[연구실탐방] ComSto 연구실 특명! error를 줄여라!

2013.06.10 10:28

현대 문명이 급속도로 발전하고 있는 지금, 과연 우리는 스마트한 시대에서 살고 있는가? 사람들에게 좀 더 효율적이고 Error 없는 선진적인 문명을 가져다 줄 수는 없을까? 인간의 끝없는 탐구심과 인체라는 최적의 메커니즘을 위해 연구하는 곳, ‘통신신호처리 알고리즘’을 다루는 ComSto 연구실을 찾아갔다. 보통 사람들에게 ‘전기및전자공학과에서 무엇을 연구할까?’ 라는 질문을 던지면 무엇이라 답하겠는가? 흔히 반도체, 전자회로 등을 말한다. 생활과 밀접하게 연관되어있지만 다소 생소한 분야, ComSto 연구실의 문재균 교수를 만났다.

 


 

 
ComSto 연구실의 분위기가 궁금하다.
 
ComSto 연구실의 문재균 교수는 미국에서 20여 년간 교수 생활을 뒤로한 채 KAIST에 온지 3년째가 되었다. 미국적 사고방식에 익숙한 그는 횡적인 인간관계가 특징이다. 선후배간의 지시전달보다는 나이나 서열을 따지지 않고 자유로운 의사소통을 할 수 있는 수평적인 분위기를 선호한다.
 
ComSto 연구실의 일원이 되기 위해 가장 필요한 것은 무엇이냐는 질문에 문재균 교수는 열정을 강조했다.
“랩의 목적은 연구다. 때문에 연구자에게 가장 필요한 덕목은 연구에 관한 열정이다. 적당히 하고, 미니멈을 추구하는 시간 때우기 연구는 결코 잘 될 수 없다. 시험에서 1, 2점 잘 받는 것보다 연구 주제에 대해서 깊이 빠져들고 몰입하는 열정 말이다. 집중하느라 시간 가는 줄도 모르고 매달리는 그런 자세가 필요하다.”
 
특히 문 교수는 한국 학생들에게 반드시 필요한 요인으로 적극적인 자기의사 표현을 꼽았다.
“틀릴 가능성이 있다고 겁내지 말고 자신의 의견을 남에게 주장할 수 있어야한다. 그래야 아이디어를 내고, 시행착오를 겪으면서 커나갈 수있다.”

 

또한. 틀에 갇히지 않는 사고방식의 중요성도 강조했다.
“교수, 선배와 많은 토론·토의를 하면서 넓게 생각할 수 있어야 한다. 우리나라의 벤처문화를 주도한 것이 바로 KAIST다. 그런 KAIST의 문화를 계승시키고 발전해 나아가는 데는 폭넓은 사고를 바탕으로 진취적이고 창의적인 생각들이 끊임없이 돌출되어야 한다.”
 
ComSto 연구실, 무엇을 하는가?

 
ComSto 연구실에선 통신신호처리 알고리즘에 대해 연구한다. 통신시스템을 만들기 위해서 시간, 주파수, 에너지 등의 네트워크 리소스들을 각 사용자에게 적절하게 분배하는 방법을 고안해야 된다. 또한, 데이터 발송 시 신호들이 서로 엉키고 뒤섞이는 것을 감안해서 좋은 수학적 알고리즘을 활용해 데이터 송수신 방법을 잘 디자인 하는 것이 관건이다. 우리가 하는 일은 통신 분야에서도 후자에 속한 일. 즉 실타래처럼 엉켜진 신호들을 어떻게 잘 풀어서 여러 사람들이 원활하게 통신 하게끔 하느냐는 것이고. 그러한기술의 근간이 되는 수학적 알고리즘이 회로에 굽혀지고 칩으로 구현되어 컴퓨터나 스마트기기에 들어가는 과정이 원활히 이루어지도록 조율하는 역할도 한다.
 

 

 
알고리즘에서 중요한 것은 무엇이며 어떻게 쓰이는가?

 
알고리즘은 성능이 좋으면서 복잡하지 않아야한다. 매번 슈퍼컴퓨터가 필요한 게 아니고 주어진 역할을 빠르게 수행하는 효율적인 알고리즘이 필요한 것이다. 최근 과학자들이 주시하고 있는 인간의 뇌는 세상에 존재하는 가장 효율적인 알고리즘을 가진 생물학적 머신이라고 할 수 있다. 아직까지 과학자들이 완벽히 이해하지 못한 머신이기도 하다. 예를 들어서 굉장히 시끄러운 장소에서도 사람들은 늘상 같이 대화하던 가까운 사람들의 말은 잘 알아듣는다. 하지만 기계는 말소리를 소음과 구분하지 못하고 동일하게 인식한다. 이러한 효율적인 방법들을 과학적으로 이해하는 것이 알고리즘의 효율성을 높이는 방법이다.
 
우리는 현재 하이테크 기술 속에서 살아가는 것 같지만 많은 경우에 있어서 대단히 ‘원시적’ 인 삶의 형태에서 벗어나지 못하고 있다. 예를 들어 에어컨의 경우, 단지 온도만으로 온·냉풍을 조절한다. 사람의 몸에 미치는 습도, 채광, 편광 또는 땀의 정도, 심장박동 수, 기분 등에 따라 개인 맞춤형 알고리즘으로 구동된다면 낭비 에너지의 90%를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 훨씬 더 쾌적한 환경을 만들 수 있을 것이다. 이러한 점을 해결하려고 노력한 사람이 스티브 잡스다. 휴대전화를 단순한 통신기기가 아닌 삶과 밀접한 스마트폰으로 만들었다. 이처럼 사람들의 감성과 욕구를 이해를 할 때 삶의 질을 높이는 사회가 도래하고 더불어 새로운 산업들을 일으킬 수 있는 성장 동력들이 만들어질 것이다.
 
좋은 연구란 무엇인가?
 
학자로서 좋은 논문을 쓰고, 논문을 통해 인지도를 높이며 논문을 인정받는 것이 좋은 연구이다. 산업과 밀접한 관계를 가진 전기및전자공학과의 입장에서 보면 산업체와 연계해서 좋은 영향을 주는 것 또한 좋은 연구이다. 크게 보면 삶의 질을높이고 세상을 밝히는 데에 공헌한다.


사회적인 측면에서 사회구성원 개인이 혼자 잘먹고 잘 사는 것이 아니라 서로 도와서 함께 더불어 살아갈 수 있어야 한다. KAIST의 많은 선배들이 좋은 연구를 위해 노력했으니 여러분들 또한 좋은 연구를 하길 바란다.
 
전기및전자공학과를 선택하신 계기가 있다면?
 
내가 무엇을 하고 싶은가도 중요하다. 하지만 내가 처한 현실이 무엇이며, 내가 가진 능력이 무엇인지 고려해야한다. 나는 전공을 선택할 시기가 왔을 때 특정 분야로 마음을 정하지 못한 상태였으나 실제에 응용할 수 있는 연구를 하고 싶다는 마음은 있었다. 그래서 분야가 무척이나 다양해 선택의 여지가 많고 응용을 중시하는 전기및전자공학과가 맞았다. 한편으론 실험보다는 이론 전개를 좋아했고 디테일하게 그리는 것보다는 큰 그림 아래서 많은 것들을 생각하고 단계적으로 해결해나가는 것을 좋아했는데 이또한 가능성이 많아 보였다. 나의 여러 아이디어들을 구연자와 논의하며 같이 실현해 나간다는 것도 매력적으로 다가왔다.
 
전기및전자공학과를 희망하는 학생들에게 하고 싶은 말이 있다면?
 
새로운 아이디어를 펼치고, 호기심을 가지는 등 잠재능력을 높여라. 나의 호기심을 자극하는 것이 무엇이며 내가 원하는것이 무엇인지를 찾아내라. 점수에 연연하며 의미 없는 선행학습, 반복학습을 지양하고 무엇을 하며 살 것인가를 생각하라. 그리고 전망에 따라서 의사결정을 하지마라. 전망이란 언제든지 바뀔 수 있는 것이다.


당장의 안위를 걱정하지 말고 소신껏 행동하라.KAIST에 온 이상, 글로벌한 리더가 되겠다는 포부를 가져야한다.
 
1. ComSto lab의 연구 내용
 
문재균 교수의 랩인 ComSto 연구실은 디지털 통신 및 저장 시스템의 성능과 효율성을 근본적으로 개선할 수 있는 알고리즘을 개발하는데 주력하고있다. 깊은 수학적인 이론과 체계적인 데이터 분석에서 오는 통찰력을 이용하여, 주어진 물리매체에 최적화된 송수신 방법, 코딩 테크닉, 수신 신호 등화기와 검출기 등의 알고리즘을 개발하는 연구를 진행 중이다. 대표적으로 Storage channels, Wireline Communication, Wireless Communication,Efficient sensing of human bio-rhythms 등을 연구한다.
 
2. ComSto lab의 주력연구
 
ComSto lab의 주력연구 내용은 효율적으로 신호를 전송하고 신호를 전송을 하는 도중에 생긴 에러를 적절히 정정하는code를 짜는 것이다.그럼 우선 신호가 어떻게 전송되는지 알아보자.
 

 
신호는 위와 같이 Transmitter, channel, receiver로 나누어진다.우선 Transmitter에서는 우리가 전송하고자 하는 신호를 전기신호로 바꾸어서 공중의 무선 전파나 전기 케이블의 전류형태로 내보내는 곳이다.
다음으로 Channel은 통신로라고 생각을 하면 된다. 정보의 발생원으로부터 목적지까지 닫기까지 이르는 모든 선로나 장비를 말한다.마지막으로 Receiver의 경우는 Transmitter와는 반대라고 생각을 하면 되는데 전기신호를 음향신호 등으로 바꾸어서 사람에게 필요한 message를 얻게 해주는 부분이다.
 
진행되고 있는 연구의 예를 들자면 ComSto lab은 이중에서 channel부분에서 Noise source로 인해 생기는 각각의 error에 대해서 적합한 에러 정정부호를 적용시켜 error를 최소화하는 code를 만드는 연구를 하고 있다.


이 연구 결과는 고밀도 하드디스크 드라이브의 집적도를 극대화하기 위해 사용이 되기도 한다. 저장매체의 기록 밀도가 높아짐에 따라 인접한 데이터들 셀들 간의 상호 간섭이 생기게 된다. 즉 효율적인 신호 전달과 에러가 생길 경우에 해당에러에 부합하는 에러 정정부호를 적용시켜야 데이터가 최대한 정확하게 전송되게 된다. 이 때 사용되는 code가 ComSto연구실에서 개발한 MTR (Maximum TransitionRun) length code이다. MTR특허는 블루레이 광저장 장치를 생산하기 위한 필수 기술 특허 풀에 포함되었다. Blu-ray disc의 경우는 기존의 CD/DVD 같은 광디스크보다 더 높은 정밀도로 데이터를 읽거나 쓰기 때문에 상호 인접한 데이터 셀들 간의 간섭이 생길 우려가 더 크다. 따라서 MTR length code를 통해서 데이터의 전송에있어서 error가 생길 여지를 최소화해야 한다.
 
 
error의 종류
 
1. Noise- 여기서 Noise는 측정계에 혼입되거나 혹은 측정계 내에서 발생하여 신호의 전달 또는 수신을 방해하는 신호를 의미한다. 보통 Noise의 원인은 직류모터의 브러시부분에서 발생하는 불꽃이나 인버터 등의 제어회로에서의 고주파전류로 인한 것이다
 
2. ISI- 같은 신호가 다른 경로를 통해 시간차를 두고 들어오는 경우, 신호가 연속해서 계속 날라 들어오게 되면 뒤 신호가 앞신호와 겹쳐서 수신하는 쪽에서는 앞 신호를 판정하는데 있어서 뒤 신호와 겹친 부분은 error가 난 것으로 판정하게 된다. 이러한 경우를 ISI(inter symbol interference) 라고 한다.
 
3. Fading- 수신되는 전파가 지나온 매질의 변화에 따라 그 수신 전파의 강도가 급격하게 변동되는 현상을 말하는데 지나오는 장애물에 따라 굴절되는 각이나 반사되는 정도가 달리지면서 생기는 error를 말한다.

 


김경화, 김건우 학생기자

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