29 Ⅰ. 서론 물리학자들이 전파의 이론을 정립한 이후, 이를 기술적으로 실현함은 물론 적정 수준의 19세기 물리학자인 페러데이, 맥스웰, 헤르츠 등의 연구 결과로 인류는 전기장과 자기장의 변화 에 따른 전파를 만들어 낼 수 있게 되었고, 인류에 게 있어 없어서는 안되

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1 Journal of Communications & Radio Spectrum SPECIAL ISSUE 28 TREND REPORT 통신 및 비통신용 전파응용 기술 이슈 및 시사점 글 황태욱 경희대학교 연구교수 (031) , 주제어: 밀리미터파, 테라헤르츠파, 전파응용 기술, ISM 기기 전파자원의 부족문제에 대한 새로운 해결 방안으로 기대를 모으고 있는 밀리미터파 및 테라헤르츠파 응용 기술을 소개하고, 통신 분야의 전파응용 서비스 이외에 의 료, 국방 보안, 에너지 분야 등 비통신용 분야에서 구현될 것으로 예상되는 전파응 용 기술 및 서비스 이슈에 대해 기술함으로 써 향후 전파응용 분야에 대한 시사점에 대 해 논한다.

2 29 Ⅰ. 서론 물리학자들이 전파의 이론을 정립한 이후, 이를 기술적으로 실현함은 물론 적정 수준의 19세기 물리학자인 페러데이, 맥스웰, 헤르츠 등의 연구 결과로 인류는 전기장과 자기장의 변화 에 따른 전파를 만들어 낼 수 있게 되었고, 인류에 게 있어 없어서는 안되는 중요한 자산이 되었다. 전파가 인류의 품으로 들어오면서 우리는 다양한 분야에서 전파를 활용하기 시작하였고, 현대 사회 의 방송, 통신 분야를 비롯해 인간 개개인의 의사 소통에 있어 전파를 제외하고 생활할 수 없을 만 큼 전파의 응용분야는 광범위해졌다. 지금까지 대 다수의 전파 응용 기술들은 V/UHF 대역에 집중되 어 개발되었고, 대부분 방송 및 통신 서비스를 위 해 응용되어 왔다. 전파에 대한 의존도가 비교적 적었던 20세기에는 V/UHF 대역의 주파수만으로 도 우리에게 필요한 전파응용 서비스를 제공하는 데 어려움이 없었으나 방송 통신을 비롯해 국방, 의료, 일반 산업기기 등에도 전파응용 기술이 적 용되면서 기존의 V/UHF 대역만으로는 신규 서비 스 및 기술을 실현하는데 한계에 직면하고 있다. 이런 한계를 극복하기 위해 전파자원의 효율 적 관리 및 주파수 재사용, 주파수 회수 재배치, 주파수 경매, 주파수 공유 등 다양한 전파자원 관 QoS(Quality of Service)를 만족할 수 있는 주파수 대역이 V/UHF 대역이었기에 지금도 이들 대역을 중심으로 전파 부족의 한계를 극복하려는 노력들 이 이뤄지고 있다. <표 1>에서 보는 바와 같이 미 국은 NBP(National Broadband Plan) 계획을 발표 하면서 2015년에 300 MHz 대역폭을 발굴하는 정 책을 추진 중이고, 영국 역시 2015년까지 500 MHz 대역폭의 주파수를 발굴하는 정책을 추진 중 이다. 일본은 빛의 길 정책을 추진하면서 300 MHz 대역폭을 확보하려고 하고 있으며 우리나라 는 모바일 광개토 플랜 정책에 따라 2015년까지 490 MHz, 2020년까지 640 MHz 대역폭을 신규 확 보하려 하고 있다[1]. 이러한 정책적인 노력과 주파수를 공유하는 기술이 대두됨에도 불구하고 많은 전문가들은 앞 으로 더 많은 주파수 확보가 필요하다는데 의견 을 모으고 있다. 특히, 방송 통신 외에도 전파를 응용한 다양한 기술이 대두되고 있지만 여전히 V/UHF 대역만으로는 해결될 수 없는 것이 현실이 다. 이런 한계를 극복하고자 이전에는 관심 대상 에 두지 않았던 밀리미터파. 1) 및 테라헤르츠파 2), 리 정책들이 마련되고 있고, 철저히 보호되었던 TV 대역의 유휴대역을 발굴하여 방송이 아닌 타 서비스를 위해 개방하려는 정책은 각국의 실현 단계에 놓여있다. 그러나 이들 정책 모두 기존 V/UHF 대역에 초점을 맞춘 정책들이다. 19세기 표 1 주요국의 주파수 발굴 정책 [1] 구 분 미 국 영 국 일 본 한 국 모바일 광개토 정책 NBP Superfast 빛의 길 플랜 확보 대역폭(안) 300 MHz 500 MHz 300 MHz 490 MHz 1) 밀리미터파 : 주파수는 30 ~ 300 GHz이며 파장이 1~10mm인 전자기파를 가리킨다. 2) 테라헤르츠파 : 투과성을 가진 전자파로 을 뜻하는 테라(Tera)와 진동수 단위인 헤르츠(Hz)의 합성어. 테라헤르츠 방사선(Terahertz Radiation) 또는 줄여서 T-ray라고도 한다.

3 30 가시광 등의 미활용 주파수를 이용한 전파응용 서 비스 기술들이 이슈화 되고 있다. 최근까지만 해 도 밀리미터파 및 테라헤르츠파는 직진성이 매우 강한 전파특성과 기술적인 한계 때문에 전파를 응 용한 서비스 구현에서 등한시 되었던 것이 사실이 다. 그러나 집적회로와 발진기, 안테나 기술 등의 발전으로 인해 이들 대역을 활용할 수 있는 기술 적 구현이 가능해짐에 따라 다양한 응용 서비스들 이 제시되고 있으며, V/UHF 대역만으로는 부족했 던 전파자원을 해결하는 하나의 대안으로 제시되 고 있다. 또한, LED(Light Emitting Diode) 조명 기 술의 발전으로 인해 가시광을 활용한 무선 인터넷 접속 및 근거리 무선 통신 기술 등이 현실화 단계 에 놓여있다. 가시광 무선 통신 기술은 무선 LAN 에 비해 홈네트워킹 및 지능형 차량, M2M (Machine-to-Machine) 기술 구현에 있어 안정성 이 높아 무선 주파수를 대체할 수 있는 기술로 평 가받고 있어 부족한 전파를 해결하는 하나의 방법 으로 관심을 받고 있다. [그림 1]의 미래 전파 개 념도에서 보는 바와 같이 미래 전파는 앞서 언급 한 것처럼 기술적으로는 밀리미터파 및 테라헤르 츠파, 가시광을 이용하고 응용 서비스는 방송 통 신 이외에 의료, 국방 보안, 에너지 등에 활용될 것으로 예측되고 있다[2]. 유비쿼터스 시대를 표방하고 있는 현대에 새 로운 의료 서비스의 새로운 패러다임으로 u-health 시대가 도래하고 있다. 전파를 이용한 의료 서비스는 온열치료기 같이 이전부터 적용되 었던 부분은 적잖이 있었지만 최근 들어 전파를 이용한 환자 진단 및 인체 종양 열치료 등에 활용 하는 응용 서비스 연구가 진행되고 있다. 지금까 지 X-ray, CT, MRI, PET 등 다양한 환자 진단 촬영 기술들이 존재하지만 이들은 인체에 유해한 영향 이 다소 존재하거나 제한적 환경 조건을 만족해야 하는 등의 문제들이 있었다. 그러나 전파를 이용 한 진단 기술은 인체에 안전한 세기의 전파를 조 사하여 영상을 촬영함으로써 인체 영향을 최소화 하고 제한적 환경 조건을 해결할 수 있는 계기를 제공할 수 있다[5]. 국방 보안 분야에 있어서는 밀리미터파와 테라헤르츠파를 이용한 보안 검색 에 전파를 활용한 기술이 연구되고 있어 기존의 X-ray 검색의 단점인 인체 유해성을 해결한 보안 검색 시스템을 구축할 수 있는 기회를 제공할 수 있다. 또한, 차세대 무기 기술로 대두되고 있는 EMP(Electromagnetic Pulse) 역시 전파를 활용한 기술이다. EMP는 순간적으로 고출력 펄스를 발생 하는 장치를 통해 적의 전자장비는 물론 각종 시 설을 무력화 시키는 신개념 무기체계를 말한다. 그림 1 미래 전파 개념도 [2] 기사광/IR 테라헤르츠 파 밀리터리파 Present 마이크로파Wave Next wave 그린전자파환경 통신 의료 보안 에너지

4 31 EMP는 무력으로 시설을 파괴하는 목적의 기존의 화학무기 체계와는 달리 고출력 펄스의 전파를 이 용하여 적의 전자장비 및 각종 시설을 무력화시킨 후 공습을 감행하려는 목적의 비파괴 무기 체계라 할 수 있다. 최근 미국, 러시아 등 군사 강국들은 EMP 기술을 적용한 무기개발 및 연구를 진행하고 있는 것으로 파악되고 있다. 에너지 분야에서는 전파를 활용한 무선 전력 전송 기술이 대표적인 응용 기술이다. 근거리 무선 전력 전송은 EMP의 기술과 유사할 수 있다. EMP는 순간적으로 짧은 고출력 펄스를 방사하여 전자장비를 마비시키지 만 이 기술은 임의의 위치에 있는 기기에 전력을 공급할 수 있을 정도의 출력으로 지속적으로 전파 를 방사하여 전력을 무선으로 공급하고자 하는 목 적의 기술이다. 근거리 무선 전력 전송은 무선으 로 자유롭게 전력을 공급하고 받을 수 있어 진정 한 seamless 환경을 구현할 수 있어 전기전자 기 술의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대를 모 으고 있다. 이에 본 고에서는 부족한 전파자원 문제를 해 결할 수 있는 하나의 해결방안으로 제시되고 있는 밀리미터파 및 테라헤르츠파 기술에 대해 논하고, 지금까지 전파하면 떠올려지는 방송 통신 응용 서비스 이외에 의료, 국방 보안, 에너지 분야 등 에서 향후 기대되거나 이미 실용화 단계에 있는 전파 응용 기술 이슈 및 시사점에 대해 기술하고 자 한다. Ⅱ. 통신 분야 전파응용 기술 1. 밀리미터파를 활용한 무선 백홀 기술 전파는 주파수가 높을수록 직진성을 강해지고 회절성은 약해지는 성질을 갖고 있다. 따라서 30 ~ 300 GHz를 사용하는 밀리미터파 및 테라헤르 츠파는 직진성이 매우 강하여 이들 파의 전송을 방해하는 장애물이 있을 경우 이를 회절하지 못하 고 신호의 크기가 크게 감쇠되는 현상이 나타난 다. 이로 인해, 이들 파들은 LOS(Line-of-Sight) 3) 환경과 같이 제한적인 환경에서만 활용되어 왔다. 최근 스마트폰 및 스마트 패드 등이 보편화되 면서 무선 인터넷 사용량이 급증하여 트래픽이 증 가되는 추세와 전파자원의 부족 현상까지 해결과 제로 대두되면서 제한적으로 사용되어 왔던 밀리 미터파와 테라헤르츠파에 대해 새로운 시각으로 바라보게 되었다. 특히, 최근에는 제한적 환경의 요인이었던 직진성과 장애물로 인한 신호 감쇠 문 제를 해결할 수 있는 안테나 및 전송기술이 개발 되어 LOS가 보장되지 않는 환경에서도 이들 대역 을 활용할 수 있는 실마리를 찾고 있다. 더불어, 이 들 대역들은 높은 주파수로 인해 V/UHF 대역에 비해 상대적으로 가용 대역폭이 넓기 때문에 고속 데이터 전송이 가능하여 통신 분야의 현재 한계를 해결할 수 있는 하나의 해결책으로 제시되고 있으 며, V/UHF 대역에 비해 에너지 효율성도 높아 낮 은 전력으로도 데이터 전송이 가능하여 미래 전파 로 대두되고 있다[1]. 밀리미터파 및 테라헤르츠파를 통신 분야에 3) LOS(Line-of-Sight) : 전자파 직선상으로 도달이 가능한 눈으로 볼 수 있는 거리

5 32 응용하는 기술 중 가장 근접한 응용 기술은 무선 백홀 기술이라고 할 수 있다. 백홀이란 통신 사용 량을 백본으로 모으는 통신망을 지칭한다. 무선 백홀이라 함은 무선 액세스 망(Radio Access Network) 과 코어 망(Core Network) 사이의 범위 를 말한다. 초기의 이동통신 무선망은 음성 트래 픽이 주를 이루었기 때문에 E1이나 T1 회선 같은 TDM(Time Division Multiplexer) 기반의 백홀망으 로 구성하였다. 그러나 2.5세대 이동통신 이후부 터는 패킷 통신 기반의 데이터 통신이 적용되면서 기존 TDM 기반의 백홀망으로는 넘쳐나는 트래픽 을 감당하기 어렵고, 비용도 기하급수적으로 증가 하여 이에 대한 대안으로 무선 백홀망 기술 도입 이 요구되었다[6]. 무선 백홀망은 기존 유선기반 백홀망보다는 가격 경쟁력이 있고 데이터를 보다 효율적으로 분산시킬 수 있는 장점이 있다. 현재 이동통신망 가입자단의 기지국 및 AP(Access Point)는 무선망으로 연결돼 있지만 기지국의 신 호를 모아주는 백홀 및 코어망은 유선망으로 이뤄 져 있다. 만약 지진이나 화재 등으로 인해 케이블 이 끊기면 그 지역의 통신은 두절될 수 있다. 그러 나 무선 백홀 기술을 적용한다면 광케이블이 필요 없어 기존 통신망 구축비용보다 평균 15%가 저렴 해질 것으로 추산된다[7]. 특히, 광케이블을 땅에 묻기 어려운 섬이나 오지에서 유용하게 쓰일 수 있다는 것도 장점이다. 4세대 이동통신 기술이 도입되면서 음성 트래 픽보다는 데이터 트래픽이 훨씬 많은 환경을 고려 하여 안정적인 트래픽 해결을 위해 셀을 소형화하 고 있고, 이때 소형 셀들을 상호 연결하는 방법으 로 고정 무선 백홀 기술이 제시되고 있다. 만약 각 소형 셀들을 유선망으로 연결한다면 구축 비용과 시간이 기하급수적으로 증가하기 때문에 설치가 용이하고 구축 비용이 저렴한 무선 백홀 기술이 그림 2 밀리미터파를 활용한 무선 백홀망 기술 적용 예 Mobile Network Point-Point Access WiFi Hotspot Backbone Network LAN Fiber Network 70/80 GHz Wireless Link

6 33 유성망보다는 유리하다. 통상 한 개의 셀에서 담 그림 3 60 GHz 기반 MGWS 응용 서비스 당하는 데이터 전송 속도는 Gbps 급 이상을 만족 해야하기 때문에 대역폭 10 GHz 이상을 제공할 수 있는 70/80 GHz 밀리미터파 대역을 이용한 무 선 백홀망 구성이 유효한 대안으로 제시되고 있 다. 71 ~ 76 GHz와 81 ~ 86 GHz 대역은 고정 점 대점 무선 전송 시스템에 사용할 수 있도록 Gbps 급 데이터를 전송하기 위해 분배된 주파수이다 [1]. [그림 2]는 밀리미터파 대역을 활용한 무선 백홀 기술의 예를 도식화하여 보여주고 있다 GHz 대역의 MGWS (Multiple Gigabit Wireless Systems) 밀리미터파 대역 중 60 GHz 대역은 전세계적 으로 버허가 대역으로 할당되어 더욱 관심이 집중 되고 있다. 이 대역은 다른 무선 통신 시스템과의 간섭없이 전 세계 공통으로 사용할 수 있다는 장 점 외에도, 최소 7GHz의 연속된 주파수 대역을 사 용함으로써 낮은 주파수 효율을 갖는 통신 기술로 도 손쉽게 기가급 무선 시스템(MGWS: Multiple Gigabit Wireless Systems)을 구축할 수 있는 장점 이 있다. 특히, 집적회로 기술이 발달하면서 60 GHz 대역의 RF 회로를 구현할 수 있게 된 점 역시 이들 대역을 활용한 통신 기술을 실현 단계로 올 려놓는 계기가 되었다. 60 GHz 기반 MGWS는 Gbps급 전송 속도를 보장할 수 있고, 밀리미터파 특성상 LOS 환경을 만족하는 근거리 통신에 적합 하기 때문에 가정 및 사무실 환경에서 각종 케이 블(USB, HDMI 등)을 MGWS를 통해 무선으로 대 체할 수 있을 것으로 예상된다[9]. [그림 3]은 60 GHz 대역을 활용한 MGWS의 기술 적용 예를 도 60GHz 밀리터리파 식화하여 보여주고 있다. 현재 60 GHz 대역의 MGWS 관련 국제 표준 제정을 위해 세계 주요 관련 기업들을 경쟁 및 협 력을 벌이고 있는 상황이다. 60 GHz 대역을 활용 한 MGWS의 대표적 기술은 산업계 표준인 WirelessHD가 있으며, Ecma-387 및 ISO/IEC 13156, IEEE c, IEEE ad 표준 등이 있다. 이들 표준 모두 HDTV 신호와 같은 고화질 동영상을 무선으로 전송할 수 있는 기술들이다. 최근 60 GHz 대역 MGWS 기술을 대변하는 기술 은 IEEE 802 그룹은 차세대 무선랜 기술 중 IEEE ad 표준이다. 나머지 표준들은 이미 표준이 완료되었으나 시장 진입에 실패하였거나 사장 위 기에 처해있다. 그러나 IEEE ad는 브로드 컴, 퀄컴 등에서 시제품을 개발하고 2012년 후반 에 WiFi Alliance 인증 개시될 예정이어서 새롭게 WiFi 시장 진입을 기대하고 있다. 3. VLC(Visible Light Communication; 가시광 무선통신) 기반 근거리 무선통신 기술 LED가 디스플레이 및 조명에 사용되면서 LED

7 34 기술이 발전하고 있고, 이와 더불어 LED를 기반으 그림 4 LED를 활용한 가시광 통신 원리 [11] 로 하는 가시광 통신에 대한 연구 개발도 활발하 게 진행되고 있다. 특히, LED 조명과 동시에 통신 을 할 수 있는 가시광과 무선통신이 융합된 기술 이 대두되고 있다. LED는 전기를 빛으로 바꾸는 성질을 이용하여 조명으로 활용한다. 전기에서 빛 으로 바꾸는 속도가 약 30 nm ~ 250 nm이며, 이 Transmitter LED Illumination LED Driver Control Signal Power Data Signal for Communication (Digital) 런 빠른 스위칭(on-off)을 변조 신호로 구성하여 통신할 수 있다. 사람은 초당 100회 이상 깜빡이 Receiver 면 깜빡임을 인식하지 못하고 계속적으로 켜진 상 태로 인식한다. 따라서 가시광 통신을 위해 깜빡 임이 존재하더라도 사람은 조명이 계속적으로 켜 진 것으로 인식하기 때문에 조명의 기능과 통신의 기능을 융합할 수 있다[11]. [그림 4]는 LED를 활 용한 가시광 통신 원리를 보여주는 그림으로 보여 주고 있다. 가시광 무선통신은 기본적으로 무선 광통신과 유사해 보이지만 사용 소자나 적용범위에서 차이 가 있다. 무선 광통신은 LD(Laser Diode)를 이용 하여 무선으로 통신하는 기술로 건물 간의 무선통 신 같이 장거리 무선통신에 활용되는 반면에 가시 광 통신은 조명 소자인 LED를 인프라를 활용한 통신으로 근거리 통신에 활용된다. <표 2>는 광통 신과 가시광 무선통신을 비교하여 보여주고 있다. LED는 빛의 직진성 특징이 있으므로 전파의 직진성이라는 측면과 비교해보면 가시광 무선통 신은 밀리미터파 및 테라헤르츠파와 유사한 장단 점을 갖는다고 할 수 있다. 즉, 밀리미터파 및 테라 헤르츠파를 통신에 활용할 경우의 단점인 장애물 에 의한 신호의 감쇠, 음영지역 발생, 통신 단절 등 의 문제가 가시광 무선통신에서도 존재한다. 따라 서 가시광 무선통신 역시 LOS 환경이 보장되는 환 경에 적용될 수 있을 것이다. 이러한 단점에도 불 구하고 LED의 파장이 380 ~ 780 nm이므로 이를 주파수 측면으로 해석해 본다면 385 ~ 789 THz 표 2 광통신과 가시광 무선통신 비교 분 류 설 명 관련기술 특 징 유선 광통신 무선 광통신 가시광 무선통신 유선의 광섬유 내부에 광 송수신하는 기술 LD를 활용하여 무선광 송수신하는 기술 LED 조명을 이용하여 무선 송수신하는 기술 FTTH 광전달망 광가입자망 등 LD통신 건물 간 무선통신 등 가시광 통신 유선통신 1,500 nm 파장 사용 장거리 무선통신 780 nm 이상 파장 사용 조명 인프라 활용 근거리 무선 통신 380 ~ 780 nm 파장 사용

8 35 에 해당한다. 즉, 밀리미터파 및 테라헤르츠파와 같이 넓은 대역폭을 제공할 수 있다는 장점이 있 어 근거리 무선통신에 적용할 수 있다. 따라서 가시광 무선통신은 밀리미터파 및 테 라헤르츠파의 응용 영역과 유사하게 기기 간의 근 거리 무선통신에 활용하려는 움직임이 있다. 기기 간 수십 Gbps 데이터를 무선으로 연결할 수 있을 것이다. [그림 5]에서 보는 바와 같이 실내에 가시 광 통신 기능과 융합한 LED 조명을 활용하여 WiFi 를 대체하는 홈네트워킹을 구성할 수 있다는 장점 이 있으며, 실외에도 LED 조명을 활용한 영역에서 는 WiFi 존을 대체할 수 있는 새로운 통신 영역을 구축할 수 있음을 의미한다. 가시광 무선통신은 홈네트워킹이나 WiFi 존 대 체 외에도 차량 간 통신에도 응용될 수 있을 것으 로 기대하고 있다. 최근 출시되는 차량들 중 헤드 라이트 및 후미등을 LED 소자를 활용하는 경우가 많아지고 있다. 이 LED를 가시광 무선통신이 융합 된 소자를 사용한다면 차량 간의 위치, 거리 등을 측정하여 차량 운행 정보로 활용할 수 있을 것이 그림 5 가시광 무선통신을 활용한 근거리 통신 서비스 개념도 출처 : 다[1]. 즉, 차량 속도 제어 기능과 가시광 무선통 신 기능을 연계하여 차량 간 안전거리를 확보 및 충돌 방지를 유도한다거나 개개의 차량들에서 수 집된 차량 간 거리 정보를 중앙 교통정보 상황실 과 연결하여 실시간 교통정보 서비스의 데이터로 활용하는 시나리오를 기대할 수 있다. Ⅲ. 의료 분야 전파응용 기술 1. 전파를 활용한 영상 진단 기술 인간의 기대수명이 늘어나고, 건강에 대한 관 심이 커지면서 전파 응용 서비스 중 의료 분야에 활용되는 기술이 가장 관심과 투자가 많이 이뤄지 고 있는 분야라 할 수 있다. 의료 서비스에 전파응 용 기술이 접목된다면 방송 통신 분야에 활용된 전파응용 기술들처럼 우리의 삶을 보다 편하게 만 들 수 있고, 양질의 의료 서비스를 제공할 수 있을 것이다. 전파를 활용한 의료 분야는 의료 진단 및 치료 에 초점을 맞추고 있다. 즉, 기존 방법보다 환자의 불편이나 고통을 최소화 할 수 있고 기존 진단 시 스템에 비해 오진률을 줄일 수 있는 방향으로 개 발되고 있다. 전파를 이용한 영상 진단 기술은 기 존의 X-ray, CT, MRI 등의 단점을 극복하기 위해 개발되고 있다. X-ray나 CT의 경우 인체에 방사선 이 흡수될 수 있다는 우려가 있으며, MRI의 경우 자기장을 이용하기 때문에 패쇄된 공간과 급속이 나 전기적 보조물이 없어야 한다는 제한적 조건들 이 존재한다. 그러나 전파를 이용한 진단 장비는 인체에 안전한 수준의 미약한 전파를 활용하기 때

9 36 문에 방사능 노출 위험을 없앨 수 있으며, 설치 환 경 조건도 비교적 평이한 수준이다[5]. 현재 전파를 활용한 진단 기술 중 실용화 단계 에 가장 근접한 것은 마이크로파 대역을 이용한 유방암 조기 진단 기술이다. 마이크로파 대역을 활용한 영상 촬영은 인체에 전파를 방사하고 주변 에 배열된 다수의 안테나를 통해 인체를 통과한 산란 신호를 측정한 후, 측정된 데이터를 역산란 문제의 해를 구하는 전자파 수치해석 기법을 적용 하여 정상 인체 조직과 비정상 조직(암세포) 사이 의 유전률 및 도전율 차이를 기반으로 영상 데이 터화한다. 유방암 조직의 경우, 정상의 지방 및 유 선 조직과 암 조직 사이의 전기적 특성 차이가 명 확하여 비교적 정확한 진단이 가능하다. 최근에는 전파 외에도 적외선 카메라를 활용한 유방암 진단 기술도 실용화 단계에 있다. 마이크로파 대역을 이용한 유방암 진단 외에 도 테라헤르츠파를 활용하면 상피세포암, 식도암, 전립선암 등에 대해 암세포와 정상세포의 구분, 완치된 부위와 치유중인 부위를 비파괴적으로 진 단하는 것이 가능하다. 테라헤르츠파를 이용한 시 영역 분광기술은 생체분자, 내복약, 암세포 단백 질, 박테라아 및 DNA 등의 구성상태 등을 분석할 수 있다[12]. 테라헤르츠파의 흡수정도는 생체 조 직의 특성에 따라 다른데 이를 이용하여 암세포를 구분할 수 있다. 따라서 테라헤르츠파를 활용하여 전신 스캔이 가능한 진단 장비가 개발된다면 수분 내에 암세포를 구분하여 찾아내는 것이 가능해질 것이며, 지금처럼 오랜 시간 기다려야하는 불편함 도 해소될 것으로 기대된다. 테라헤르츠파를 활용 한 의료 분야의 영상 진단의 장점은 암세포와 정 상세포를 확연히 구분할 수 있다는데 있으므로 수 술 도중 암조직으로 의심되는 조직에 대한 조직검 사 절차 없이 테라헤르츠파를 통한 영상 확인만으 로 암세포 의심 조직을 판단할 수 있다. 의료분야의 테라헤르츠파를 활용한 또 다른 응용은 치과 분야이다. 1999년부터 연구가 시작되 어 어느 정도 성과를 거두고 있는 분야이기도 하 다. 테라헤르츠파를 활용한 치과질환 진단에서는 충치로 인한 내부 공동(cavity), 표면 에나멜 층의 손상 등을 진단할 수 있다. 치아의 공동 크기가 20 ~ 30 μm 이상이 되면 내부에는 부패물질과 박테 리아로 가득차게 되어 테라헤르츠파의 산란 특성 을 이용하여 영상으로 확연히 구분된다[12]. [그림 6]은 실제 이미지, x-ray 영상, 테라헤르 츠파 영상을 통한 치과질환을 진단한 예를 보여주 고 있다. 실제 이미지로 보면 작은 구멍만이 관찰 되지만 테라헤르츠파를 이용한 영상이 치아 내부 의 공동에 대한 크기 및 형태 등을 확연히 보여주 그림 6 치과질환(충치)의 실제 이미지, x-ray 및 테라헤르츠파 영상 비교 [12]

10 37 고 있음을 알 수 있다. 테라헤르츠파를 활용한 의료 분야의 영상 진 단 기술은 실제 의료 현장에서 기존의 진단 시스 템을 대체하기에 충분하며, 진단에 필요한 시간이 나 정확도에 있어서도 기존 x-ray나 CT, MRI 등에 비해 우수한 성능을 보인다. 또한, 인체에 방사능 피복 위험도 없어 여러 가지 강점을 가지고 있다. 그러나 실제 의료 환경에서 테라헤르츠파를 활용 한 의료용 장비의 적용은 시간이 더 필요할 것으 로 판단된다. 아직까지도 테라헤르츠파 장비들이 고가이기 때문이다. 그러나 지속적인 연구와 소자 개발이 병행되고 있고, 최근 테라헤르츠파에 대한 관심이 높아짐에 따라 가격 경쟁력은 곧 갖춰질 것으로 기대된다. 파를 조사하되 암조직에 집중되도록 하여 암 조직 만 65도 이상의 고온으로 파괴하고 괴사시키는 방 식이다[12]. 이 기술의 핵심은 암 조직에만 전자 파를 집중시키는 것이다. 전자파가 정상 조직까지 괴사시킬 수 있기 때문이다. 따라서 이 기술을 안 정적으로 의료 환경에 도입하기 위해서는 전파를 이용한 비침습 장비는 물론, 전파에 의해 암 조직 이 괴사되는 과정을 영상으로 확인할 수 있는 모 니터링 기술까지도 함께 개발되어야 한다. 현재 일부 조직에만 선택적으로 전자파를 집중시키는 기술은 미국의 주요 대학들과 해외 의료 장비 기 업들이 연구에 몰두하고 있어 곧 실현될 것으로 기대된다. 2. 전파를 이용한 치료 기술 현재까지 연구 또는 개발된 전파를 이용한 치 료 기술은 대개 전자파에 의해 발생하는 인체 조 직의 열적 효과를 이용하는 것이다. 즉, 인체를 절 개하고, 암 조직에 전파 누설 소자를 침습시킨 후 중파 대역 또는 극초단파 대역의 전자파를 발생시 켜 고열로 암 조직을 괴사시키는 RF 소작술이 대 표적이다. 현재 일부 병원에서 유방암이나 간암 등의 치료에 이용되고 있기도 하다. 그러나 이 RF 소작술은 기존 암 치료 방법을 전적으로 대체하는 것이 아닌 보조 치료 역할이며, 환자의 고통을 수 분하는 단점이 있다. 최근에는 인체 절개를 통한 전자파 소자 침습 없이도 전자파로 암 조직에만 고열을 발생하여 치 료할 수 있는 비침습 방식의 치료 기술이 연구되 고 있다. 이 기술은 외부 안테나를 통해 인체에 전 Ⅳ. 보안 분야 전파응용 기술 1. 영상 보안 검색 기술 최근 테러 및 국가 안보 등의 이유로 공항이나 국가 주요 시설에 대한 보안 검색이 강화되는 추 세에 있다. 특히, 미국의 경우 자국 공항을 통해 입 국하는 사람들을 대상으로 투시 영상을 통한 검색 까지 추진하고 있어 영상 보안 검색은 더욱 이슈 가 되고 있다. 최근까지도 화물, 수화물 및 인체 소 지품 검색에 대한 보안 검색 시스템은 금속탐지를 위해 자기력계와 x-ray 감지기가 주로 사용되고 있으며, 폭발물, 마약 등의 검색을 위해서 CT, X-ray 회절기, 양자공명 장치 등이 사용되고 있다. x-ray 방식의 경우, 인체에 악영향을 미칠 수 있다 는 단점으로 인해 이를 대체할 수 있는 보안 검색 시스템으로 밀리미터파 및 테라헤르츠파를 이용

11 38 하려는 움직임이 활발하다. 밀리미터파 및 테라헤 르츠파의 전자기적 특성을 활용해 전신 검색을 위 한 보안 검색 서비스한다면 인체에 영향이 극히 적은 미약한 전파로도 x-ray를 대체할 수 있을 것 으로 기대하고 있다. 밀리미터파 및 테라헤르츠파는 전파의 투과성 과 광파의 직진성을 모두 가지고 있으면서 x-ray 에 비해 인체 세포에 미치는 영향이 적어 사람의 옷 속에 숨겨져 있는 위험 물질을 영상으로 보여 주는데 적절한 주파수라 할 수 있다. 밀리미터파 및 테라헤르츠파는 옷감, 종이, 플라스틱 등에 대 해서 약한 투과 특성을 지닌다. 현재 이들 전파를 활용한 실용화 단계에 있는 영상 보안 검색 시스 템은 밀리미터파 방사 유무에 따라 능동형과 수동 형으로 분류된다[14]. 능동형의 경우, 일정 수준의 밀리미터파를 검색하고자 하는 인체에 방사하고, 인체로부터 방사되는 밀리미터파를 검출하여 이 를 영상화하는 시스템이다. 반면, 수동형은 인체 자체에서 미약하게 검출되는 밀리미터파를 영상 화하는 기술이다. 수동형은 능동형에 비해 검출되 는 밀리미터파가 미약하여 영상화하였을 때 그 품 질이 떨어지는 단점이 존재한다. 그러나 수동형 시스템에 관심을 갖는 이유는 능동형과 달리 전자 파를 방사하지 않더라도 영상을 얻을 수 있어 전 자파에 대한 인체영향 문제에서 벗어날 수 있기 때문이다. [그림 7]은 밀리미터파(능동형)를 활용 하여 전신 검색한 이미지를 보여주고 있다. 공항에서 사람을 대상으로 한 영상 보안 검색 분야 외에도 테라헤르츠파를 활용해 우편물 검색 에도 활용될 수 있다. 대부분의 우편물 포장재가 종이나 플라스틱의 소재로 이뤄져 있기 때문에 테 라헤르츠파가 쉽게 투과할 수 있다. 테라헤르츠파 를 방사했을 때, 물질에 따라 투과되어 나타나는 영상이 상이하므로 마약이나 위험물질들에 테라 헤르츠파 투과 영상을 지문처럼 데이터베이스화 한 지문 스펙트럼 4) 과 우편물에 투과된 테라헤르 츠파 투과 영상과 비교한다면 마약이나 위험물질 을 쉽게 구분해 낼 수 있을 것이다[12]. 이는 기존 의 X-ray 방식을 활용해 우편물 내부에 금속 등 이물질의 형태만을 알아 낼 수 있었던 단계에서 우편물 내부에 존재하는 성분까지 우편물의 개봉 이나 파괴없이 검색이 가능하여 테라헤르츠파를 활용한 우편물 보안 검색은 획기적이라 할 수 있다. 2. EMP(Electromagnetic Pulse)를 활용한 무기 기술 전파를 이용하는 기기들이 늘어나면서 기기 그림 7 밀리미터파(능동형)를 활용한 보안 검색 결과 출처 : 4) 지문 스펙트럼(Fingerprint Spectrum) : 물질의 구조, 성분에 따라 가지는 고유의 흡수 주파수 대역으로 마치 지문과 같아 미확인 물질의 규명에 사용된다.

12 39 간의 간섭과 전파환경 잡음 문제 등은 새로운 화 두가 된지 오래다. 특히, 낙뢰의 경우, 순간적 매우 짧은 시간동안 큰 크기의 전자파를 유도할 수 있 고, 이로 인해 전자기기 또는 전파교란 등의 현상 은 어렵지 않게 관찰되기도 한다. 또한, 인공잡음 의 대표적인 특성인 임펄스성 잡음의 경우도 낙뢰 와 유사하게 순간적으로 큰 크기의 전력을 갖으면 서 인접한 전파 이용 기기들에 영향을 미치고 있 다. 현대에는 전자기기 또는 전파이용 기기들의 안정적 동작을 위해 이러한 영향들을 충분히 고려 한 설계와 생산이 필요하며, 이에 대한 국제적 표 준 작업도 이뤄지고 있다. 여러 군사강국들을 중심으로 낙뢰나 인공잡음 영향과 유사하게 순간적으로 큰 전력을 갖도록 하 는 전자파를 의도적으로 방사하여 전자기기의 오 작동을 유도하거나 심하게는 파괴에 이르도록 하 여 적을 교란시키려는 목적의 무기 개발이 활발히 일어나고 있다. 이런 무기의 장점은 탄두 미사일처 럼 건물 파괴나 살생 등의 파괴형 무기가 아닌 적 의 전자기기 또는 전자 제어 체계의 교란을 통해 2 차 공격의 수월성을 확보하기 위한 비파괴형 무기 라는 점에서 새로운 무기 체계라는데 있다. 이런 무기를 EMP(Electromagnetic Pulse)라고 한다. EMP란 전자장비를 파괴시킬 정도의 강력한 전자기장을 지닌 순간적인 전자기적 충격파이다. EMP는 1962년 태평양 상공에서 실시된 고공 핵폭 발 실험에서 1,000 km 이상 떨어진 하와이 지역의 가로등이 꺼지고 통신시설과 각종 전자장비가 오 작동 또는 정지하는 사태가 발생하면서 최초로 확 인되었다[15]. 당시에는 핵폭발 실험과 전자 장비 오작동 사태를 연계할만한 정확한 원인을 찾을 수 없었으나 이후 이러한 현상이 핵폭발에 의한 EMP 영향이라는 것이 밝혀졌다. 핵폭발 고정에서 발생 된 감마선과 X선이 공기 중의 원자나 분자와 충돌 하면서 자유전자와 양이온이 발생되고 이로 인한 Compton 전류가 다시 지구 자기장과 결합하여 순간적으로 광범위한 영역의 EMP가 발생된다는 것이다. 이와 같이 핵폭발로 인한 EMP를 NEMP(Nuclear Electromagnetic Pulse)라고 한다. EMP에 의한 각종 전자장비의 파괴효과가 확 인된 후에 미국과 러시아를 비롯한 선진국을 중심 으로 EMP에 대한 방어 대책 연구는 물론 핵폭발 없이 전자장비에 영향을 줄 수 있는 수준의 강력 한 펄스 신호를 발생시키는 NNEMP(Non Nuclear Electromagnetic Pulse) 기술에 대한 연구가 진행 되고 있다. 최근 고출력 펄스 발생 장치와 고속 스 위칭 등을 이용한 펄스성형(pulse forming) 기술, 고주파 발진기 및 고출력 안테나 기술의 지속적인 발전으로 핵을 사용하지 않고도 강력한 전자기펄 스를 발생시킬 수 있는 기반기술이 형성되었다. EMP는 전자장비들에 간섭을 일으킨다는 측면 에서는 EMI(Electromegnetic Interference)와 유사 하지만 EMI는 말 그대로 전자장비가 파괴되는 수 준이 아닌 전자파에 의한 간섭 수준의 문제라면 EMP는 고출력 펄스에 의한 전자장비 파괴가 목적 이므로 EMI 문제와 유사하지만 별도의 문제로 받 아들이고 있는 추세이다. 더욱이 현대에는 각종 전산장비를 비롯해 네트워크 기반 시스템이 대다 수를 이루고 있고 국방 장비 역시 전자장비들로 구성되어 있기에 EMP 공격에 의한 피해가 더욱 심각할 것으로 예상된다. 특히, 최근 들어 북한은 GPS 교란 번번히 시도하고 있어 북한의 EMP 공격

13 40 을 완전히 배재할 수 없는 상황이 되었다. EMP는 펄스의 생성 시간과 주파수 범위에 따 라서 분류할 수 있다. 주파수의 대역폭에 따라 크 게 협대역과 광대역으로 나눌 수 있다. 시간적으 로 매우 짧은 주기를 갖는 신호(CW 신호)를 발생 만들어 휴대할 수도 있도록 개발되고 있다. 과거에는 공상과학 수준이라며 불가능할 것이 라 생각했던 기술들이 현대에는 현실화되면서 국 방 분야에서도 새로운 기술들이 적용된 신개념 무 기나 방어체계들이 개발되고 있다. EMP 역시 이 시키면 협대역 신호를 만들어 낼 수 있으며, 고출 력의 임펄스성 신호를 생성한다면 광대역 신호를 만들어 낼 수 있다. 특정 주파수 대역에서 동작하 그림 8 여러 전자기 펄스에 의한 주파수 분포 는 전자장비의 파괴를 목적으로 한다면 협대역 신 호를 생성하고, 다양한 전자장비를 파괴할 목적이 라면 광대역 신호를 생성하는 것으로 구현할 수 있다. [그림 8]은 낙뢰, 핵폭발에 의한 NEMP, 협대 역 및 광대역 EMP 등이 발생했을 때, 전자기기에 미칠 수 있는 주파수 대역 범위를 보여준다. EMP는 전자전(Electronic Warfare) 분야에서 이미 폭넓게 이용되었다고 할 수 있다. EMP에 의 한 전자기기 파괴 효과가 입증되면서부터 공격적 또는 방어적 개념의 EMP 무기에 대한 연구 개발 이 지속적으로 이뤄지고 있다. EMP는 표적까지 중력이나 대기에 영향을 받지 않고 광속으로 도달 하는 지향성 에너지 무기인 동시에 표적의 전자부 품이나 장비만 선택적으로 파괴시키고 인명 손상 은 주지 않는 비살상 무기이기에 신무기 체계로 그림 9 EMP 탄(E-bomb)의 개념도 Power supply Battery Flux compression Coaxial Flux compression generator capacitor bank generator (stage 1) (stage 2) Pulse-shaping network Microwave antenna Ballast ring Backfire reflector Double helix antenna Dielectric nose cone Circulary polarized wavefront Vircator tube 더욱 관심을 끌고 있다. [그림 9]는 미사일에 EMP 발생 장치를 탑재한 EMP탄의 모형도를 보여준다. EMP탄은 일반 탄두 미사일과 같은 외형이지만 내 부에 폭발물질을 탑재하는 것이 아닌 EMP 발생 Detonation altitude 장치를 발생시켜 원하는 적의 상공(통제시설 주 변, 공항 및 주요 군사시설 인근, 방공망 등)에서 EMP를 발생하도록 설계되어 있다. 이런 EMP탄은 무인항공기, 함정, 차량 등에 탑재하거나 소형으로 Lethal beamwidth 출처 : IEEE Spectrum Lethal footprint

14 41 런 추세에 맞춰 연구 개발이 이뤄지고 있으나 그 특성상 외부에 공개된 부분이 극히 드물어 세계 군사강국들이 어느 정도의 개발단계에 이르렀는 지 가늠하기 어렵다. 우리나라도 최근 북한의 GPS 교란을 비롯한 전자전 성격의 공격이 수차례 감지 되면서 EMP 분야에 적극적으로 대처하려 하고 있 다. 그러나 현재까지는 EMP 공격에 대한 방어시 스템, 즉 EMP 공격이 감행되었을 경우를 대비하 여 전자파 영향을 줄일 수 있는 차폐 시설에 초점 을 두고 있다. 우리나라의 지리적 영향을 고려했 을 때 방어적 EMP 기술은 물론이고 공격적 EMP 기술의 개발도 뒷받침 되어야할 것이다. Ⅴ. 에너지 분야 전파응용 기술 1. 무선 전력 전송 기술 국내 이동 단말기 시장의 1, 2위 업체인 삼성 전자와 LG전자가 최근 발표한 신제품들에 무선충 전 기능이 탑재되면서 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer)에 관한 관심이 더욱 커지고 있다. 무선 전력 전송이란 전기를 사용하는 기기의 전력 선(Power Cable)을 없애는 대신 무선으로 전력을 공급할 수 있는 기술을 의미한다. 무선 전력 전송 이 현실화될 수 있다면 진정한 무선 환경을 구축 할 수 있고, 스마트폰, 스마트패드 등 이동 기기들 이 보편화된 요즘 굳이 벽면의 콘센트를 찾을 전 선을 연결할 필요 없이 무선 전력 전송 장치 인근 에 기기를 놓아두면 손쉽게 충전할 수 있어 편리 한 세상을 만들 수 있는 꿈의 기술이라 할 수 있 다. 특히, 전기자동차 분야는 아파트 환경이 주를 이루는 우리나라 주택 환경 상 충전 문제로 인한 보급의 한계를 걱정하고 있는데 무선 전력 전송에 의한 전기자동차 충전이 가능하다면 친환경 자동 차의 보급을 빠르게 앞당길 수 있을 것으로 기대 하고 있다. 무선 전력 전송은 1893년 미국의 과학자 니콜 라 테슬라(Tesla)에 의해서 처음 시도되었다. 테슬 라의 방법은 전기로 고주파을 만들어 방사하고 이 를 수신장치에서 수신한 후, 전기로 변환하는 방 식이다. 이 방법은 인체에 유해한 고출력 전파를 장시간 방출하는 문제로 인해 실용화에 실패했다. 이후 2007년 MIT 물리학과의 마린 솔라치치 (Marin Soljacic) 교수 연구팀이 비방사 방식의 무 선 전력 전송 기술을 제안하면서 이에 대한 관심 이 증폭되었다[16]. 제안된 기술은 10 MHz의 주 파수를 이용하여 2 m 거이에서 60 W의 전력 전송 에 성공했다. 이후 인텔, 퀄컴, 애플, 소니, 삼성전 자, LG전자 등 주요 전자업계에서 유사한 개념의 시제품을 발표하면서 실용화 단계를 이끌 고 있다. 현재 무선 전력 전송 기술이 실생활에 사용되 는 방식은 패러데이의 전자기 유도 방식이다. 전 자기 유도현상은 전류가 흐르는 주변에 자기장이 발생하고 이 자기장을 이용해서 전기를 생성해서 사용하는 방식으로 파장이 큰 수백 khz 대역의 주 파수를 사용하여 비접촉식으로 수 cm 이내의 초 단거리에서 무선 전력 전송이 가능하다. 이 방식 은 주파수가 낮으므로 가격이 저렴하고 전력 전송 효율이 우수한 장점이 있어 전동 칫솔, 무선 면도 기 등에서 상용화되었으며, WPC(Wireless Power Consortium) 표준으로 채택되어 휴대폰과 같은 휴대용 기기에 적용되고 있다[17]. 최근 LG전자는

15 42 이 방식을 적용하여 무선충전되는 휴대폰을 출시 한 바 있다. [그림 10]에서 보는 바와 같이 LG전자 는 무선충전을 위해 자기 유도를 위한 장치를 휴 대폰 안쪽에 배터리 커버에 장착하였으며, 휴대폰 을 무선충전용 패드 위에 올려놓으면 무선으로 충 전되도록 개발하였다. 무선 전력 전송의 또 다른 방식은 공진 유도 방식이 있다. 자기 유도 방식은 충전기와 기기기 거리가 멀면 충전 효율이 급격히 떨어지는 단점이 있어 충전효율 및 충전가능 거리를 늘리기 위해서 는 강한 전류를 흘려 높은 자기장 방사가 필요해 인체에 유해한 전자파도 함께 증가하게 되어 무선 충전거리 증가의 한계가 명확히 존재한다. 이런 단점을 극복하기 위해 공진 유도 방식이 등장했 다. 공진을 이용하는 방식은 자기 유도 방식에 비 해 전자파의 인체영향에 민감하지 않으면서 무선 충전거리를 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 공진 파수를 발생시켜 공진현상을 유도한다면 적은 전 력의 주파수로도 큰 전력의 전기를 유도할 수 있 는 것이다. 삼성전자가 최근에 발표한 휴대폰의 경우 이 방식을 적용하였다. 충전기와 휴대폰 양 쪽에 같은 주파수의 공진 코일이라는 부품을 추가 하여 의도적으로 공진을 발생시키고 이를 전기 에 너지로 변환하여 충전한다. 이 공진 유도 방식을 이용하면 멀리 있는 휴대폰에도 강한 자기장을 일 으켜 충전이 가능하다. <표 3>은 자기 유도 방식과 공진 유도 방식의 차이점을 정리하였다. 무선 전력 전송은 선 없는 진정한 무선의 세계 를 현실화 할 수 있다는 점에서 매우 매력적인 기 술이다. 아직 이 기술은 걸음마 단계이지만 여러 단점들을 보완하여 상용화에 성공한다면 더 이상 배터리가 없어 휴대폰이나 스마트 패드 등을 사용 할 수 없다는 말은 과거 어느 시대의 이야기가 될 것이다. 현상이란, 외부에서 발생한 주파수가 어떤 물체가 갖고 있는 고유의 주파수와 같아지면 에너지가 갑 자기 커지는 것을 말한다. 따라서 적당한 고유 주 그림 10 무선 전력 전송(무선충전) 기술이 적용된 LG전자 휴대폰(옵티머스 LTE II) 표 3 무선 전력 전송 기술 비교 방 식 사용 주파수 전송거리 특 징 WPC 표준 채택 자기유도방식 수백 khz 수 cm 이내 비용 저렴 충전거리 한계 존재 수십 W 전송 가능 자기유도방식에 비해 공진유도방식 수십 MHz 수 cm ~ 수 m 충전거리 증가 자기유도방식에 비해 충전효율 떨어짐 출처 : LG전자

16 43 Ⅵ. 시사점 지금까지 현재 일부 적용되었거나 향후 출현 이 예상되는 전파응용 기술에 대해 통신, 의료, 보 안, 에너지 분야 등으로 나눠 살펴보았다. 포화 상태에 이른 전파 자원의 한계를 극복하 고 양질의 통신 서비스 품질을 만족하면서 고속 데이터 통신 환경을 원활히 구축하기 위해서는 밀 리미터파 및 테라헤르츠파에 대한 관심과 정책의 뒷받침이 절실하다. 우리나라에서 시행된 주파수 경매만 보더라도 1.8 GHz 대역의 주파수 가치가 1조원에 육박함을 경험하였다. 그만큼 주파수에 대한 가치는 우리가 생각하는 것 이상으로 커졌음 을 의미한다. 부족한 주파수 대역에서 서비스를 고집할 것이 아니라 아직은 황무지와 같은 주파수 대역이지만 충분한 가치와 활용 가능성이 있는 밀 리미터파 및 테라헤르츠파에 대해 관심을 갖는다 면 주파수 부족 해결은 물론 신기술 선점 등의 두 마리 토끼를 잡을 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 60 GHz 대역을 이용하는 MGWS에 대해 관심을 갖을 필요가 있으며, 이를 상용화 단계로 끌어올 리기 위해 정부의 정책적 지원 역시 필요하다. 이 미 상당수 세계 전자업계에 이 분야에 관심을 갖 고 있는 만큼 우리 역시 이 기술의 원천 기술 획득 및 상용화를 위한 노력을 기울인다면 다시한번 IT 강국의 능력을 전세계에 보일 수 있는 기회가 될 수 있다. 또한 LED 조명의 보급과 더불어 이를 활 용한 가시광 통신에 대한 정책 마련도 절실하다. 가시광 통신은 전파를 활용한 이전 기술과는 달리 조명과 통신의 융합이라는 측면에서 새로운 통신 패러다임을 제시할 수 있다. 이런 융합기술을 실 현할 수 있는 정책 마련이 절실하며, 기존 기술과 의 접목 및 연구 개발 지원 등의 노력이 뒷받침된 다면 상당한 고부가가치의 융합형 신산업 효과를 거둘 수 있을 것이다. 의료분야의 전파응용 기술은 현재 원천 기술 개발 단계에 있다고 볼 수 있다. 전파를 응용한 의 료 서비스 시장이 지금 바로 형성되기에는 여러 가지 한계가 있지만 기존 장비 및 치료 방법보다 혁신적이고 효율도 높아 충분한 성장 가능성을 갖 고 있을 것으로 예상된다. 특히 고령화 사회로 접 어들면서 더 나은 삶을 영위하고자 하는 인간의 욕구는 건강한 삶에 대한 관심이 급증함에 따라 첨단 의료기기에 전파를 응용하려는 노력은 더욱 절실히 필요할 것으로 판단된다. 의료 분야의 전 파응용 기술은 전파와 의료 기술의 상호 협조 및 융합이 요구되지만 전파를 하나의 공학 기술로만 바라보는 의료계의 인식 변화가 절실하다. 또한 의료 분야 전파응용을 위한 주파수 이용 및 전자 파 대책이 부족한 실정이므로 이에 대한 정부의 정책 및 제도 지원이 필요하다. 보안 분야에 있어서는 밀리미터파 및 테라헤 르츠파를 응용한 영상 보안 검색 기술이 개발 단 계에 접어들고 있고 각종 보안 유지에 따른 전신 검색이 요구되어 충분한 시장환경이 구축되었다고 볼 수 있다. 전파를 응용한 보안 검색 장비들은 인체 에 전파를 방사하여야 하기 때문에 아무리 미세한 전파일지라도 전자파에 대한 인체영향을 간과할 수 없을 것이다. 밀리미터파 및 테라헤르츠파를 이용한 전신 검색 기기들에 대한 인체 안전 기준에 대한 정 책 마련이 필요하며, 각종 지문 스펙트럼 데이터를 확보하는 노력을 통해 기술 선점을 할 수 있는 노력

17 44 이 필요하다. 또한, 현대는 화학전이 아닌 전자전이 라는 말이 있듯이 EMP 공격에 대비한 적극적인 대 응 노력과 방호 기술 개발과 더불어 공격적 EMP 기 술 개발이 절실하다. EMP 공격은 한번 일어나면 전 자기기에 치명적 영향을 끼치게 되므로 보안은 물론 우리나라 안전에 지대한 영향을 미칠 것은 당연하 다. 최근 북한의 GPS 교란 같은 전자전 양상의 행동 들이 수차례 발생하고 있어 더욱 EMP 공격에 대한 우려가 커지고 있다. 이에, 주요 국가 전자기기는 물 론 EMP 공격에 안전해야할 민간 기기에까지 일정 수준의 EMP 공격에 대응할 수 있는 차폐 기능을 요 구하는 정책 마련이 시급하다. 에너지 분야에 있어서는 최근 국내 1, 2위 전자 업체에서 상용화 단계에 이른 무선 전력 전송에 대 해 살펴보았다. 아직까지 초기 단계인 만큼 지속적 인 연구 투자와 관심이 필요하지만 무선 전력 전송 의 극명한 장단점을 갖고 있는 두 가지 방식을 두 업 체가 각기 따로 적용함에 따른 불필요한 소모전이 예상되고 있고 그러한 양상으로 흘러가고 있다. 두 가지 방식의 차이가 극명하고 아직은 어느 방식이 우수하다고 말하기에는 조심스러운 만큼 불필요한 논쟁보다는 생산적인 연구개발과 논의가 필요하다. 아울러, 무선으로 전력을 전송하겠다는 기술은 인체 에 대한 전자파 영향에서 자유로울 수 없다. 지금까 지 전자파의 인체영향은 휴대폰, 기지국 등 통신 장 비에서만 주로 이슈화됐지만 무선 전력 전송 기술이 점점 현실화될수록 인체 영향 문제는 더욱 크게 대두 될 것이다. 또한, 정보 전달 목적의 통신 기술이 없는 무선 전력 전송 기술은 현재의 허가 인증 기준으로 봤을 때 ISM 기기로 분류될 수 있으나 국내의 경우 50 W 이상의 출력에 대해서는 한정된 장소에서만 허 가 받고 사용하도록 규제하고 있다. 그러나 무선 전 력 전송을 활용한 무선충전은 한정된 장소에서만 사 용하도록 한다면 활용가치가 현저히 저하 될 수 있기 에 이 기술이 적용된 기기를 허가 예외 대상으로 할 것인지에 대한 논의 및 제도 개선이 필요하다. Ⅵ. 결론 본 고에서는 현재 연구개발 단계에 있거나 미래 에 대두될 것으로 예상되는 전파응용 기술에 대해 통신, 의료, 보안, 에너지 분야 등으로 나눠 기술하였 고, 주요 시사점에 대해 간략히 살펴보았다. 전파 자원의 한계를 극복하기 위한 여러 대안 중 에 하나로 제시되고 있는 밀리미터파 및 테라헤르츠 파를 활용한 통신 기술로 무선 백홀 기술과 60 GHz MGWS 기술에 대해 살펴보았고 의료용 영상 진단 기술 및 영상 보안 기술에 대해서도 살펴보았다. 더 불어 조명과 통신의 융합을 통해 새로운 통신 패러 다임을 제시할 가시광 무선 통신 기술에 대해서도 언급하였다. 또한, 전자파 소자를 활용한 암 조직 파 괴 목적의 전파 응용 치료 기술에 대해 간략히 살펴 보았고, EMP 기술을 통한 신개념 무기 체계에 대해 서도 언급하였다. 또한, 최근 국내 전자업체에서 상 용화하여 출시한 휴대폰 무선충전 시스템에 적용된 무선 전력 전송 기술에 대해 살펴보았다. 아울러, 이 들 기술들에 대한 주요 시사점에 대해 간략히 기술 하였다. 지금까지 전파에 대한 정책들은 방송통신 분야 에 초점이 맞춰져 있었지만 본 고에서 언급한 기술 들은 통신 분야는 물론 비통신 분야의 전파응용 기

18 45 술에 대해 기술하였다. 비통신용 응용기기에 대한 정책들은 ISM 기기로 분류되는 기준을 따르면 되지 만 본 고에서 언급한 향후 상용화될 기술들의 일부 는 기존 ISM 기기 분류 기준에 따른 정책의 변화를 예고하고 있음은 물론 전자파에 대한 인체 영향에 대한 문제에 대해 더욱 심도있는 논의 및 정책을 요 구하고 있다. 본 고에서 언급한 이 기술들이 아직까 지 연구개발 단계에 있다고 해서 정책적 논의를 뒤 로 미룰 것이 아니라 연구개발 단계에서부터 정책 마련도 함께 준비한다면 다양한 분야에서 전파를 응 용한 기술을 보다 빨리 현실화할 수 있을 것이며, 이 는 국가 경쟁력 제고 및 원천 기술 확보는 물론 국민 들에게 혁신적이고 새로운 서비스를 빠르게 제공할 수 있을 것이다. 참 고 문 헌 [1] 변우진 외, 혁신적 미래 통신 서비스를 제공하기 위한 초광대역 무선전송 기술, 한국전자파학회지, 한국전자파학회, 제23권 2호, , pp. 21~29. [2] 한국전파진흥협회, 미래사회 전파이용촉진 및 확산을 위한 정책방안 연구, [3] H. Izadpanah, A millimeter-wave broadband wireless access technology demonstrator for the next generation internet network reach extension, IEEE communication Magazine, vol.39, no.9, , pp. 140~145. [4] Erik Boch, Wireless backhaul for MicroCellular WiMax & LTE Networks, Microwave Journal, , pp. 1~5. [5] 전순익 외, 전파를 이용한 의료, 한국전자파학회지, 한국전자파학회, 제23권 2호, , pp. 8~14. [6] 홍승우 외, 유무선 통합을 위한 백홀 기술 동향, 전자통신동향분석, 한국전자통신연구원, 제25권 6호, , pp. 71~82. [7] Brocade, Technical Brief: Next Generation Wireless Backhaul Solutions, Brocade Communication Systems White Paper, 2009 [8] 이우용, 60 GHz 대역 WPAN 표준 기술 동향, 전자통신동향분석, 한국전자통신연구원, 제23권 3호, , pp. 29~39. [9] 홍승은 외, 60 GHz 주파수 대역 기반 밀리미터파 무선전송 기술 표준화 동향, TTA Journal, 한국정보통신기술협회, 제130 호, pp. 87~92. [10] IEEE, Visible Light Communcations: Tutorials, IEEE VLC SG, [11] 강태규 외, LED 조명과 가시광 무선통신의 융합 기술 동향 분석, 전자통신동향분석, 한국전자통신연구원, 제23권 5호, , pp. 32~39. [12] 백문철 외, 생체의료 및 보안분야 응용을 위한 테라헤르츠 기술, 전자통신동향분석, 한국전자통신연구원, 제25권 5호, , pp. 106~122. [13] L-3 Communications, [14] 이문교 외, 밀리미터파/테라헤르츠파 영상 보안 검색 서비스, 한국전자파학회지, 한국전자파학회, 제23권 2호, , pp. 3~7. [15] 최진수 외, 전자기 펄스 발생 및 응용, 물리학과 첨단기술, 한국물리학회, , pp. 36~41. [16] M. Soljacic et al., Wireless power trasfer via strongly coupled magnetic resonances, Science, , pp.83~86. [17] 장병준, 무선 전력 전송과 관련된 국내외 제도 비교 분석, 전자공학회지, 한국전자공학회, 제38권 9호, , pp. 712 ~717.