE) 갤럭시S2 LTE가 조만간 출시될 예정입니다. 여러 가지 변화가 많이 있었을 텐데, 세 분이 참여한 안테나 쪽의 변화와 개발 당시 어려웠던 점은 어떤 게 있었나요?

김지원 선임  제품 개발을 할 때, 기존에 출시된 갤럭시S2에 안테나와 모뎀이 추가되어 개발됐습니다. 예전에 했던 것처럼 예비용 안테나를 넣는 개념과 비슷했는데요. 데이터 통신을 위해서 낮은 대역의 안테나를 넣는 게 되는 겁니다. 국내에서는 그런 식으로 개발하는 일이 거의 없었는데요. 국내에서 사용하는 CDMA 안테나와 LTE 안테나는 물리적으로 길이가 똑같습니다.

낮은 대역의 안테나를 넣으려면 공간이 많이 필요한데요. 하단에 1번 안테나를 장착하기 위해 제품 하단 쪽의 두께나 길이가 늘어나야 하는데, 이부분은  삼성전자가 가진 기술력으로 극복할 수 있었습니다. 하단에 2번 안테나를 같이 설치하는 것이 어려워서 제품 상단 쪽에 안테나를 위치했습니다. 그 밖에 구현이 어려운 부분은 기구팀과 하드웨어팀과의 협업을 통해서 많이 고쳐 나갔습니다.

LiVE) 삼성전자 휴대폰의 안테나는 하단부에 위치하는 게 일반적인데, 이번에는 상단부에도 안테나가 들어가게 된 이유가 있는 건가요?

이현정 선임  기존에 쓰던 메인 안테나에 LTE라는 서비스를 추가해서 서비스해야 하는 거잖아요. 메인 안테나에 안테나를 추가하면 서로 간섭이 일어나서 성능이 저하됩니다. 그래서 수신용 안테나를 제품 상단부에 넣은 거에요.

김진우 책임  안테나를 주파수를 담아 내는 깔때기라고 생각하시면 이해하기 쉬우실 겁니다. 하늘에서 빗방울이 떨어지는 데 같은 크기의 깔때기를 겹쳐서 놓으면 빗방울을 받는 깔때기의 면적이 줄어들게 되잖아요. 빗방울을 데이터라고 생각하고 깔때기를 안테나라고 본다면, 안테나가 받는 데이터 용량도 줄어듭니다. 그래서 동일한 주파수의 안테나는 일정거리를 떨어뜨려 안테나 간의 영향을 없앱니다. 그래야 데이터를 최대한 많이 받을 수 있게 되니까요.

LiVE) 기존에 출시된 삼성전자 휴대폰의 전자파가 인체에 흡수되는 양이 낮은 것은 이미 잘 알려져 있는데요. 갤럭시S2 LTE의 경우에는 지금 말씀하신 것처럼 안테나가 늘어났는데, 그렇게 되면 전자파 흡수율도 늘어나는 건 아닐까요?

김진우 책임  지금까지 하단에 안테나가 있었을 때, 전자파 흡수율 문제가 삼성전자 제품에서는 없었다는 건 이미 여러 기사를 통해 많이 알려진 내용입니다. 상단에 안테나가 들어갔는데, 전자파 흡수율에 변화는 없을까라는 의문이 생기는 게 당연할 겁니다. 그런데 상단 안테나는 아까도 말했듯이 수신용 안테나입니다. 쉽게 말하자면 안테나에서 에너지를 보내지 않는 거에요. 공중에 떠도는 에너지를 받는 수신용이기 때문에 기존 갤럭시S2 제품과 이 부분만큼은 별 차이가 없습니다.

LiVE) 그럼 마지막으로 제품을 받아볼 소비자에게 한 마디 부탁드립니다.

김진우 책임  삼성전자에서 출시한 국내 제품에서는 4G가 처음이라고 하지만, 삼성전자에서는 예전부터 러시아나 중국에서 출시되는 모델의 경우에는 안테나를 추가로 장착하는 기술을 자주 사용했습니다. 거기서 쌓였던 기술들이 지금 4G 안테나에도 적용된 겁니다.

예전부터 쌓아 온 노하우가 있는 삼성전자였기 때문에 LTE 안테나를 만들 때, 좀 더 수월했었습니다. 그래서 준비된 4G라고도 말씀드릴 수 있을 것 같습니다. 첫 모델이라 사실, 기구적인 면이나 디자인적인 면에서 기술적인 완성도를 높이기 위해서 노력을 많이 했습니다. 그렇기 때문에 안테나 성능은 다른 제품보다 더 좋을 겁니다. 뭔가를 가지면 뭔가를 버려야 하는 게 사실이지만, 이 모델 만큼은 최대한 노력해서 얻은 결과라서 마음껏 누릴 수 있는 휴대폰이라고 생각하셔도 좋습니다.

이현정 선임  저희보다는 오히려 다른 분들이 더 많이 고생한 제품이 아닐까 싶습니다. LTE를 소개하는 게 국내에서는 처음이잖아요. 삼성전자에서 처음으로 국내 출시하는 LTE 폰인 만큼, 디자인도 성능도 좋습니다. 저희 어머니가 삼성전자 제품에 관심이 많으셔서 제게 물어보곤 하시는데요. 부모님께도 그렇게 말씀드렸거든요. 지금 부모님이 피쳐폰을 쓰신다면 이번 갤럭시S2 LTE 출시에 맞춰서 바꿔 드려도 괜찮지 않을까 싶을 정도로 좋은 제품입니다.

김지원 선임  저희 뿐만 아니라 많은 분들의 노력이 더해져서 좋은 상품으로 탄생한 게 아닌가 싶습니다. 사용하시는 모든 분들이 준비된 4G를 즐길 수 있도록 잘 만들었구요. 잘 사용해주셨으면 좋겠습니다. 

준비된 4G. 결코 한 통신사의 카피가 아닌 삼성전자 갤럭시S2 LTE에도 통하는 말이 아닌가 싶습니다. 곧 출시될 갤럭시S2 LTE와 함께 4G로 뛸 준비 되셨습니까?

안테나는 토마스 에디슨에 의해 1885년 처음으로 특허가 승인된 기술이며 용어는 마르코니에 의해 가장 먼저 사용되었다. 전류/전압으로 표현되는 도체에서 통하는 전류를 전자파/전기파로 부도체(유전체)에서 전달되는 전자기파로 변환하는 게이트 역할을 하는 장치가 안테나로써 무선통신에서 알파요 오메가로 알려질 정도로 기본 장치에 해당한다.

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94년 통신 분야 연구개발에 몸담게 된 것이 계기가 되어 그 동안 이동통신 안테나 처리 관련 석사와 박사 학위 논문도 썼고 안테나 처리 관련된 굵직한 상도 두 번이나 받았다. 그렇지만 지난 WWDC 2010에서 Jobs가 발표한 아이폰 4의 설명을 들었을 때 외곽으로 둘러싼 안테나 기술은 잘 이해가 되지 않았다. 국제 이동통신 표준화에서 수년간 안테나 처리 분야 공식 Editor도 한 경험이 있는 터라 안테나 처리 관련해서 기본 상식은 알고 있다고 생각했었는데 아이폰 4의 새로운 안테나 형태는 아무래도 이해가 안되었었다. 뭔가 이상했다.

아니나 다를까 사건은 일어났다. 소비자들은 통화 품질이 좋지 않고 때로는 끊어지는 경우가 있다고 했고 그 이유로 새로운 안테나 구조를 들었다. 한 소비자가 Jobs에게 이상한 현상에 대한 메일을 보내면서 문제는 더 확대되기 시작했다. Jobs는 문제를 파악하여 현황을 전달하기 보다는 폰을 제대로 잡고 통화해야 한다(Just avoid holding it in that way)고 응대했던 것이다.

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한 소비자의 불만은 결국 Jobs가 2차 세계 시장 확대 발매 이전에 기자 회견을 갖고 시인과 사과를 하는 상황에 이르게 했다. 소비자의 승리였다. 그리고 내용은 어떻든 간에 최고 책임자인 Jobs의 신속한 대응에는 인간다움을 느끼게 했다. 그렇지만 내용은 정말 문제였다. 다른 회사들까지 물고 넘어간 것이다. 림사는 즉각 성명을 내고 “한가지 확실한 것은 블랙베리를 사용하는 고객들은 단지 (통화) 연결을 유지하기 위해 케이스를 사용할 필요가 없다”고 말했다.

이번 인터뷰 내용은 휴대폰 안테나 기술 설치의 어려움에서는 공감이 가지만 물타기식 접근은 무리수가 있었다. 휴대폰에 안테나를 설치하는 방법은 여러 가지가 있으며, 각 설치 방법은 서로 큰 차이가 없어 보여도 경험과 테스트를 통해 선택한 설치 방법의 작은 차이가 통화 품질에는 적지 않게 영향을 줄 수 있기 때문이다.

이번에 안테나를 밖에 내놓고 손으로 잡게 한다는 점은 안테나 처리 분야 엔지니어인 나에게도 익숙하지 않은 방법이다. 안테나는 전도체인 생체와 닿아서는 안 된다는 것이 안테나 분야 엔지니어들에게는 상식이다. 생체와 닿아도 되는 특수한 방법을 사용하고 있는 건지 아니면 정말로 몰라서 놓친 문제인지는 아직 분명하지 않다. 일반적인 방법으로 디자인되었다면 아래에서 갈라지는 두 개의 외형 안테나가 손에 의해서 만져질 경우 생체의 전기 전달 특성 때문에 미세 전류가 흘러 잡음 현상이 발생할 수 있다. 이 문제를 해결했었는지 아니면 몰랐었는지는 아직 확실하지 않다. 아마도 첨단 안테나 분야 기술자들을 보유하고 있다고 했으니 어느 정도는 해결되었는데도 부분적으로 문제가 남아있었던 것인지도 모르겠다.

여러 가지 안테나 형태들 / 출처 : http://www.tpub.com/neets/book10/NTX4-3.GIF/출처가 명기된 이미지는 무단 게재, 재배포할 수 없습니다

최근 논란이 된 경쟁사는 기술력도 디자인 못지 않게 중요하게 생각하는 회사이고 앞으로 안테나 전문가들을 더 채용한다고 하니 멀지 않아 문제가 해결 되지 않을까 생각은 든다. 그렇지만 지금까지의 사태로 인해 생긴 이미지 손상은 회복하려면 기술 보상보다 훨씬 더 많은 시간이 필요할 것으로 보인다.

기술적으로 볼 때는 안테나 기술에 대한 철저한 대비가 필요하다고 볼 수 있다. 현재에 불거진 이슈는 외장이나 사이즈를 줄이기 위해 안테나를 소위 인테나 (Intenna)로 만드는 부분에서 생기는 이슈들이다. 그렇지만 앞으로는 3GPP LTE와 WiMax 802.16m 국제 이동통신 표준화에 반영되었듯이 단말의 안테나 기술이 MIMO 방식으로 바뀌어 가게 되면 더 복잡한 문제가 발생할 소지가 있다. 한 개의 안테나를 넣는데도 어려움이 많은데 두 개 이상의 안테나를 넣어야 하는 MIMO를 사용하게 되면 더욱 많은 해결해야 할 문제점들이 나오게 될 것이다. 앞으로는 이동통신 네트웍의 셀 전반의 성능을 높이기 위해 협력 형태 MIMO 안테나 (CoMP, cooperative relay), 에너지 소비를 조절하기 위해 대규모 MIMO 안테나 (many antenna beamforming) 기술의 활용이 예측되고 있는 만큼 안테나 기술에 대한 철저한 대응이 필요하다고 하겠다.

안테나 처리 기술의 발전 방향 / 출처 : http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ko/2/2b/MIMO_communications.svg/출처가 명기된 이미지는 무단 게재, 재배포할 수 없습니다

안테나에서 중요한 숫자는 활용 주파수 대역 높이이다. 안테나 길이도 주파수 대역 높이에 비례하며 두 개 이상의 안테나를 사용하는 MIMO 기술에서 주변 안테나 간 간격도 주파수 대역 높이에 비례한다. 통상 효율적인 방식을 위해서는 둘 다 주파수의 반파장에 비례해야 한다 (모노폴 안테나의 길이는 사분의 파장에 비례해야 한다). 2GHz 경우 반파장의 길이는 7.5cm 정도가 된다. 전통적인 안테나 설치 방식을 사용하면 길이나 상호 간격이 줄어들면 수신 성능은 줄어든 길이에 비례해서 달라지게 된다.

안테나 길이와 활용 주파수 파장의 관계 / 출처 : http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/images/ant_reso.gif/출처가 명기된 이미지는 무단 게재, 재배포할 수 없습니다

안테나의 길이의 경우 meta-material이라는 상식을 뛰어넘는 물질의 가능성에 대한 연구를 통해 새로운 결과가 나오고 있다. Meta-material을 이용하는 안테나는 자연계에서 쉽사리 알려지지 않은 특성을 이용하는 신기술로 초소형/고효율의 안테나 구성이 가능할 것으로 보고 있다.  MIMO 안테나를 위한 안테나간 간격의 경우도 안테나 배치에 대한 기하학적인 차원에 대한 새로운 사고 덕분에 기존 상식을 뛰어넘는 조건들이 나올 가능성이 높아지고 있다. 유클리드 기하학에 따르면 삼각형의 세 각의 합은 180이고 데카르트의 직각 좌표계에 의하면 차원은 정수배만 존재한다. 그렇지만 상대성이론에도 사용되기도 한 리만의 기하학에서는 삼각형의 세 각의 합이 꼭 180도 가 될 필요는 없다. 복잡계 이론의 프랙탈은 비정수 차원에 대해서도 정의가 가능함을 보여주고 있으며 양자이론의 초끈 이론은 5차원 이상의 세계가 이론적으로 성립됨을 보여주기 시작했다. 새로운 기하학적 사고를 통해 MIMO 안테나간 간격 요구 사항에도 변화가 진행되고 있다. 더불어 안테나 어원이 곤충의 더듬이였던 것처럼 생체의 특성을 묘사하게 된다면 또 다른 새로운 형태의 안테나가 가능해질지도 모른다.

한 보도에서는 이번 안테나게이트 사건을 개발사 내부의 소통 부족 때문일지도 모른다고 했다. 과학 기술 발전은 6개월에 두 배씩 늘어나는 온라인 지식의 양만큼 급속하게 성장하고 있다. 따라서 엔지니어의 자료들은 새로운 기술적인 내용을 다루고 있어 보어의 상보성의 원리에서 알려주듯이 명쾌함이 떨어지게 된다. 전혀 새로운 이야기를 명쾌하게 설명하기는 쉽지 않기 때문이다. 그렇지만 엔지니어들은 설득을 위해 자료를 스마트하게 준비하는 꾸준한 노력과 용기가 필요하다. 더불어 이미 시작한 마스터, 펠로우 제도 등 기술 전문가들의 양성과 역할 확대도 점점 더 많은 기여를 하게 될 것으로 생각된다. 포유류 동물들에게서도 상대의 크기가 작거나 약할 경우에는 자신의 힘을 조절하여 협력적이 되는 페어 플레이 네트워킹 현상이 관찰되고 있다고 한다. 운영 시스템에부터 기술, 디자인 그리고 마케팅 전문가간의 융통섭을 통한 소통과 협력이 무엇보다 중요한 시기가 되고 있다고 하겠다.

새로운 과학적 발견과 철학적 사고 덕택에 상상을 뛰어 넘는 놀라운 안테나 관련 기술들이 나오게 될 날이 기대된다. 이번에 아이폰 4에서 보여준 안테나 기술이 아직까지는 상식 수준의 기술이었고 기본적인 문제점에서도 완벽하게는 해결되어 있지 않았음에 안테나 처리 분야 엔지니어로서 아쉬움이 남는다. 하지만 앞으로 나오게 될 새로운 안테나 기술에 기대를 걸며 안타까운 마음을 씻으려고 한다. 가능하면 새로운 안테나 기술이 우리 엔지니어 손으로 구현되길 한편으로 더 기대해본다.

참고자료
[1] 아이폰 4, http://en.wikipedia.org/wiki/IPhone_4
[2] kcwsssk@joongang.co.kr, 스티브 잡스 신화 ‘안테나게이트’에 무너지나 <지구촌, Joins, 2010-7-17>
[3] 안테나 송 (Antennagate)
[4] “잡스씨, 아이폰4 실패에 우릴 왜?”… 블랙베리 CEO ‘발끈’ <국민일보, 2010-07-18>
[5] RF 회로개념 잡기 – PART 10 Antenna (안테나)
[6] 이인식, 개는 윤리적 동물이다. <조선일보, 2010-07-19>

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▲ 요한 제바스티안 바흐

최근까지만 하더라도 나는 바흐가 음악의 아버지라는 말을 단순한 상징적인 의미로만 생각했었다. 그런데 최근 모리스 클라인의 ‘수학, 문명을 지배하다 (1953)’를 읽고는 상징적이지만은 않겠다는 생각을 하게 되었다. 모리스는 바흐와 쉔베르크는 수학적 개념을 통해 작곡의 이론을 만들었다고 했다. 수학과 음악이 도대체 무슨 상관이 있단 말인가? 가장 이성적인 수학과 가장 감성적인 음악이 한통속이라니…

▲ 모리스 클라인 ‘수학, 문명을 지배하다’

엄밀하게 말하면 바흐는 음악의 아버지라기 보다는 대위법을 통한 화성 음악의 아버지라고 봐야 한다. 그런데도 음악의 아버지라 불리는 것은 사실상 서양 클래식 음악이 바흐로부터 시작된 조성이 존재하는 화성 음악으로 되어있기 때문이다. 동양이나 아프리카 어디에도 조성 음악이 없었다는 점이 이를 반정해 준다. 바흐는 새로운 음악을 만듦으로써 50명 이상의 음악가를 가문에서 배출하였다. 창조의 중요성을 보여주는 예가 될 수 있다.

도-미-솔로 대표되는 화성은 자연스러움이 아니라 인위적으로 만들어졌다는 의미이다. 통신 기술과 연결하기 위해 수학적인 신호처리 관점으로 생각해보면 화성은 주파수가 정수배가 될 때 일어난다. 이에 대해서는 피타고라스 시절부터 알았던 사실이며 수학적으로는 푸리에(1768~1830)가 정리했었던 내용이었다. 비슷한 시대에 살았던 바흐 부자는 이런 특성을 작곡에 반영하였던 것이다.

세월이 지났다. 베토벤, 모차르트를 포함하여 바흐 이후부터 작곡된 클래식은 거의 대부분은 조성을 따랐다. 그런데 19세기에 갑자기 아르놀트 쉔베르크(1874~1951)가 등장한 것이다. 그는 그 동안의 전통을 거부하고 과감히 조성을 없앤 무조 음악을 작곡하여 지휘자들에게 제출한다. 지휘자 협회는 그의 음악의 연주를 거부한다. 조성이 없다는 점이 말이 안되었던 것이다. 하지만 그는 지금 무조 음악의 작곡법인 12음 기법을 창시한 작곡가로 널리 알려져 있다.

▲ 작곡가이자 화가로도 활동했던 무조음악의 아버지 ‘아르놀트 쉔베르크’

무선 통신에서 바흐급의 대가를 들라고 하면 클라우드 새년을 드는데 이의가 없을 것이다. 하지만 그의 이론은 기본적으로 간섭이 존재하지 않는 경우를 가정하고 있다. 하나의 송신기와 하나의 수신기가 신호를 보내고 받을 때를 가정한 이론이라는 의미이다. 바흐 이후의 클래식 음악처럼 지금까지의 통신 이론은 이 개념을 기본으로 하여 발전되어 왔다. 둘 이상이 동시에 통신하고 싶을 때는 TDMA, FDMA, CDMA등 자원을 직교로 분할하여 사용함으로 간섭 현상을 배제하였다.

앞으로의 무선통신은 기지국 등 중심 제어 장치가 존재하기 힘든 산발적이고 복잡한 환경에서 일어나게 될 것으로 보고 있다. 블루투스, 무선랜 등 점점 더 많고 다양한 무선 단말들이 같은 영역대의 주파수를 사용하여 통신을 하고 있기 때문이다. 간섭을 배제하는 방식으로는 통제도 불가능하고 원활한 통신도 기대하기 어려운 상황에 와 있는 것이다. 우리가 파티에 참여하여 대화할 때 한 사람에 의해 중재되지 않고도 다들 잘들 대화한다. 서로들 귓속말만을 하지 않아도 다른 사람들의 대화 도중에도 상대방과의 대화를 거의 아무런 문제없이 진행할 수 있다.

▲ 차세대 무선통신 환경 [출처] http://www.etri.re.kr/eng/etri/sub02/sub02_252_10.jsp/출처가 명기된 이미지는 무단 게재, 재배포할 수 없습니다

최근 통신 시스템은 다중송수신 안테나 (MIMO) 기술을 통해 엄청난 상식의 혼란을 겪기도 했다. 여러 안테나로 서로 다른 신호를 보낸다는 것은 간섭을 일으키는 행위임으로 MIMO 기술이전에는 상상도 못할 일일 뿐만 아니라 통신 시스템의 전송 속도의 보장을 위해 금지되는 행위였다. 사실 MIMO 이전에 Alamouti 시공간 코딩 기술에서부터 안테나 별로 서로 다른 신호를 송신하는 개념은 도입되기 시작했다. 그 때까지만 하더라도 두 안테나를 신호를 보내어 다이버시티 효과를 얻을 때는 시간 분할 또는 주파수 분할을 통해서 동일한 신호를 다른 시간대 또는 다른 주파수대에 다른 안테나로 보내도록 구성했던 것이다. 대부분의 엔지니어 들이 간섭은 신호 전송에 문제를 일으킨다는 기존 개념의 벽에 갇혀있었기 때문이었다.

▲ MIMO 기술의 역사와 미래

제대로 된 MIMO 기술은 이론적으로만 접근하지 않는 실제 실험을 통해 테스트를 했던 Lucent의 엔지니어 포치니 (Foschini)에 의해 발견되었다. 이론은 그 이후에 전문가들에 의해 구체적인 성능 평가와 함께 증명되기 시작했던 것이다. 음악에 있어서 포치니는 지휘와 작곡을 동시에 했으며 쉔베르크가 존경했던 구스타프 말러와 비슷한 역사적인 일을 한 것이다.

지휘자였던 말러는 초기 작곡한 곡을 배포했을 때 심하게는 지휘나 열심히 하라 라는 평을 들을 정도였다. 그러나 그는 이론에 매달려 있는 작곡가들의 한계를 극복하며 지휘를 통한 경험의 반영으로 ‘천인 교향곡’등 불후의 명곡을 남기게 된다. 포치니 (Foschini)의 MIMO가 실험을 통해 발견되고 이론으로 구체적인 방법이 만들어 졌듯이 말러는 지휘자이자 작곡가였던 자신의 장점을 살려 이론과 실제를 결합하여 새로운 음악 세계를 열 수 있었던 것이다.

바흐는 초기 이론을 정립함으로 초기 클래식 음악의 아버지였으며, 쉔베르크는 바흐의 이론의 벽을 과감하게 뚫음으로써 새로운 음악 분야를 창시하게 되었다. 무선 통신에서도 간섭에 대한 개념의 새롭게 정립 하는 등을 포함하여 사고의 전환을 통해 쉔베르크 급의 혁신이 일어나길 기대해 본다. 그렇게 된다면 우리가 어디서나 무선 통신을 통한 디바이스 사용의 자유로움 배가해서 느낄 수 있을 것이다.

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