[HAM] 대중을 위한 소프트웨어 정의 라디오(SDR), 1부 (1/8)

[HAM] 대중을 위한 소프트웨어 정의 라디오(SDR), 1부 (1/8)

A Software-Defined Radio for the Masses, Part 1 - ARRL [Link]

By Gerald Youngblood, AC5OG

---------------------------------

This series describes a complete PC-based, software-defined radio that uses a sound card and an innovative detector circuit. Mathematics is minimized in the explanation. Come see how it’s done.

이 연재물은 사운드 카드를 사용하고 획기적인 복조회로로 구성된 PC에서 수행되는 소프트웨어 정의 라디오(SDR)의 구현에 대해 것이다. 설명에는 최소한의 수학을 활용 하겠다. SDR을 어떻게 구현 하는지 알아보자.

주1) 아래 번역 중 [] 안의 내용은 제가 부연설명 삼아 추가한 것입니다. 틀릴 수 있으니 미리 양해를 구합니다. 오류나 미진한 부분이 있다면 기탄없는 지적 바랍니다. -역자-
주2) 기사를 읽기전에 역자의 [서론] 참고

---------------------------------

A certain convergence occurs when multiple technologies align in time to make possible those things that once were only dreamed. The explosive growth of the Internet starting in 1994 was one of those events. While the Internet had existed for many years in government and education prior to that, its popularity had never crossed over into the general populace because of its slow speed and arcane interface. The development of the Web browser, the rapidly accelerating power and availability of the PC, and the availability of inexpensive and increasingly speedy modems brought about the Internet convergence. Suddenly, it all came together so that the Internet and the worldwide Web joined the everyday lexicon of our society.

다양한 기술들이 한데 어울려 실용화 되면 한때 꿈으로만 여겨졌던 일들이 현실이 된다. 1994년을 기점으로 인터넷이 폭발적으로 성장하여 오늘에 이르게 된 것도 그 한 예라 하겠다. 인터넷은 느린 속도와 불편한 사용법[파일 전송을 위해 명령줄에서 일일이 명령을 치기가 고작이었다]으로 인해 이전에 기관이나 교육용 정도로 오랜기간 머물럿었다. 성능이 급격히 향상되고 개인 컴퓨터에서 활용할 수 있도록 웹 브라우져가 개발되었고 값싸게 접근 할 수 있는 고속의 모뎀이 시장에 나오자 모든 것이 인터넷으로 집약되었다. 급기야 인터넷과 거미줄 같은 전산망(월드 와이드 웹)은 세상을 한데 엮는 현대사회의 일상용어가 됐다.

A similar convergence is occurring in radio communications through digital signal processing (DSP) software to perform most radio functions at performance levels  previously considered unattainable. DSP has now been incorporated into much of the amateur radio gear on the market to deliver improved noise-reduction and digital-filtering performance. More recently, there has been a lot of discussion about the emergence of so-called software-defined radios (SDRs).

이전에는 실현 불가능할 것만 같았던 무선통신에서 요구되는 기능들이 디지털 신호처리(DSP, Digital Signal Processing)를 통해 실현되면서 이와 비슷한 혁신이 무선통신 분야에서도 일어났다. [이전에도 DSP는 저장해둔 디지털 자료의 일괄처리에 이미 널리 적용되고 있었다. 무선을 통한 대화에 DSP가 적용 되려면 실시간 처리가 관건이다. 엄청난 계산을 실시간으로 수행하려면 고성능 컴퓨터가 소형경량화 되고 구입가능한 가격이어야 한다.] DSP는 이제 아마추어 무선통신 기기에도 적극적으로 적용되어 잡음제거나 디지털 필터에서 능력을 발휘하고 있다. 근자에는 소프트웨어 정의 라디오(SDR, Software-Defined Radio)라고 하는 기술이 부상하여 많은 관심을 받고 있다. [이 기사는 2002년에 작성된 기사다. 그후 20년이 지난 지금 SDR이 아마추어 무선사들의 일상어가 되었다.]

A software-defined radio is characterized by its flexibility: Simply modifying or replacing software programs can completely change its functionality. This allows easy upgrade to new modes and improved performance without the need to replace hardware. SDRs can also be easily modified to accommodate the operating needs of individual applications. There is a distinct difference between a radio that internally uses software for some of its functions and a radio that can be completely redefined in the field through modification of software. The latter is a software-defined radio.

SDR은 유연성을 특징으로 꼽는다. 간단히 소프트웨어 프로그램 만을 변경하거나 수정하는 것으로 통신기능[AM, SSB, FM 등 음성 통신 뿐만 아니라 문자통신, 화상통신등의 디지털 통신 장치]을 완전히 바꿀 수 있다. 쉽게 다른 통신 방식으로 바꿀 수 있으며 회로를 손보지 않고도 성능을 개선 할 수도 있다. SDR은 특정 용도의 요구에 부응하여 쉽게 변경 할 수 있게 해준다. [태양흑점이 극소기라 전리층 형성이 약해지고 단파 전파가 어렵게 되자 미약한 신호에도 원거리 통신을 가능케 한 다양한 디지털 통신 방식이 수도 없이 등장했다. FT8 방식도 그중 하나다.] 내장된 기능을 취사선택하는 무전기들도 있고 아예 현장에서 소프트웨어를 변경하여 용도 자체를 완전히 바꾸는 무전기도 있다. 후자의 경우를 소프트웨어 정의 라디오라고 한다. [전자의 경우 DSP를 내장한 음성통신 무전기를 예로 들 수 있다. AM, SSB, FM등 음성 모드를 선택한다거나 필터 기능을 끄거나 켤 수 있다. 하지만 여전히 음성통신용 무전기다. SDR은 이에 더하여 음성통신 무전기, 화상통신 무전기, 문자통신 무전기 등으로 즉석에서 바꿀 수 있다.]

This SDR convergence is occurring because of advances in software and silicon that allow digital processing of radio-frequency signals. Many of these designs incorporate mathematical functions into hardware to perform all of the digitization, frequency selection, and down-conversion to base band. Such systems can be quite complex and somewhat out of reach to most amateurs.

SDR이 이렇게 각광을 받게 된 것은 소프트웨어와 반도체 기술의 발단로 라디오 주파수 신호의 디지털 처리가 가능한 덕분이다. 이런 반도체와 소프트웨어들은 [고속으로 아날로그 신호를 디지탈로 변환하는 반도체 소자를 써서] 숫자화하고, [공진, 필터 등] 주파수 선택 그리고 원 정보의 대역(base band)의 낮은 주파수로 변환(down-conversion)같은 [무선통신에 필요한] 모든 처리를 수학에 근거하여 하드웨어로 구현됐다. 이런 시스템[=무전기에 채용된 기초 분야들]는 매우 복잡하고 전문적이어서 대부분 아마추어 무선사에게는 감히 엄두도 못낼 분야일 수 있다.

One problem has been that unless you are a math wizard and proficient in programming C++ or assembly language, you are out of luck. Each can be somewhat daunting to the amateur as well as to many professionals. Two years ago, I set out to attack this challenge armed with a fascination for technology and a 25-year-old, virtually unused electrical engineering degree. I had studied most of the math in college and even some of the signal processing theory, but 25 years is a long time. I found that it really was a challenge to learn many of the disciplines required because much of the literature was written from a mathematician’s perspective.

[기술이 발달했다 하더라도] 고등수학에 통달하지도 못했고 C++와 어셈블리 언어에 능통하지도 못하면 이런 혁신을 누릴 기회를 얻지 못한다는 것이 문자라면 문제다. 수학과 컴퓨터 프로그래밍은 아마추어 뿐만 아니라 대부분 전문가들에게도 두려움의 대상인 점은 마찬가지다. 이년전 쯤 필자도 이 기술에 경도되서 25년간 묵혀둔 전기공학 학위만 믿고 이에 도전해 보려고 했었다. 대학에서 수학을 배웠고 신호처리 이론에 대해서도 어느정도 배우긴 했으나 25년 이라는 긴 세월이 흐른 뒤였다. 도전을 시작하자 마자 배워야할 것들의 기준이 너무 높다는 것을 알게 됐다. 많은 책들이 수학자의 관점에서 쓰여졌기 때문이다.

Now that I am beginning to grasp many of the concepts involved in software radios, I want to share with the Amateur Radio community what I have learned without using much more than simple mathematical concepts. Further, a software radio should have as little hardware as possible. If you have a PC with a sound card, you already have most of the required hardware. With as few as three integrated circuits you can be up and running with a Tayloe detector—an innovative, yet simple, direct-conversion receiver. With less than a dozen chips, you can build a transceiver that will outperform much of the commercial gear on the market.

소프트웨어 무전기에 채택된 여러 개념들을 부여안기 시작한 지금 필자는 이제껏 배운 것들을 간단한 수학의 개념만을 써서 아마추어 무선사 여러분과 나눠보려고 한다. 아울러 소프트웨어 무전기에 소요되는 하드웨어도 최소한의 회로로 꾸밀 것이다. 독자가 사운드 카드가 장착된 PC를 가지고 있다면 필요한 하드웨어는 거의 가지고 있다고 해도 과언이 아니다. [2022년 현재, 요즘은 사운드 장치가 달리지 않은 피씨를 찾아보기 어렵다. 더구나 만원 정도면 USB에 꼽는 꽤 성능좋은 사운드 카드를 살 수 있다.]  단 세개 정도의 집적회로 부품(IC)만 가지고도 테일로 복조기(Tayloe detector)를 꾸밀 수 있다. 단순하지만 아주 획기적인 직접변환 수신기다. 열댓개의 칩을 추가하여 요즘 시장에 나온 상용 무전기의 성능을 능가할 만 한 송수신기를 꾸밀 수 있다.

----

<계속>