대역확산

왜 배우는가: 대역확산은 재밍·도청·다중경로 페이딩에 강한 무선 전송의 기본 원리로, 무선 통신, 위성·GPS, 드론 링크 등 실무 전반에 쓰인다. 기술사 시험에서는 1교시 용어 문제와 논술형(드론·군용 통신 등) 문제로 반복해 출제되므로 정의, FHSS·DSSS 차이, 처리이득을 정확히 정리해야 한다.

출제 이력: 제126회 3교시 3번, 제120회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의 문장은 다음과 같다.

대역확산은 정보 신호의 대역폭을 원래보다 넓게 확산시켜 전송하는 변조 기술이다

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 대역확산(Spread Spectrum)
• 처리이득(Processing Gain)
• 주파수 도약(FHSS)
• 직접 시퀀스(DSSS)
• 의사잡음 코드(PN Code)
• 재밍 내성(Jamming Resistance)
• 저피탐·저피도청(LPI/LPD)
• 코드분할다중접속(CDMA)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 대역확산은 신호를 넓게 펼쳐서 보내는 방식이다. 좁은 주파수에 힘을 몰아 보내면 방해 전파에 쉽게 막히므로, 넓은 대역에 힘을 나누어 보내 방해와 도청을 어렵게 만든다.

정식 정의는 다음과 같다. 대역확산 통신은 정보 신호를 의사잡음(PN) 코드 같은 별도 신호로 변조하여 원래 필요한 신호 대역폭보다 훨씬 넓은 대역에 확산시켜 전송하는 방식이다. 수신측은 동일한 코드로 역확산(De-spreading)하여 원래 정보를 복원한다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다.

• 의사잡음 코드(PN Code): 잡음처럼 보이지만 송수신측이 미리 알고 있는 규칙적인 부호열이다. 칩(Chip) 단위로 신호에 곱해진다.
• 처리이득(Processing Gain): 확산 후 대역폭과 확산 전 대역폭의 비다. 식은 G_p = B_{RF}/B_{baseband} 이며, dB로는 G_p[\mathrm{dB}] = 10\log_{10}(B_{RF}/B_{baseband}) 이다. 예를 들어 1kHz 신호를 100kHz로 확산하면 100배, 즉 20dB이다.
• 역확산(De-spreading): 수신측에서 동일한 코드를 곱해 확산 신호를 원래 대역으로 되돌리는 과정이다.
• 재밍(Jamming): 의도적으로 같은 주파수에 방해 신호를 보내는 공격이다. 대역확산은 방해 전력을 넓은 대역에 분산시켜 영향을 줄인다.

처리이득은 잡음 자체를 줄이는 것이 아니다. 확산은 신호 대역폭을 넓히지만 광대역 열잡음은 그대로 남는다. 따라서 처리이득은 협대역 간섭과 재밍에 대한 내성을 나타내는 지표로 해석한다.

3. 등장 배경과 필요성

대역확산 기술은 군사 통신의 재밍 대응을 위한 연구·개발을 거쳐 발전하였다. 군용 통신은 적의 재밍과 도청을 막아야 했으므로, 신호를 넓게 펼쳐 보내는 방식이 설계 목표가 되었다.

이후 민간 무선 기술로 확대되었다. 무선 LAN 표준(IEEE 802.11)은 초기에 FHSS와 DSSS를 물리계층에 사용하였다. 또한 CDMA 이동통신과 GPS 같은 위성항법 시스템도 대역확산을 기반으로 한다. 여러 사용자가 같은 대역을 코드로 구분해 공유할 수 있다는 점이 다중접속 측면의 필요성이다.