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최근의 원격통신 시스템의 추세는 전화가 전신을 점차 대체해가고 있다.

이와 같은 추세의 이유는 간단하다. 전화는 전기의 파동을 매체로 하여 원거리에 음성과 음향을 재현할 뿐만 아니라 이 회선을 이용하면 전신, 화상, 텔레비전 신호 및 자료를 서로 다른 자료 처리 장치에 바로 입력이 가능한 형태로 전송하는 것이 가능하다. 전화회선을 이용하여 원격지에 있는 컴퓨터가 상호통신하는 것도 가능하다. 따라서 전화 시스템은 현재 대부분의 원격통신 시스템에서 필수적인 부분이 되었다.

전화에 필수적인 요소는 알렉산더 그레이엄 벨의 특허가 인정받은 1876년 3월보다 4반세기 훨씬 이전에 이미 이용이 가능한 상태였다.

음성을 고체 내에서 전달이 가능한 진동으로 이해한 것은 19세기초였으며 1831년 마이클 패러데이는 철이나 강철 조각의 진동을 전기적인 펄스로 변환할 수 있음을 보였다(패러데이). 바로 이 시점에 과학기술 분야에서는 전화가 발명될 수 있는 시기에 도달했지만 이와 같은 기구의 응용을 예견할 수 있는 사업가가 없었다.

벨은 1875년 음성의 전기적인 전송이 가능할 뿐만 아니라 상업적으로도 유용하다는 것을 인식한 최초의 사람으로 여겨진다. 현재 전화의 원리는 19세기와 동일하다. 음성이 공기를 진동시키면 공기에 의해 진동판이 진동하며 진동판의 운동에 따라서 이에 해당하는 전기의 흐름이 일어나게 된다. 현대의 전화기에서는 진동판이 탄소입자에 압력을 가하면 탄소입자의 전기저항이 변하여 전류의 흐름에 변화가 생긴다. 또한 수화기에서는 전자석을 통해 전류가 흐르며 전자석의 힘이 변하여 인접해 있는 강철 진동판을 진동시킨다.

진동판이 진동하면 주위의 공기가 움직여 음성이 생성된다.

오늘날 우리에게 친숙한 전화 시스템이 개발되기까지는 여러 종류의 문제점을 극복해야 했는데 가장 힘든 문제점은 각 마을마다 여러 대의 전화가 있으며 또한 각각이 나머지의 모든 전화기와 서로 접속되어야 한다는 점이었다. 이를 위해서는 전화선을 어느 한 곳이나 몇 개의 지점에 집결시켜 연결해야만 했다.

최초의 상업적인 전화 교환대가 1878년 1월에 미국 코네티컷 주 뉴헤이번에 설치되었다. 이 전화교환대는 21대의 전화를 다룰 수 있었으며 다양한 전선이 서로 접속할 수 있도록 여러 개의 스위치가 장치되어 있었다.

이것이 소개되자마자 곧 전화 시스템은 더욱 정교한 시스템으로 비교적 단거리에 있는 상당히 많은 수요자를 서로 접속시킬 수 있게 되었다. 따라서 수요자가 급속히 증가된 사실이 전화 시스템의 기계적·전기적인 완성도를 대변해주고 전화 시스템의 옹호자들에게도 추진력을 주었지만 그리 놀라울 만한 일은 아니었다.

1880년에 이르러 미국에서는 3만 명이 가입한 138개의 교환대가 작동하고 있었다. 전화가 상업적으로 도입되고 10년이 지난 1887년에는 743개의 주 교환소와 444개의 지점교환소 15만 여 명의 가입자를 23만 5,000km의 전선으로 연결하게 되었다. 전화 시스템은 다른 국가에서도 급속하게 발전되었으며, 국지적인 수준에서 성공한 이 기술을 대규모로 이식하는 연구가 촉진되었다. 이렇게 되자 여러 가지 문제점이 발생했지만 독창적인 생산품과 절차가 개발되어 이를 해결했다.

이와 같은 혁신에 따른 최초의 제품인 굳은구리선(hard-drawn copper wire)은 보통의 구리선이나 강철에 비해 강도가 더 높으며 전기전도도도 높다.

1883년에 보스턴과 뉴욕 사이의 장거리 시험에 의해 굳은구리선의 유용성이 증명되자 가공전선의 표준 재료가 되었으며 전주와 전선이 복잡하게 얽혀서 위험하게 된 시가지에서는 지하 케이블이 도입되었다.

다년간에 걸쳐 여러 가지의 진보가 이루어지면서 전송선의 길이가 점차 증가하게 되었는데 보스턴과 시카고 사이의 약 1,900km가 성공적으로 연결된 것을 실용적인 한계로 생각했다. 그당시 근본적인 문제는 회로의 전기적 특성에 의해서 전기 신호가 왜곡(일그러짐)되는 것이었다.

영국의 이론가인 올리버 헤비사이드는 케이블을 따라서 일정한 간격으로 코일을 설치하면 일그러짐이 최소화될 수 있을 것이라고 제안했지만 정확한 값을 얻기 위한 계산은 하지 않았으며 실제적인 실험도 수행하지 않았다. 헤비사이드의 아이디어는 현재 장하(裝荷)라고 불리는데 미국의 기술자에 의해서 성공적으로 수행되어 1900년 5월에는 장하된 회로가 처음 공개되어 사용되었다.

일그러짐의 문제가 일단 해결되고 난 다음에는 신호를 증폭하는 것이 문제였다.

1915년에 3개의 반복기(repeater), 즉 중계기를 사용하면 미국 대륙을 횡단하여 음성신호를 전송할 수 있다는 것이 시연되었다. 각 반복기의 핵심부에는 리 디 포리스트가 1906년에 발명한 3극 진공관이 장치되어 있었다. 디 포리스트의 진공관은 필라멘트(전자원)·양극(전자의 수집기)과 전자의 흐름을 조절하기 위한 전선망인 그리드가 필라멘트와 양극 사이에 장치되어 있어서 그리드에 작은 신호를 가하면 양극에서는 큰 신호로 증폭되어 나타나게 된다.

대양을 가로질러서 신호를 수신하는 것은 더욱 힘든 것으로 밝혀졌는데 이것은 반복기의 수명이 짧았으며 해저 케이블에 장치된 반복기를 교체할 수 있는 방법이 없었기 때문이었다. 대서양을 횡단하는 케이블 전화는 케이블 부설이 경제성을 가질 수 있는 기간인 20년 정도의 기대 수명을 가지는 진공관이 개발되고 난 뒤 가능하게 되었다. 고도의 절연재 플라스틱인 폴리에틸렌의 개발도 이 계획이 실현되는 데 많은 도움을 주었다.

전화 시스템이 점차 복잡해지고 사용자가 점차 증가함에 따라 다중통신과 스위칭 분야에 대한 많은 연구가 있었다.

다중통신 방식에서는 다중 신호를 동일한 전선을 통하여 동시에 전송하는 것이 가능하다. 현존하는 회선의 용량을 증가시키는 한 가지 방법은 전송하고자 하는 파에서 표본을 주기적으로 추출하여 전송하는 것이다. 최근의 실험에 의하면 이 방법에 의해서도 고품질의 재생이 가능하다는 것이 밝혀졌으며 이에 따라서 한 회선을 통하여 12개까지의 음성신호를 전달하는 것이 가능하다.

스위칭 문제도 성공적으로 해결되었다. 1880년대 중반이 되자 전화 교환대는 수백 명 또는 수천 명의 가입자도 처리할 수 있을 정도로 개발되었으며 이를 위하여 특수한 개폐기와 유연한 전선이 개발되었다. 교환대는 동일한 부분이 다중단위로 구성되어 있어서 여러 명의 교환수가 동일한 전화를 관리할 수 있었으며 각 교환수가 듣지 않고도 어느 회선이 사용중인지를 알 수 있는 방법이 고안되었다.

오늘날의 원격통신은 대량의 전문을 잡음이나 간섭에 의한 손실 없이 원거리에 전송하는 문제에 중점을 두고 있다.

단거리 전문에 관련된 문제점은 심각하지 않아서 특별한 처리 없이 이중선을 통하여 전문을 전달할 수 있다. 잡음과 간섭이 비교적 없는 원격통신의 핵심은 소위 2진신호라는 것이다. 전문을 전송하는 데 채용할 수 있는 여러 종류의 신호 중에서 가장 간단한 형태의 신호는 단지 2개의 상태를 갖는 신호, 즉 모스 신호에서는 ·과 ­, 텔레타이프의 온-오프(on-off), 2진수에서 0과 1, 컴퓨터 카드에서 천공의 유무 등과 같은 신호이다.

음성, 화상, 기계의 데이터는 거의 대부분이 2진부호로 변환하는 것이 가능하다. 음성신호와 같이 시간에 대해서 항상 변화하는 신호를 아날로그 신호라고 부르는 데 비해 2진신호는 디지털 신호라고 부른다.

일단 신호가 2진 형태로 암호화되면 변조기에 의해서 신호가 처리되는데 이것은 전송하고자 하는 형태에 알맞는 무선주파 신호에 정보 신호를 부가하는 것이다(디지털 신호 변조). 고주파의 신호는 대개 무선 전송에 사용되며 저주파의 신호는 동축 케이블과 같은 전선에서 이용된다.

변조의 가장 간단한 형태는 진폭 변조(amplitude modulation/AM)인데 이 방법에서는 변조 신호에 의해서 반송파의 진폭이 서서히 변한다. 온-오프의 2진 신호열에 의해서는 반송파가 온-오프를 반복하게 된다. 반면에 주파수 변조에서는 반송파의 주파수가 변조(frequency modulation/FM)신호에 따라서 변화하게 된다. 암호기(coder)와 변조기를 합하여 송신기(transmitter)라고 부른다.

변조된 신호가 전송될 때 발생하는 에러를 최소화하는 방법에는 몇 가지가 있는데 한 가지 예는 신호를 송신기에서 처리하여 부호화함으로써 신호와 잡음(불필요한 배경 신호)이 최대한 구별되도록 하는 방법이다.

수신기에서는 필터를 삽입하여 신호의 특성을 과도하게 변화시키지 않고 잡음의 에너지를 감소시킬 수 있다. 에러가 발생할 수 있는 또다른 문제로는 다중경로 효과(multipath effect)가 있는데 이것은 하나의 신호가 여러 개의 상이한 통로를 통과할 때(이와 같은 현상은 대개 반사에 의해서 발생함) 수신기에 미세한 시간 간격을 두고 신호가 도달하는 것이다. 다중경로 효과는 여러 가지의 기술에 의해서 해결할 수 있는데 전송 신호의 복사본을 여러 개 만들어 조금씩 서로 다른 시간에(시간 분배) 또는 여러 개의 안테나·수신기·송신기를 통하여(공간 분배) 송신하는 방법이 있다(시분할 다중통신, 주파수분할 다중통신).

수신된 신호를 적절하게 조합하면 다중경로 효과는 다소 감소시킬 수 있다.

현재 세계적으로 사용되고 있는 원격통신 시스템은 4가지의 유형, 즉 유선·광학·무선·위성을 이용하는 방법으로 나눌 수 있다. 유선 전송은 대개 나선(裸線), 다중선, 동축 케이블 등 여러 가지의 전선을 통하여 전기 신호를 전송하는 것을 뜻한다. 이 전선은 음성주파수·전신과 저속 데이터를 전송하는 데 사용된다. 광통신은 광섬유를 이용하여 변조된 빛을 전송한다. 무선 전송은 대개 공기나 공간을 통하여 비교적 좁은 주파수 대역을 통하여 전기 신호를 전송하는 것을 뜻한다.

위성통신에는 지구 주위를 회전하는 인공위성을 이용하여 지구상의 여러 지점을 통신으로 연결한다.

반송파 전화에 이용되는 한 쌍의 나선은 150㎑까지의 신호를 전송할 수 있다. 전형적인 반송파 시스템에는 각각 4㎑를 필요로 하는 회선 12개가 주파수 다중화되어 있다. 케이블 시스템에서는 이보다 더 많은 수의 음성회선과 전신회선을 포함할 수 있는데 전형적인 경우에 24개의 음성회선을 결합하여 40~140㎑의 영역을 점유하는 복합신호를 생성할 수 있다.

동축 케이블은 이보다도 훨씬 넓은 주파수 대역을 공급할 수 있어서 주파수 대역이 ㎒에 이르며 다중화를 계속하면 600개에 이르는 음성회선을 하나로 결합할 수 있다.

원격통신 시스템에서 광섬유는 점차 중요한 요소가 되고 있는데 광섬유는 섬유 형태의 유리(또는 때때로 플라스틱)로 만들어지는데 이것은 디지털화된 원격통신 시스템에서 가시광선이나 적외선의 펄스로 신호를 전송할 때 도파관 구실을 한다.

광 펄스는 보통 고체 레이저를 이용하여 생성하며 수신단에서는 반도체 다이오드를 사용하여 수신한다. 광섬유는 동축 케이블이나 통상의 구리 전선에 비해서 빠른 속도로 정보(화상신호, 컴퓨터 데이터, 음성 소식을 포함하는)를 전달할 수 있으며 전기적인 잡음의 영향을 거의 받지 않는다. 기술적인 진보와 비용의 급격한 감소에 의해서 광섬유가 널리 사용되었다. 1985년 이래로 중앙전화국 사이와 새롭게 가설되는 장거리 전화회선의 대부분은 광섬유로 이루어져 있다.

무선전파에 기초를 둔 원격통신 시스템의 경우에는 누구나 무선 전파를 사용할 수 있으므로 전파의 사용과 사용하는 주파수 대역, 그리고 전파의 전송 거리를 제한하는 국제적·국내적 규정이 생겨나게 되었다.

한국의 경우를 예를 들면 AM 방송은 535~1,605㎑의 대역에 할당되어 있고 FM 방송은 88~108㎒, 그리고 텔레비전 방송은 54~72㎒, 76~88㎒, 174~216㎒, 470~890㎒(극초단파[UHF]대)의 4대역에 할당되어 있다.

통신위성은 가장 먼거리의 통신을 가능하게 해준다. 예를 들어 통신위성을 이용하면 텔레비전 생방송 프로그램을 국가와 대륙 간에 서로 교환하는 것도 가능하게 해준다. 통신위성은 장거리로 떨어져 있는 지점간에서 초단파를 이용하여 통신할 수 있는 수단을 제공해준다.

국제 전화와 데이터 서비스는 지구상의 100여 개 국가에 위치해 있는 지구국을 경유하여 제공된다. 이밖에도 여러 개의 위성통신 시스템에 의해서 국내 서비스와 선박 간의 통신이 제공된다. 지구국에서 궤도를 돌고 있는 위성에 신호를 전송하면 위성에 실려 있는 장비가 신호를 수신하여 이를 증폭한 후 다시 지구의 특정지역으로 송신한다. 이 지역 내에 있는 모든 지구국은 이 신호를 수신할 수 있으므로 통신회선이 형성된다. 인구 밀집지역간에 텔레비전 신호나 전화 신호를 전송하는 데 전선이나 전파를 이용할 수도 있지만 인공위성을 이용하면 훨씬 많은 용량을 제공받을 수 있으며 대부분의 경우에 회선당 비용이 더욱 저렴하다.

위성 시스템은 전선이나 케이블, 지상 초단파 시스템의 경우와 같이 중계국을 어느 지점과 지점 사이에 설치할 필요가 없기 때문에 서비스가 신속하게 이루어질 수 있다. 일단 위성이 발사되면 다수의 지구국에 대해서 서비스가 가능해진다. 두 지점간의 통신은 2개의 지구국을 건설하면 가능해진다.

우주에 위치한 무선중계기 구상은 아직 구현되지 않았는데 최초의 위성통신은 미국 정부의 스코어(Signal Communication by Orbiting Relay Equipment/SCORE：궤도상의 중계장비에 의한 신호 통신) 계획이었는데 이 계획에 의해서 1958년 12월 18일에 인공위성이 발사되었다.

이 위성은 실시한 방식과, 전문을 자기테이프에 기록한 후 재전송 하는 지연-반복 방식으로 작동했다. 스코어는 축전지가 소모될 때까지 13일 동안 작동했다. 초기의 시험이 성공적으로 수행되어 위성이 통신분야에 널리 이용되게 되었으며 이후 기술의 진보는 현저했다. 예를 들어 1965년에 발사된 인텔샛 1호는 240회선의 쌍방향 전화 회선과 2개의 텔레비전 회선을 제공했다. 반면에 1980년에 발사된 인텔샛 5호는 1만 2,000개의 전화회선과 2개의 텔레비전 회선을 제공했다.

대부분의 통신위성에서 전력원으로는 태양전지가 널리 사용되고 있다. 통신위성에 기반을 둔 원격통신의 성공에도 불구하고 이 기술에는 근본적인 제한이 있는데 이는 위성이 제공할 수 있는 통신의 양이 사용할 수 있는 위성의 궤도 위치와 주파수의 개수에 의해서 제한된다는 점이다. 위성은 전화선이나 케이블·광섬유와 같이 개개의 가정과 사무실에 구분된 회선을 제공할 수 없다는 것이다.

따라서 유럽과 미국에서 케이블은 위성과 대등한 경쟁을 하고 있으며 광섬유 케이블이 더욱 성공적일 것으로 기대되고 있다.