광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 이흥노 교수 연구팀은 수십 GHz 수준의 광대역 내에서 서로 다른 주파수를 사용하는 복수의 전파 신호를 한꺼번에 왜곡없이 수신할 수 있는 새로운 초광대역 신호수신 시스템 이론을 개발했다고 대학 측이 26일 밝혔다.

그동안 초광대역 신호 수신 시 하드웨어의 성능 대비 대역폭이 매우 넓을 때에는 '에일리어싱(aliasing)'이라는 신호왜곡 현상이 발생했다. 에일리어싱이란 전자기파 상태의 아날로그 신호가 표본화 되어 디지털 신호로 변환될 때 발생한다.

미국의 전기공학자 해리 나이퀴스트(Harry Nyquist)는 지난 1928년 신호왜곡이 발생할 수 있는 고주파 대역 신호를 미리 잘라내는 방법(나이퀴스트, Nyquist)을 해법으로 제시했다. 이 방법은 왜곡 발생은 없으나 고주파 대역의 정보를 영구적으로 잃는 또 다른 문제가 발생한다. 이런 딜레마에도 불구하고  나이퀴스트는 지금까지도 대부분의 신호 수신 시스템에서 사용돼 왔다. 

그러나 신호 수신 시스템의 수신대역폭을 초광대역으로 확대하려면 고주파 대역 신호를 잘라내지 않으면서 신호왜곡 문제를 해결해야 한다. 즉, 나이퀴스트 방식이 아닌 새로운 이론적 시도가 필요했다. 

이흥노 교수팀은 수신 대역폭을 일부러 훨씬 넓게 확장하는 새로운 접근법으로 난제를 풀어냈다. 

연구 결과 이 방식은 비록 에일리어싱에 의해 왜곡되긴 했지만 고주파 대역의 정보를 잃지 않았다. 왜곡을 제거하기 위해 수학 기반의 빠른 알고리즘을 개발해 깨끗한 광대역 신호를 복원했다. 

이로써 수십 GHz에 이르는 초광대역 신호를 정보의 손실이 없이 수신할 수 있는 새로운 시스템 이론이 탄생했다. 지난 1928년 이후 장장 90년 간의 숙제이던 나이퀴스트 방식의 딜레마가 해소된 것이다.

이 교수는 이번 연구 결과에 대해 "신호 수신 시스템의 수신 대역폭이 크게 확장되고 값싼 하드웨어를 사용해도 초광대역 신호 수신 시스템을 구현할 수 있게 됐다"고 의미를 밝혔다.

새로운 초광대역 신호 수신기는 전장 상황에서 아군의 피해를 크게 줄이는 데 유용할 것으로 보인다. 초광대역 레이더 수신기는 적의 레이더 신호를 빠르고 정확하게 파악해 빠른 대처가 가능하다. 또 기존에는 수신 불가능하던 초고주파수 영역의 신호정보를 디지털로 전환하고 빅데이터로 저장하는 것도 가능하게 됐다.

이번 연구는 방위산업청과 한화시스템의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 성과는 신호처리 분야 국제저널 'IEEE Transactions on Signal Processing' 4월 9일자 온라인판에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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