눈에 보이지도 않고, 만질 수도 없지만 꼭 필요한 것이 뭘까? 흔히 공기를 떠올릴 것이다. 현대문명과 관련해 여기에 한 가지를 더 추가할 만한 것이 있다. 바로 전파다. 전파 때문에 죽고 사는 건 아니다. 하지만 전파가 사라지면 문명생활은 종친다. 그만큼 전파는 우리 생활 속에 깊숙이 침투해 이제는 떼려야 뗄 수 없는 존재가 됐다. 가장 대표적인 것이 휴대전화다. 무선인터넷이 국내에도 활성화되면서 이런 휴대용 기기들의 중요성이 커지고 있다. 전파의 단위인 ‘주파수’라는 말이 인구에 회자되는 일도 늘었다.

글=박혜민 기자
일러스트="강일구" 기자

‘그 친구랑은 주파수가 안 맞아’.

영 안 통하는 친구를 두고 하는 말이다. 내가 한 말을 잘 못 알아듣거나 의미를 비틀어서 듣곤 하는 친구들이다. ‘주파수가 통하면’ 구태여 말을 안 해도 눈빛만으로 뜻이 통한다. 주파수의 정의는 ‘전자기파가 1초 동안 진동하는 횟수’다. 1헤르츠(㎐)란 1초에 1번 진동한다는 의미다. ㎐ 단위를 쓰는 이유는 1888년 전자기파가 존재한다는 것을 실험으로 증명한 독일의 물리학자 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)를 기념해서다.(전자파 중 3000 기가헤르츠(G㎐) 이하의 주파수를 전파(라디오파)라고 한다. 전자파에는 전파 외에도 적외선·자외선·가시광선·X선·감마선 등이 있다.)

전파는 우리가 느끼긴 힘들지만 생활 주변에는 늘 존재한다. 전파는 물결처럼 진동을 하면서 흘러 다닌다. 물결이라고 하지만 1초에 지구를 7바퀴 반(30만㎞)을 돌 수 있을 정도로 빠른 속도다. 이 전파에 음성·영상 등의 데이터를 실어 보내는 것이 방송이나 통신이다.

1892년 첫 전파 이용한 무선 통신, 첫 말은 “헬로 레이니!”

	[일러스트=강일구]

200년 전만 해도 사람들은 전파를 몰랐다. 하인리히 헤르츠가 전자기파의 존재를 증명한 4년 뒤인 1892년, 미국 켄터키주에 살던 발명가 나단 스터블필드는 전파를 이용해 음성을 무선으로 송신하는 데 성공했다. 그가 처음으로 한 말은 “헬로 레이니!”였다고 한다. 무선전화기로 자신의 집 근처 사과농장에 있는 레이니 웰스 박사를 불렀던 것이다. 장거리 무선전신에 처음으로 성공한 건 1901년이다. 이탈리아의 발명가이자 기업가인 마르케세 마르코니가 대서양 너머 캐나다에 무선으로 전신을 보냈다. 이후 전파는 현대인의 삶을 송두리째 바꿔 놓았다.

아무리 목소리가 큰 사람이라도 100m 떨어진 친구와 이야기할 수는 없다. 하지만 현대인들은 지구 반대편의 사람과 이야기를 나눈다. 바로 휴대전화 덕분이다. 원리는 이렇다. 사람이 휴대전화에 대고 말을 하면→휴대전화는 이 음성을 디지털 신호로 바꿔→전파에 실어 기지국으로 보낸다→기지국은 전파를 통해 이 신호를 상대방이 있는 지역의 기지국으로 보낸다→그 기지국은 다시 이 신호를 휴대전화로 보내고→휴대전화는 받은 디지털 신호를 음성 신호로 바꿔→전화 수신자의 귀에 전달하는 것이다.

한국에서 통신용 전파에 대한 관심이 커진 것은 1990년대 이후다. 그 이전까지 전파는 군사용이나 방송용 등 한정된 용도로만 쓰였다. 특히 남북 대치 상황에서 전파기술 개발은 제한적으로 이뤄졌다. 하지만 휴대전화 보급이 늘면서 이동통신의 기반이 되는 전파에 대한 관심도 커졌고 관련 기술 개발도 본격화하기 시작했다.

기술이 발전하면서 이제는 사람의 목소리뿐 아니라 e-메일·사진·동영상 등의 데이터도 전파에 실어 보낼 수 있게 됐다. 200년 전 사람들은 직접 얼굴을 보면서 대화를 나누거나 편지로 의사소통을 했지만 현대인들은 전파를 통해 의사소통을 하는 셈이다.

높은 대역 주파수 쓰는 통신사, 기지국 많이 세워야

주파수 대역은 비슷한 주파수의 전파가 모여 있는 곳이다. 가령 SK텔레콤이 통신사업에 쓰는 ‘800메가헤르츠(㎒) 대역’이란 ‘1초에 8억 번 정도 진동하는 전파들이 있는 곳’이란 뜻이다. 현재 SK텔레콤은 824~849㎒와 869~894㎒의 주파수를 정부로부터 할당받은 상태이지만 최근 정부는 SK텔레콤이 15년간 쓰고 있던 이 대역 일부를 돌려받아 LG텔레콤에 주기로 했다. 800㎒ 대역은 통신사업자 사이에서 ‘황금 주파수’라고 불리는 대역이다. 800㎒는 LG텔레콤과 KT가 쓰고 있는 1.8㎓ 대역보다 경제성이 좋다. 이 대역을 사용하기 위해 적은 돈을 투자해도 된다는 뜻이다. 이는 전파의 특성 때문이다. 낮은 대역의 전파일수록 전파가 멀리 가고 장애물을 만나도 휘어 돌아간다. 높은 대역의 전파는 도달 거리가 짧고 장애물을 투과하지 못한다. 남자의 낮은 목소리가 고음의 여자 목소리보다 더 멀리 퍼지는 것과 같은 이치다.

높은 대역 주파수의 단점을 보완하려면 기지국을 촘촘히 설치할 수밖에 없다. 기지국이란 전파를 받아 다른 지역 기지국으로 전달해 주는 역할을 한다. 전파의 도달 거리가 짧으니 기지국을 더 많이 설치할 수밖에 없고 그만큼 돈이 더 드는 것이다. 방송에서는 전국 방방곡곡에 있는 중계소가 이런 역할을 한다. 같은 방송인데 지역마다 채널이 다른 것은 앞 중계소에서 받은 전파를 다음 중계소로 넘길 때 채널을 다르게 설정하기 때문이다. 같은 채널을 쓰면 앞 중계소에서 건너온 전파와 새 중계소가 말끔하게 다듬은 전파가 섞여 품질이 나빠지기 때문에 중계소를 거칠 때마다 채널을 바꾼다.

1926년 라디오 방송 690k㎐, 현재의 와이브로 2.4㎓

기술의 발전은 쓸 수 있는 전파 범위를 넓히고 있다. 2세대 휴대전화는 800㎒를 썼고, 그 다음에 나온 개인휴대통신(PCS)은 1.8㎓를 썼다. 와이브로는 2.3㎓을, 와이파이는 2.4㎓를 쓴다. 1926년 설립된 국내 최초의 경성방송국이 송출한 라디오 방송은 690㎑를 썼고, 그 후 나온 라디오와 TV는 30~800㎒를 쓰고 있다. 기술의 발전 덕분에 주파수의 쓰임새는 더욱 많아지고 있으며 사용할 수 있는 주파수 대역도 넓어지고 있다.

특히 디지털 기술의 발전은 주파수 대역의 효율성을 높였다. 정보를 통째로 보내는 아날로그 기술과 달리 디지털 기술은 정보를 잘게 쪼개거나 압축하여 보내기 때문에 더 많은 정보를 빨리 보낼 수 있다. 예를 들어 현재 3세대(3G) 이동통신을 사용하여 영화 한 편을 내려받는 데 6분 정도가 걸리지만 4세대(4G) 이동통신은 5~6초가 걸린다.

<그래픽을 누르시면 크게 보실 수 있습니다>

전파는 공공재 … 국가가 나눠주고 통신제품 규제

이 주파수 대역을 민간 사업자가 알아서 쓰지 않고 왜 국가가 할당할까. 이는 전파 자원이 공공재적 성격을 갖고 있기 때문이다. 전파를 민간이 제멋대로 쓰다 보면 주파수들이 엉켜 엉뚱한 신호를 보내거나 특정 주파수에 너무 많은 정보가 몰려 교신이 불가능해질 수 있다. 이런 사태를 막기 위해 정부가 전파를 관리할 수밖에 없다. 정부가 방송용·통신용·군사용 등 사용 목적에 따라 각기 다른 주파수 대역을 각각 다른 사업자에게 나눠 주는 것이 주파수 할당이다.

정부가 통신제품의 사용을 규제하는 것도 일종의 전파 관리다. 가령 건설현장 등에서 민간 용도로 쓰는 무전기와 군용 무전기가 서로 통할 경우 안보상의 문제가 발생하기 때문이다. 그래서 모든 국가는 새로운 통신제품이 시장에 나오거나 국내에 반입될 때는 ‘형식 승인’이라는 절차를 밟도록 하고 있다. 얼마 전 미국 애플의 태블릿PC인 아이패드를 국내에서 쓰려면 정부의 인증을 받아야 한다는 규정이 논란을 빚은 일이 있었다. 일부 네티즌은 다른 나라에선 맘대로 아이패드를 쓰는데 왜 한국은 통관조차 안 시키느냐고 불만을 제기했고, 정부는 새로운 전기기기가 국내에서 쓰이기 전에는 정부 인증을 받아야 한다고 맞섰다. 결국 개인마다 한 대만 허용하는 것으로 결론이 났지만, 아이패드를 대량으로 유통하기 위해선 애플 본사가 우리 정부로부터 허가를 받는 절차가 남아 있다.

형식 승인은 안전상의 문제 때문에도 필요하다. 모든 전기기기는 작동할 때 전파를 발생시킨다. 이 전파가 다른 기기의 전파를 교란하지 않도록 하는 것이 전파 관리다. 즉 해당 기기가 어떤 주파수의 전파를 내보내는지, 다른 기기의 오작동을 유발하지 않는지를 정부가 심사한다. 예를 들어 A회사가 면도기를 만들어 판매하려 한다. 그런데 그 면도기가 작동할 때 주변에 있는 TV의 전파를 방해해 화면을 흐리게 한다면 정부는 인증을 유보할 수 있다. 병원이나 비행기 안에서 휴대전화 사용을 금지하는 것과 같다. 휴대전화에서 나오는 전파가 중요한 의료기기의 작동을 교란시켜 환자의 생명을 위협할 수도 있고, 비행기 운항을 방해해 사고를 일으킬 수 있기 때문이다.

암 진단, 상품 이력 추적 … 쓰임새 늘어나는 전파

최근 방송통신위원회는 전파를 이용한 암 진단이 2015년이면 가능할 것으로 전망했다. X레이·자기공명영상(MRI)에 이어 전파는 새로운 의료 진단 수단으로 부각되고 있다. 인체에 해가 적고 값싸게 이용할 수 있어서다. 조만간 휴대전화로 진료를 받을 수 있는 시대도 열린다고 한다. 언제 어디서나 네트워크에 연결돼 인터넷 접속이 가능한 미래형 유비쿼터스 도시(U-시티)도 전파 자원을 활용하지 않으면 안 된다.

앞으로는 의료·복지·안전·보안·국방·환경·농업·교통 등 전 분야에 전파 기술이 적용될 전망이다. 쇼핑을 할 때도 전파는 이용된다. 상품마다 무선인식(RFID) 칩을 달아 출고 직후부터 소비자 손에 들어갈 때까지를 추적할 수 있는 것이다. 일부 매장은 이미 이 기술을 적용했다. 점원들이 상품의 바코드를 일일이 찍어 계산할 필요 없이 소비자가 상품을 들고 입구에 가면 자동으로 계산된다.

천안함 사고 당시 해군복에 RFID 칩을 달았다면 쉽게 시신이 있는 곳을 찾을 수 있었을 것이라는 주장이 나온 적이 있었다. 하지만 물속에선 전파의 도달 거리가 짧아지기 때문에 이런 주장은 이치에 맞지 않는다. 잠수함은 전파가 아닌 음파를 이용해 교신한다. 음파는 전파가 퍼지는 방식과는 완전히 달라 물속에서도 멀리 도달할 수 있다