무선 통신

무선 통신(문맥이 허용할 경우 단순히 무선)은 전기 도체, 광섬유, 또는 그 밖의 연속된 유도 매체를 사용하지 않고 두 개 이상의 지점 사이에서 정보를 전송(원격통신)하는 것을 말한다. 가장 흔한 무선 기술은 전파(radio wave)를 사용한다. 전파를 이용하면 통신 목표 거리는 블루투스처럼 몇 미터로 짧을 수도 있고, 심우주 무선 통신처럼 수백만 킬로미터에 이를 수도 있다. 무선 통신은 양방향 무전기, 휴대전화, 무선 네트워킹 등 고정형, 이동형, 휴대형의 다양한 응용을 아우른다. 전파 무선 기술이 응용된 다른 예로는 GPS 장치, 차고문 개폐기, 무선 컴퓨터 마우스, 키보드와 헤드셋, 헤드폰, 라디오 수신기, 위성 텔레비전, 방송 텔레비전, 무선 전화기 등이 있다. 이보다 다소 덜 흔한 무선 통신 실현 방식으로는 빛이나 자기장 또는 전기장 같은 다른 전자기 현상을 이용하거나 소리를 사용하는 방법이 있다.

무선(wireless)이라는 용어는 통신 역사에서 약간 다른 의미로 두 번 사용되었다. 처음에는 1890년경부터 최초의 무선 송수신 기술을 가리키는 데 쓰였는데, 무선 전신(wireless telegraphy)이 그 예이며, 1920년경 새로운 단어인 라디오(radio)가 이를 대체할 때까지 사용되었다. 영국과 영어권에서는 휴대할 수 없는 라디오 수신기를 1960년대까지도 계속해서 '와이어리스 세트(wireless set)'라고 불렀다. 무선이라는 용어는 1980년대와 1990년대에 주로 앞 문단에서 열거한 예들처럼 전선 없이 통신하는 디지털 기기를 전선이나 케이블이 필요한 기기와 구분하기 위해 다시 부활했다. 이는 모바일 광대역, 와이파이, 블루투스 같은 기술의 등장으로 인해 2000년대에 이 용어의 주된 용법이 되었다.

무선 방식은 유선으로는 구현이 불가능하거나 비현실적인 이동 통신, 행성 간 통신 같은 서비스를 가능하게 한다. 이 용어는 통신 산업에서 전선을 사용하지 않고 어떤 형태의 에너지(예: 전파와 음향 에너지)를 이용해 정보를 전송하는 통신 시스템(예: 무선 송신기와 수신기, 원격 제어 장치 등)을 지칭하는 데 흔히 사용된다. 이러한 방식으로 정보는 짧은 거리와 먼 거리 양쪽에서 전송된다.

역사

광선전화

출처: Wikimedia Commons, Public domain

최초의 무선 전화 통화는 1880년 알렉산더 그레이엄 벨과 찰스 섬너 테인터가 광선전화(photophone)를 발명했을 때 이루어졌다. 광선전화는 빛줄기를 통해 음성을 전송하는 전화였다. 광선전화는 작동에 햇빛이 필요했고 송신기와 수신기 사이에 방해받지 않는 가시선(line of sight)이 요구되었기 때문에, 실질적인 용도로 활용될 가능성이 크게 낮았다. 광선전화의 원리가 처음으로 실용적으로 응용되기까지는 수십 년이 걸렸는데, 처음에는 군사 통신에서, 이후에는 광섬유 통신에서 그 응용을 찾았다.

전기 무선 기술

초기 무선

실용적인 무선 시스템이 등장하기 전인 19세기 후반, 정전기 유도와 전자기 유도를 이용해 물과 땅으로 전류를 보내는 방식을 비롯한 여러 무선 전기 신호 전송 방식이 전신을 위해 연구되었다. 여기에는 달리는 열차 위의 전신기를 선로와 나란히 놓인 전신선에 연결할 수 있게 한 토머스 에디슨의 특허 유도 시스템, 물을 가로질러 메시지를 보내기 위한 윌리엄 프리스의 유도 전신 시스템, 그리고 여러 실용화되었거나 제안된 전신 및 음성 대지 전도(earth conduction) 시스템이 포함되었다.

에디슨의 시스템은 1888년 대폭설(Great Blizzard) 당시 고립된 열차들에서 사용되었고, 대지 전도 시스템은 제1차 세계대전 중 참호 사이에서 제한적으로 쓰였으나, 이러한 시스템들은 결코 경제적으로 성공하지 못했다.

전파

출처: Wikimedia Commons, Public domain

1894년, 굴리엘모 마르코니는 전파를 이용한 무선 전신 시스템을 개발하기 시작했다. 전파는 1888년 하인리히 헤르츠가 그 존재를 입증한 이래로 알려져 있었으나, 당시에는 근거리 현상으로만 보였기 때문에 통신 형식으로는 도외시되어 있었다. 마르코니는 곧 누구도 예측할 수 없었던 거리를 훨씬 넘어 신호를 전송하는 시스템을 개발했다(이는 부분적으로 당시에는 알려지지 않았던 전리층에 신호가 반사된 덕분이었다). 마르코니와 카를 페르디난트 브라운은 이러한 형태의 무선 전신에 기여한 공로로 1909년 노벨 물리학상을 수상했다.

1898년, 니콜라 테슬라는 매디슨 스퀘어 가든에서 최초의 무선 조종 선박을 시연했다. 그것은 레버가 달린 무선 상자를 통해 조종되는 4피트 길이의 '텔레오토마톤(teleautomaton)' 보트였다. 이 작은 보트는 전파를 이용해 프로펠러, 방향타, 조명을 작동시켰다. 관중은 크게 놀랐다고 전해지며, 일부는 보트가 마법, 텔레파시, 또는 안에 있는 훈련된 원숭이에 의해 조종되는 것이라고 추측하기도 했다. 테슬라는 자신의 발명품을 무선 조종 어뢰 또는 무기화된 드론으로 미국 해군에 제안하려 했다. 그러나 해군은 그 아이디어에 별다른 감흥을 받지 못한 듯했다.

밀리미터파 통신은 1894년부터 1896년 사이 자가디시 찬드라 보스가 처음 연구했는데, 그는 실험에서 최대 60GHz에 이르는 극도로 높은 주파수에 도달했다. 그는 또한 전파를 검출하기 위해 반도체 접합의 사용을 도입했으며, 1901년 무선 결정 검파기(radio crystal detector)의 특허를 받았다.

무선 혁명

출처: Wikimedia Commons, Public domain

무선 혁명은 1990년대에 시작되었다. 디지털 무선 네트워크의 등장은 사회 혁명으로 이어졌고, 유선에서 무선 기술로의 패러다임 전환을 가져왔으며, 여기에는 휴대전화, 이동 전화, 무선호출기, 무선 컴퓨터 네트워크, 셀룰러 네트워크, 무선 인터넷, 그리고 무선 연결을 갖춘 노트북 및 휴대용 컴퓨터 같은 상용 무선 기술의 확산이 포함되었다. 무선 혁명은 무선 주파수(RF), 마이크로일렉트로닉스, 마이크로파 공학의 발전과 아날로그에서 디지털 RF 기술로의 전환에 의해 추동되었으며, 이는 음성 트래픽의 상당한 증가와 함께 문자 메시지, 이미지, 스트리밍 미디어 같은 디지털 데이터의 전달을 가능하게 했다.

방식

무선 통신은 다음을 통해 이루어질 수 있다.

라디오(전파)

출처: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

라디오와 마이크로파 통신은 공간을 통해 전송되는 전자기파의 특성을 변조하여 정보를 전달한다. 구체적으로, 송신기는 시간에 따라 변하는 전류를 안테나에 인가하여 인공적인 전자기파를 생성한다. 이 파동은 안테나에서 멀어지며 이동하다가 마침내 수신기의 안테나에 도달하고, 수신 안테나에 전류를 유도한다. 이 전류는 검출 및 복조되어 송신기가 보낸 정보를 재현할 수 있다.

무선 광통신

자유 공간 광통신(장거리)

출처: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

자유 공간 광통신(FSO)은 자유 공간을 전파하는 빛을 이용해 원격통신이나 컴퓨터 네트워킹을 위한 무선 데이터를 전송하는 광통신 기술이다. '자유 공간'이란 빛줄기가 열린 대기나 우주 공간을 통해 이동한다는 뜻이다. 이는 광섬유나 유전체 '광 파이프' 같은 전송선을 통해 이동하는 빛줄기를 사용하는 다른 통신 기술과 대비된다.

이 기술은 높은 비용이나 그 밖의 이유로 물리적 연결이 비현실적인 곳에서 유용하다. 예를 들어, 자유 공간 광 링크는 도시 안에서 네트워크 배선이 되어 있지 않은 사무용 건물들 사이에 사용되는데, 건물 안이나 도로 밑으로 케이블을 까는 비용이 지나치게 비싼 경우이다. 널리 쓰이는 또 다른 예로는 원격 제어 장치 같은 소비자용 적외선(IR) 기기와, 노트북, PDA, 프린터, 디지털 카메라가 데이터를 교환할 수 있게 해주는 와이파이 네트워킹의 대안으로 사용되는 IrDA(적외선 데이터 협회) 네트워킹이 있다.

음파

음파, 특히 초음파 근거리 통신은 소리의 송신과 수신을 수반한다.

전자기 유도

출처: Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

전자기 유도는 근거리 통신과 전력 전송만을 가능하게 한다. 이는 생체의학 분야에서 사용되어 왔다.