신호 ()
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내용 요약
신호는 일정한 부호를 사용해서 떨어져 있는 사람끼리 통신하는 통신법이다. 보통 인간의 시청각이 도달하는 범위 내의 통신법이다. 사용하는 수단에 따라 빛·모양·색 등을 이용한 시각적 신호와 청각적 신호로 나누어진다. 우리나라의 시각적 신호로는 구석기·신석기시대의 동물그림, 청동기시대의 암각화나 기하문, 조선시대의 봉수 등이 있다. 청각적 신호로는 자명고·에밀레종(봉덕사종)·신문고 등이 있다. 오늘날에는 모스신호 또는 철도신호 등과 같이 전기적 수단에 의하여 인간의 자연적인 가시가청범위를 넘는 신호통신이 가능하게 되었다.
정의
일정한 부호를 사용해서 떨어져 있는 사람끼리 통신하는 통신법.
내용
근거리의 동시통신법으로는 언어나 몸짓이, 초거리(超距離) · 초시간(超時間) 전달법으로는 문자가 사용되고 있지만, 신호는 보통 인간의 시청각이 도달하는 범위 내의 통신법이다.
사용하는 수단에 따라 시각적(영상) 신호와 청각적(음성) 신호로 나누어지는데, 전자는 빛 · 모양 · 색 등 시감(視感)을 이용한 것이고, 후자는 소리 등 청각(聽覺)을 이용한 것이다.
우리나라에는 고대로부터 독자적인 시각적 신호와 청각적 신호의 표현방식이 있었다. 먼저 시각적 신호로는 구석기 · 신석기시대의 동물그림, 청동기시대의 암각화나 기하문, 그리고 조선시대의 봉수 등을 들 수 있다.
구석기시대에는 점말동굴이나 두루봉동굴에서 사람의 얼굴, 짐승의 모습 등을 그린 것을 볼 수 있는데, 이것은 초기단계의 손짓 · 몸짓 신호가 좀더 발달된 기록적 시각신호이다. 또한, 불을 사용하여 신호의 수단으로 이용하였다.
신석기시대에는 상징적인 수법으로 여성을 상징하거나, 물고기의 그림 등을 새겨 영상신호적 요소를 나타내고 있으며, 청동기시대에는 좀더 발달된 형태로 기하문이나 암각화 등을 통해 그들의 의식과 나타내고자 하는 사물( 고래 · 거북 · 사슴 · 범 · 곰 등)을 그려 원시적 영상신호수단으로 사용하고 있었다고 한다. 이러한 원시적 방법에서 좀더 발달된 것이 봉수신호이다.
봉수신호는 낮에는 연기, 밤에는 횃불을 올려 변경의 위급한 상황을 중앙에 알리는 통신수단이었는데, 『삼국유사』 「가락국기」의 김수로왕의 설화에 의하면 삼국시대부터 사용하고 있었다.
즉, 수로왕이 유천간을 시켜 망상도 앞바다에 나가서 붉은 돛에 붉은 기를 단 배가 나타나면 통보하게 하라고 한 기록은 오래전부터 신호전달 방식이 실시되고 있었음을 알 수 있다.
이러한 봉수신호는 고려시대에도 실시되었으나, 조선시대에 완전한 체계가 이루어진다. 조선시대의 봉수신호는 정세의 형편에 따라 5코드방식으로서 오늘날의 전신이나 컴퓨터의 부호와 원리가 동일한 것이다.
봉수신호는 인근 주민들은 물론 다른 진영의 군사들에게 정보를 신속히 전달하는데 쓰였다.
또한 봉수의 기능이 위급상태를 알리는 외에도 1개의 봉수신호는 아무 일이 없다는 것을 의미하였으므로 백성들은 1개의 봉수신호가 오른 것을 보고 안심하고 생업에 종사할 수 있었다.
이러한 봉수신호는 근대적 통신수단(전신 · 전화)이 도입되어 폐지되었지만, 의병들의 활동이나 항일독립투쟁에서 사용되어 그 명맥을 유지하였다고 볼 수 있다.
청각적 신호로는 자명고 · 에밀레종(봉덕사종) · 신문고 등을 들 수 있다. 자명고는 『삼국사기』 권14 고구려본기의 낙랑공주와 호동왕자의 설화 속에 나오는데, 적의 내침을 자동적으로 알려주는 북으로, 낙랑의 보배였다. 이러한 자명고의 파괴는 고구려가 외세의 지배계급인 낙랑의 신호체계를 파괴하였다고 할 수 있다.
에밀레종(봉덕사종)은 신라 성덕왕의 명복을 빌기 위하여 경덕왕이 시작해서 혜공왕 때 완성한 국가적 주종(鑄鐘)사업으로 종을 타종함으로써 지옥중생을 구제한다는 의미를 가지고 있었다.
신라 범종의 끝에는 세계 다른 어떤 종에서도 볼 수 없는 피리 모양을 한 음관이라고 불리는 것이 부착되어 있는데, 종을 치면 진동된 내부공기가 음관으로 빠져 나가면서 종소리에 미묘한 변화를 주어 허공에서 울려 퍼짐으로써 하늘［天］로 간 사람들에게도 그 소리를 전달한다는 종교적 차원의 의미를 가지고 있다.
그리고 종신(鐘身)에서 울리는 소리는 불교의 진리를 세상 사람［人］들에게 전달한다는 의미를 가지고 있고, 종의 밑부분에 종과 반대의 모양의 구덩이가 파인 것은 종소리가 구천［地］에 있는 중생들에게 그 소리를 들려주는 의미를 내포하고 있다. 에밀레종은 단군 이래 전해 내려오는 천(天) · 지(地) · 인(人)의 사상을 구현하고 있다고 할 수 있다.
신문고는 1402년(태종 2) 왕이 직접 백성의 억울한 사정을 듣고 해결해 주기 위하여 궁궐 앞에 설치한 일방향적 신호수단이었다.
오늘날에는 어느 것이든 모스(Morse)신호 또는 철도신호 등과 같이 전기적 수단에 의하여 인간의 자연적인 가시가청범위(可視可聽範圍)를 넘는 신호통신이 가능하게 되었다. 시각적 신호는 몸짓도 그 하나의 예이지만, 인체를 이용하지 않고 불 · 연기 · 깃발 등을 사용하는 것이 발달하였다.
봉화 등의 발화수단으로 전달하는 신호는 고대 · 중세에 걸쳐 가장 널리 사용되어, 아메리칸 인디언이나 아프리카 남부의 원주민은 지금도 이 방법을 쓰고 있다.
형상에 의한 신호방식은 완목(腕木)의 위치 또는 구성에 따라 알파벳을 표시하는 완목신호가 있는데, 전신이 발달하기 이전의 유럽에서는 가시범위에 신호기를 배치해 두고 릴레이식으로 전달해서 도시 간의 통신으로 이용하였으며, 그 뒤에는 철도신호나 항만의 조류신호(潮流信號)에도 쓰이게 되었다.
근대에 들어와서는 수기(手旗)신호는 군대나 작업현장 등에서 많이 사용되고, 또 항해용 신호기는 19세기에 처음 만들어져 오늘날에도 만국 공통의 깃발신호가 선박 상호 간 및 육지 또는 항공기 사이에서 널리 이용되고 있다. 이 밖에도 도로 · 철도신호기 · 야간항해 · 비행 중에 쓰이는 등화의 점멸식 신호가 있다.
청각신호로는 널리 사용되고 있는 북이 있다. 카메룬의 반투 니르루나 파푸아인 등은 북을 치는 횟수 또는 순서를 바꾸어 200 내지 300가지의 복잡한 내용을 나타낼 수가 있다고 한다. 또, 어떤 종족 중에는 휘파람 신호가 상당히 발달한 예도 있다.
중세 이후에는 북 외에 소라고둥 · 나팔 · 뿔피리 · 종 · 판목(板木) · 딱다기 등의 신호가 각지에서 제 나름대로의 발달을 보였다. 근대의 대포 · 기적 · 사이렌 등의 신호가 바로 그 진화된 모습들이다.
시각통신의 일종으로 간단한 근거리통신법이다. 항해 중이거나 항내에 정박 중인 선박끼리 또는 선박과 육지 사이에서 쓰이며, 한국식 수기신호와 국제간에 공용되는 세마포(semaphore)식 신호가 있다.
보통 오른손에 붉은 수기, 왼손에 백색 수기를 잡고 정해진 바에 따라 양팔을 동작시켜 통신문을 보내는데 수기가 없을 때에는 맨손으로 행하는 경우도 있다.
수기신호를 행할 때에는 먼저 보기 쉬운 곳에 국제신호기 J기를 게양해서 수기신호를 보내겠다는 의사를 표시한다. J기를 본 상대방은 즉시 회답기를 반쯤 게양한 뒤 수신준비가 완료되는 대로 그 기를 끝까지 높인다. 이 J기는 통신기간 중 게양된 채로 두며 통신이 끝나면 내리도록 되어 있다.
세마포식 신호법은 A부터 Z까지의 문자에 대하여 양팔로 그리는 동작이 규정되어 있으며, 그 밖에 ‘송신하겠다, 송신하라, 송신 끝, 해독하였다’ 등을 뜻하는 여러 동작이 규정되어 있다.
한국식 신호법은 닿소리와 홀소리를 오른손에 붉은 수기, 왼손에 백색 수기를 들고 닿소리와 홀소리의 모양대로 양팔을 동작시켜서 통신문을 보낸다. 수기의 크기는 세로 33㎝, 가로 40㎝가 표준이며, 6배 쌍안경으로 약 2㎞, 송신속도는 1분간 55자가 기준으로 되어 있다.
(1) 비행기의 경우
무선전화로 ‘메이데이(Mayday)’라고 3회 되풀이한다(만국 공통).
(2) 선박의 경우
① 약 1분 간격으로 하는 1회의 발포(發砲), 기타의 폭발에 의한 신호, ② 무중신호기(霧中信號機)에 의한 연속음향의 신호, ③ 단시간의 간격으로 발사되어 적색의 불꽃을 내는 로켓 또는 유탄에 의한 신호, ④ 무선전신, 기타의 신호방법에 의한 모스부호인 SOS의 신호, ⑤ 무선전화에 의한 ‘메이데이’라는 말의 신호, ⑥ 국제 기신호에 의한 NC의 조난신호(遭難信號)가 있다. ⑦ 사각형 기의 위 또는 아래에 불이나 이와 유사한 것이 1개 달린 것의 신호, ⑧ 선박 위의 발염(發炎)에 의한 신호, ⑨ 낙하산이 달린 적색의 염화(炎火) 로켓 또는 적색의 수동식 염화에 의한 신호, ⑩ 오렌지색의 연기를 다량으로 내는 발연신호, ⑪ 좌우로 편 팔을 반복하여 천천히 올리고 내리는 신호, ⑫ 어선 등에서 지방에 따라 색다른 물건을 장대에 달고 흔들며 소리 지르는 신호 등이 있다.
(3) 산악조난의 경우
낮에는 기 또는 호각, 밤에는 등화(燈火)의 점멸(點滅)로 1분간 6회 10초 간격으로 신호를 보내고 1분간 쉰 다음 반복한다.
공학적 의미에서 신호란 ‘정보의 구체적인 표현’이라 할 수 있다. 따라서 정보를 포함하고 있는 모든 대상은 신호가 될 수 있다.
여기서 정보는 자연계의 모든 현상이나 존재 그 자체를 의미하지만 이는 매우 추상적인 표현이므로 정보 그 자체가 신호가 되는 것은 아니다. 따라서 어떤 현상이나 성질에 대한 정보를 구체적으로 표현하였을 때 비로소 신호라 할 수 있다.
그러나 좁은 의미에서의 신호란 ‘정보의 전달과정에서 수신자가 원하는 내용을 구체적으로 표현한 것’만을 지칭하며, 여기에서 수신자가 원하지 않는 신호 이외의 것을 잡음이라 규정한다. 또한 수학적인 의미에서의 신호란 ‘하나 또는 그 이상의 독립변수를 가지는 함수’이다.
신호는 공간 · 시간 · 주파수함수로 표현할 수 있지만, 보통 시간함수로 나타낸다. 여기서 신호와 함수의 근본적인 차이는 양자의 수식적 표현은 동일하지만 함수는 특별한 물리적 의미를 가지지 않는 데 비하여 신호는 구체적인 물리적 의미를 가진다는 것에 있다.
신호는 연속신호(analog discrete)와 디지털신호(digital signals), 주기신호와 비주기 신호, 전력신호와 에너지신호, 결정신호와 랜덤신호 등으로 분류할 수 있다.
연속신호는 연속적인 시간범위에서 정의되는 신호로서 일명 아날로그신호라고도 한다. 이산신호는 이산적인 시간에서 정의되는데, 일반적으로 그 진폭은 일정하지 않으며 연속신호를 표본화(標本化)하여 얻을 수 있다.
따라서 연속신호와 펄스함수를 곱한 상태이다. 따라서 디지털신호는 항상 유한 개의 디지트를 가지는 수의 열로 표현이 가능하다.
이산신호와 디지털신호의 차이는 이산적인 시간에서 정의된다는 점은 동일하나 디지털신호가 반드시 양자화과정을 거치기 때문에 진폭이 일정하다는 데 있다. 주기신호는 같은 파형이 주기적으로 반복되는 신호를 말하고 비주기신호는 같은 파형이 반복되지 않는 신호를 말한다.
결정신호는 신호의 독립변수(시간)의 값이 주어지면 이에 따라 신호의 종속값(진폭 · 위상)이 완전히 결정되는 신호이며, 랜덤신호는 일정 순간의 값이 불확실하여 신호가 발생하기 전까지는 정확히 그 값을 알 수 없는 신호를 말한다. 따라서, 랜덤신호는 일반적으로 간단한 수식으로 표현할 수 없으며, 확률이론을 통해서만 값을 측정할 수 있다.
신호해석이란 대상신호의 성질을 규명하고 그 의미를 파악하는 것이다. 성질을 규명하기 위해서는 시간 영역보다는 주파수 영역에서 파악하는 것이 용이하므로 퓨리어 변환을 시행하는 것이 중요한 과제이며, 이 과정 자체를 신호해석이라 할 때도 있다. 또한, 통신시스템에서 볼 때는 신호해석은 잡음이 섞여 있는 신호에서 원하는 신호를 추출해 내는 과정을 말한다.
원하는 신호를 추출하기 위해서는 잡음을 제한시키거나 증폭 등의 과정을 거쳐 신호를 검출하고 검출된 신호를 다른 형태의 신호로 변환하거나 신호의 특징을 규명할 수 있는 특성모수(parameter)를 추정하여 이를 기초로 신호만을 찾아낸다.
이와 같이 원하는 신호를 추출하기 위한 제반처리과정을 신호처리라 한다. 이러한 신호처리과정은 여러 가지 형태로 응용될 수 있다.
음성통신시스템, 텔레비전방송, 전신, 데이터통신과 원격측정(telemetering), 레이더와 소나(SONAR), 우주선의 비행물체의 항법유도장치, 제조공정제어, 원격진단, 문자나 패턴의 자동인식, 영상이나 음성처리와 인식, 소립자검출, 전파천문학 등 거의 모든 분야에서 신호처리시스템이 기본을 이룬다.
응용 목적에 따라 에너지의 형태변화만 다를 뿐이다. 신호처리는 대상신호의 형태에 따라 아날로그신호처리와 디지털신호처리로 분류할 수 있다.
1950년대까지는 신호를 해석하기 위한 수단으로서 아날로그장치를 통한 아날로그신호처리를 이용하였다. 그러나 1960년대 디지털컴퓨터의 보급으로 연속신호를 이산신호로 바꾸어 처리하게 되었는데, 이를 디지털신호처리라 한다.
디지털신호처리는 종전의 아날로그신호처리에 비하여 복잡한 신호처리에 용이하며, 아날로그 하드웨어를 구성하기 전에 모의실험(simulation)이 가능하다는 점과, 또한 컴퓨터의 저장능력과 융통성에 따르는 여러 가지 장점이 있다. 디지털신호처리 분야는 크게 디지털필터와 스펙트럼해석으로 나눌 수 있다.
디지털필터는 유한임펄스응답필터와 무한임펄스응답필터로 세분되며, 스펙트럼 해석 분야는 변환을 이용하는 방법과 통계적인 방법을 이용하는 경우로 나눌 수 있다. 디지털신호처리의 응용 분야는 전자공학뿐만 아니라 지진학 · 의학 · 음향학 · 물리학에 이르기까지 다양하다.
전자와 통신 분야에서는 주파수 및 시분할 다중화와 문자인식 · 영상인식 · 음성인식 · 레이더 · 소나 등에도 응용하며, 통계적으로 신호를 해석하는 방법에는 상관함수 · 자동회귀 · 이동평균 등이 이용된다.
지금까지 주로 결정함수만을 대상으로 신호해석을 해왔으나 통계적 방법으로 신호해석을 하는 경우까지를 포함하였을 때를 현대 신호해석이라 한다. 신호처리 분야에 디지털 하드웨어기술을 응용하는 데 관심을 가지기 시작한 것은 제2차세계대전 직후였다.
그러나 당시의 기술로는 가격 · 크기 · 신빙성에 있어서 아날로그필터나 아날로그 스펙트럼해석기술보다 훨씬 불리하였기 때문에 디지털신호처리방식이 적용되지 못하였다. 1950년대에는 통계적 개념과 Z변환을 이용한 디지털필터의 이론과 실현가능성에 대한 연구가 이루진 바 있다.
한편, 제어문제나 저주파지진의 신호처리 문제에 대한 확실한 이론이 나온 것은 1960년대 중반이었으며, 이후 집적회로의 기술향상과 더불어 급속한 발전을 이루게 되었다. 1965년에 쿨리-터키(Cooley-Turkey)는 고속퓨리어변환 알고리즘을 발표하였다.
고속퓨리어변환(FFT) 알고리즘은 이산퓨리어변환(DFT) 알고리즘에서 소요되는 연산시간을 크게 감소시키는 획기적인 방법이었으며, 아날로그 스펙트럼해석에 비하여 디지털해석이 얼마나 경제적인가를 보여주는 것이었다. 이 FFT알고리즘의 등장 이후 디지털신호처리는 급속한 발전을 이룩하게 되었다.
참고문헌
『삼국사기(三國史記)』
『삼국유사(三國遺事)』
『현대신호해석』(진용옥, 경희대학교 출판부, 1984)
『한국전기통신 100년사』(체신부, 1985)
『커뮤니케이션발달사』(이상철, 일지사, 1986)
『한국의 불교미술』(홍윤식, 대원정사, 1988)
『커뮤니케이션이론』(오진환, 나남, 1988)
｢뗄레마띠끄문명체계와 정보문화｣(진용옥, 『정보혁명의 물결과 지역정보화』, DACOM, 1987)
관련 미디어
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