어느 시골 생활자의 봄날 아침 책상샷 (feat. "오픈 소스 내칩 디자인 킷" 사용자 그룹)

아무도 궁금해 하지 않을 어느 시골 생활자의 봄날 아침 책상샷

올해로 마침내 어쩔수 없이 국민 연금 수급 대상자가 되었다고 합니다.  앞으로 몇번이나 더 볼 수 있을지 모르지만 마당에 나서 맞는 봄날 아침 햇살이 눈이 부십니다. 우리나라 기대 평균 수명이 83세라고 합니다. 별탈 없이 산다면 열댓번 남아 있다고 생각하니 아쉽기 그지없네요. 대문밖에 나서 한창인 벗꽃을 구경하다가 들어 왔습니다.

어질러 놓은 책상을 보면서 마음만은 호기심 가득한 청춘이라며 조금 위안을 받습니다. 아무도 궁금해 하지 않지만 책상 샷을 늘어놓아 봅니다. "양평집"은 구옥을 고쳐 넓힌 탓에 내부 구조가 기이합니다. 창가를 빙둘러 여러대의 책상이 놓여 있어요. 가정 먼저 눈에 띄는 회의 테이블. 여섯명이 앉아 회의를 할 수 있지만 실제 회의를 해본 적은 없습니다.

뭔가 신기한 것을 이해했을 때 저기 앉아 창밖을 보며 연구 노트를 씁니다. 요즘 인공지능이 흥하니 그 기초라는 신경망을 기억 속에서 끄집어 내어 정리하고 있습니다. 이어서 공돌이 답게 땜질 책상이 있습니다.  

마주한 벽면으로 주 책상에서는 시뮬레이션, 테스트, 코딩, 동영상 녹화 등 컴퓨터를 사용하는 작업을 합니다. 중국 알리 상회에서 구입한 오실로스코프가 보이네요. '메이커'(아마도 업계에서 일하다 은퇴한 노련한 기술자)들이 자작으로 측정기들을 만들어 그 소스들이 공개되고 이를 받아 중국에서 제조하니 가격이 엄청나게 저렴합니다. 초 정밀도는 아니더라도 대학(석사급) 실험 수준에는 충분 합니다.

그 옆을 돌아가면 공작대와 무전 책상이 있습니다. 기판을 자르고 샷시 만들 때 쓰는 간단한 공구들이 보입니다. 3D 프린터와 NC 밀링기를 구입할까 고민만 몇년째 입니다.

저는 아마추어 무선사입니다. 시골에 와서 속시원하게 40메터 길이의 (어마어마 한! 도시에서는 꿈도 못 꿀!) 다이폴 안테나를 쳤습니다. 요즘은 반도체 설계에 빠져 있어서 무전기에 먼지만 뽀얗군요. 틈날 때는 초소형 무전기를 만들어 교신을 하기도 합니다. 내가 만든 전자회로가 내 책상을 벗어나 하늘로 날아오르다니!!!

 
https://www.youtube.com/shorts/N4XRflOGtJc

천장에 비행기가 날아 다니네요. 입체 종이 공작(paper craft)도 저의 취미중 하나 입니다.

 

사진에서 보다시피 컴퓨터 외에 밤하늘, 비행기, 무전기 등등 아직 궁금한 것이 많습니다. 예전에는 당연하다고 여겼던 것들이 뒤늦게 궁금해 져서 찾아보고 이해하고 만들어보고 부수고 있습니다. 30년 전에 곁눈질로나마 봐뒀던 요즘 신기술이라 하는 것들의 기초를 지금 매우 유용하게 되살리고 있습니다. 예전에 컴퓨터의 성능을 이유로 실현하지 못하던 것들이 이제 살아나니 한편 후련하고 처음부터 시작하느라 고전하는 젊은 친구들을 보니 한편 고소(?) 합니다.

The Mistake That Built Heathkit, and the America That Buried It
https://youtu.be/lUQOG1hp54g?si=cZ07jr2Leovly2Uy

지금의 과학기술 사회를 이루는데 큰 기여를 했던 "히쓰킷(Heathkit)". 단지 부품을 파는데 그치지 않고 조립 설명서를 넘어 회로 동작을 교육하는 교재로도 그만 이었다고 합니다. 그덕에 지금의 "메이커" 전통의 토대가 되었다는 생각을 하게 합니다. 아쉽게도 전자부품이 작아져 직접 조립할 수 없게 된데다 80년대 들어 완제품의 대량생산으로 키트 제품의 가격이 완제품보다 비싸져서 결국 문을 닫게 되었습니다. 최근 전자부품의 대량생산과 제조기술 덕에 "모듈"들의 가격이 내려가서 "메이커"들이 부활하고 있습니다. 설계와 제작 비용 때문에 엄두도 못냈던 "반도체" 역시 예외는 아닙니다. 독일의 어느 '메이커'가 Tiny Tapeout 으로 유명한 매튜 벤(M. Venn)씨를 온-라인으로 모셔다가 디지털 반도체 설계를 진행 하더군요. 무려 여섯 시간동안 중간에 밥도 먹어가며 라이브를 진행 합니다.

LIVE: Making a custom ASIC design feat. legendary Matt Venn
https://www.youtube.com/live/cU38rujL6eY?si=tr-QAovpLVbHrr3E

마침내 자기가 첫 ASIC을 만들었다며 자랑을 하고 있어요.

I made a custom ASIC: World's first of its kind
https://youtu.be/DdF_nzMW_i8?si=0tY_MSxJevES1dP7

Tiny Tapeout 을 통해 칩을 만들려면 비용이 들지만 우리는 "내 칩 제작 서비스"는 무료입니다.

호기심을 불태워 보세요. 혹시 반도체 설계를 어떻게 시작할지 모른다면 "오픈 소스 내칩 디자인 킷" 사용자 그룹에 들러 주세요.

MyChip-On-MyDesk
https://groups.google.com/g/mychip-on-mydesk

https://www.youtube.com/watch?v=X9EmajSiu0w

누구나 환영 합니다.

[HAM] 아마추어 무선의 불안한 미래 그리고 디지털 필터

[HAM] 아마추어 무선의 불안한 미래 그리고 디지털 필터

나의 최애 취미는 공부하기다. 이 취미를 꼽는 이유는 즐기는데 소요되는 비용이 매우 저렴하다는 것도 한몫한다. 연필과 종이 그리고 약간의 인터넷 비용이 들 뿐이다. 사실 가진것 없이 일찌감치 은퇴를 했으니 비용이 드는 취미를 가질 처지도 아니다. 그 다음으로 꼽으라면 아마추어 무선. 어느 취미가 그렇지 않으랴 만 장비병에 걸리면 이겨낼 장사없는 취미이긴 하다. 다행히 무서운 장비병이 비껴 갔으니 참으로 다행이다.

앞서 IEEE Spectrum 기사로 실렸던 '아마추어 무선의 불안한 미래'라는 글[바로가기]을 옮겼었다. 사실 아마추어 무선의 미래가 '불안'한 것이 아니라 어디로 튈지 모른다는 느낌으로 읽었다. 한 세기 전의 무선통신 개척자들은 모두 아마추어 통신가들 이었다. 사실 그들 대부분은 통신 전문가라기보다 모험가 였기에 전성기도 짧게 끝나고 이내 제도에 묶여 버렸었다. 이론기반이 빈약하고 무모했던 아마추어들은 결국 전문가들의 통제 영역에 놓이게 됐었다. 그후 한세기가 지난 지금 첨단 정보기술이 아마추어 무선이라는 취미에 응용되어 장비면에서 가히 혁명적이라 할 정도다. 이 혁명이 평균 연령이 60대인 아마추어 무선 취미가들을 위협하는 것은 아닐까? 50년 묵은 진공관식 무전기를 애지중지 하면서 전신 통신술을 구사할 줄 안다며 정통 아마추어 무선사 입네 은근히 재고있는 60대의 나는 이 위협을 떨쳐내고자 오늘도 연필과 종이를 들고 문제를 풀고 있다.

'정통' 아마추어 무선사를 위협하는 신기술에 디지털 필터라는 것이 있다. 여기서 '필터'는 특정 주파수의 신호성분을 차단시키거나 통과 시켜준다는 그 필터 맞다. 이미 백여년전부터 모든 현상은 주기함수와 급수의 합으로 표현될 수 있다는 수학이 확립되어 있었다. 다만 급수합 계산에 너무나 많은 곱셈과 덧셈이 필요하기에 현상 해석용으로 활용 됐다. 반도체 기술이 발달하고 고속 계산이 가능한 디지털 계산기가 상용화 하자 골치아픈 컨덴서와 코일의 조합으로 안정된 필터를 만들고자 했던 눈물겨운 노력들은 이제 무전기에서 사라졌다. 급수합의 '마법'이 디지털화 되어 실시간 활용에 쓰이고 있다. 그중 한 부분이 디지털 필터다.

'급수합의 마법' 이란 디지털화 한 일련의 입력 신호에 특별히 잘 구해진 계수값을 곱하여 이를 더하면 아주 신통한 결과를 얻게 된다. 급수합을 수학으로 표현하면 다음과 같다.

[출처] https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_impulse_response

위의 수식은 아주 단순하여 누구나 한눈에 알아볼 수 있다. 다만 첨자에 유의하자. x[n-i] 는 디지털 화한 입력 신호다. b[i] 는 특별한 목적으로 구한 계수다. x[n-i]와 b[i]를 곱한 후 모두 더하여 y[n]을 구한다. 계수에 따라 스펙트럼 분석기가 되기도 하고 필터가 되기도 한다. 변조기가 되거나 복조기가 된다. 이 특별한 계수를 구하는 방법 역시 백년 전부터 잘 알려진 수학으로 '신호처리'라는 과목으로 배운다. 현대 과학기술자들에게 '급수합의 마법'은 마치 구구단 같은 것이어서 이를 당연히 여긴다. 이 계수를 구하는 방법이 아주 까다롭기에 실제로 이를 손수 구하는 경우는 없다. 이를 대신 해주는 다양한 디지털 신호처리 도구(소프트웨어)들이 있다. 디지털 필터용 계수를 구해주는 온-라인 도구는 T-Filter, http://t-filter.engineerjs.com/ 가 있다. 무료로 쓸 수 있다.

아듀이노 보드를 SSB 수신기의 음성출력을 대상으로 전신신호용 디지털 필터로 활용할 목적으로 다음과 같이 설계했다.

설계 조건이 매우 느슨하게 주어졌다. 8비트 범용 마이크로 컨트롤러용를 사용하며 응용 용도가 단순하므로 높은 사양을 줄 필요가 없기 때문이다.

    FIR filter designed with http://t-filter.appspot.com

    sampling frequency: 4800 Hz
    fixed point precision: 8 bits

    * 0 Hz - 1000 Hz
      gain = 1
      desired ripple = 25 dB

    * 1200 Hz - 2400 Hz
      gain = 0
      desired attenuation = -40 dB

아듀이노 보드는 아날로그-디지털 변환기 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 내장한 8비트 마이크로 컨트롤러를 채택하고 있다. 동작 속도는 16Mhz로 꽤 빠르다. 실제로 소출력 단파 대역에 대응하는 소출력 아마추어 무선용 무전기의 중앙 처리기로 사용되고 있다[바로가기]. 위의 조건에 맞는 저대역 통과 FIR 필터의 계수는 아래와 같이 구해졌다.

    uint8_t filter_taps[FILTER_TAP_NUM] = {
        4,  12,  25,  34,  34,  25,  12,  4 };

이제 '급수합'의 식을 C 언어로 표현해 보자.

    void fir ( acc_t *y, data_t x)
    {
        static data_t   shift_reg[FILTER_TAP_NUM];
        acc_t           acc;
        data_t          data;
        coef_t          c;

        int     i;

        acc=0;

        for (i=FILTER_TAP_NUM-1;i>=0;i--)
        {
            if (i==0)
            {
                shift_reg[0]=x;
              data = x;
            }
            else
            {
                shift_reg[i] = shift_reg[i-1];
                data = shift_reg[i];
            }

            c = filter_taps[i];
            acc += data*c;
      }

      *y=acc;
    }

필터의 계수 만큼 곱셈과 덧셈을 반복하여 그 합을 구한다. 계산이 진행되는 흐름을 도식으로 표현하면 아래와 같다.

매우 단순해 보이는 이 프로그램이 낳을 마법을 알아보기 위해 시험을 해봤다. 위상을 각각 임의로 준 51Hz, 700Hz, 1.9Khz, 2.1Khz 의 정현파에 총 진폭의 20 퍼센트 가량의 백색 잡음을  섞어 입력 신호로 사용 했다.

x[t] =  (AMPLITUDE/16*(cos((2*M_PI/F_SAMPLE) *   51.0 * t + (float)(rand()%10)/10.0)+1))
      + (AMPLITUDE/ 8*(cos((2*M_PI/F_SAMPLE) *  700.0 * t + (float)(rand()%30)/30.0)+1))
      + AMPLITUDE/ 4*(cos((2*M_PI/F_SAMPLE) * 1900.0 * t + (float)(rand()%50)/50.0)+1))
      + (AMPLITUDE/ 4*(cos((2*M_PI/F_SAMPLE) * 2100.0 * t + (float)(rand()%70)/70.0)+1))
      + (Xin[t]+NOISE_RANGE);

입력 신호의 모습은 아래와 같다.

잡음과 몇개의 유효신호가 합쳐져 시간의 축 상에서 보면 의미를 찾아보기 어렵다. 퓨리에 변환을 수행하여 주파수 축으로 보면 아래와 같다. 진폭이 AMPLITUDE/16에 불과한 51Hz의 신호는 거의 잡음속에 묻혀있다. 상대적으로 큰 신호인 700hz의 신호는 뚜렸하다. 그외 1.9Khz와 2.1Khz의 신호는 비교적 진폭이 컷음에도 두렸한 존재감을 보여주지 못하고 있다. 오히려 고조파 왜곡이 일어나고 있다.

필터를 거친 후 출력의 모습이다. 잡음이 상당히 억제되어 있다. 지속적인 '급수합'으로 인해 신호의 진폭 범위가 상당히 커졌다. 하지만 발산하지 않는다. 이는 신호처리 수식의 안정을 담보하며 계수를 구하기 때문이다.

어떤 주파수 성분이 살아남았는지 보기 위해 스펙트럼을 살펴보면 아래와 같다. 잡음속에 묻혀있던 50Hz의 신호가 확연히 드러난다. 차단 범위에 있던 신호들은 상당히 억제된 모습을 보여준다.

SSB 무전기의 음성신호에 전신 수신용으로 사용할 FIR 저역 통과 필터를 시험해 봤다. 디지털 신호처리의 강점을 단적으로 보여준다. 디지털 방식의 신호처리는 계산의 정밀도에 의해 영향을 받는다. 하지만 아날로그 L-C 필터의 눈물 겨움에 비하면 수고랄 것도 없다. 사정이 이러니 디지털 방식에 열광하지 않을 수 없다. 다만 '정통' 아마추어 무선사로써 아쉽다면 소위 찝찔한 송진내도, 따끔한 인두기의 손맛도, 백열등 불빛의 은근함은 없다. 오래된 무전기에서 지난날을 회상해 보는 것도 '정통' 아마추어 무선 취미가로써 한 재미일 터다. 그런 '재미'를 알리 없는 다음 세대에게 이 취미를 물려 주려면 그들의 방식도 이해해 보기로 한다.

[HAM] 만원의 행복/초소출력 가변 주파수 전신 송신기

[HAM] 만원의 행복/초소출력 가변 주파수 전신 송신기

전파 송신 증폭기로 1-트랜지스터를 사용하는 0.5 와트 이하의 초소출력 전신 무전기는 많은 취미가들에 의해 실험되어왔다. 어떤 이유인지 모르겠으나 아주 오래전에 초급 자작파 무선 취미가들 사이에 널리 알려졌던 Pixie-2 최근 중국 인터넷 상점에 4달러 짜리 키트로 굉장히 유행 하기도 했다.

Pixie2는 워낙 단순하기에 심지어 반나절 경진대회용으로 사용된 적도 있다고 한다[관련글 바로가기]. 나도 만들어보기도 하고 실제 교신도 했었다[관련글][관련글]. Pixie2 외에도 RockMite, Pititico 등등 헤아릴 수 없을 정도다.

 

이런 류의 재치 넘치는 '무전기'는 작게 그리고 저전력을 목표로 한다는 뜻도 있겠지만 고주파 가변 발진기를 만드는 일이 수월하지 않기도 한 때문일 것이다. 고정 주파수의 크리스털 발진 소자를 쓰기에 한번 만들어보고 나면 다시 손이 가지 않았다. 교신 상대를 찾아 주파수를 가변할 수 없기 때문이다. 인터넷 상점을 뒤져가며 몇개의 크리스털을 찾아 보지만 서너개 주파수에 불과하다. 게다가 해외에서 오는 배송비가 수 만원이 들었다. 결국 가변 고주파 발진기 VFO 가 문제였다.

중국발 제품(또는 부품)을 크게 신뢰하지 않기에 찾아보는 일이 드믈긴 하지만 가끔 신기한 가격이 궁금하여 들여다 보곤 했다. 그러다 누군가의 후기를 보고 발견한 것이 PLL 이라는 가변 발진기다. 엄지손톱 만한 PCB 기판에 발진기 칩을 장착하고도 2천원 미만 이란다.

이 발진기 칩을 제어(주파수 가변)하려면 마이크로 컨트롤러를 써서 프로그래밍을 해야 한다니 아듀이노 라는 보드가 있다는데 2만원 짜리를 할인해 준다고 한다.

주파수를 가변하는 무전기 전면에 붙어있는 커다란 다이얼 손잡이도 이 가격에 판다.

한 세트 분량을 사기에는 우편비가 아깝다는 생각이 들어 5세트 분량을 샀다. 배달비까지 합쳐서 5만원 조금 넘는다. 부품이 배달되기 전에 먼저 간단하게 증폭기 회로를 꾸며두기로 하자.

[관련글] 라디오 전파 C 급 증폭기, https://goodkook.blogspot.com/2023/04/ham-c.html

일주일이 채 지나지도 않아서 배달이 되었다. 이웃나라라고는 하지만 그래도 바다 건너 국경을 넘어 오는데 일주일이라니 물류혁명이라고 할 만 하다. 반나절을 땜질하고 또 반나절 만에 아듀이노 보드에 가변 발진기 프로그램 작성을 마쳤다. 사실 프로그램을 작성했다기 보다 필요한 소스를 찾아서 맞췄다고 해야겠다. Si5351, 16x2 캐릭터 LCD, 로터리 엔코더 등을 다루는 아듀이노 보드용 프로그램 소스가 공개되어 있으니 말이다. 다만 나의 용도에 맞질 않는 부분은 적당히 고쳐야 할 뿐이었다.

[참고/출처]

1. 10kHz to 225MHz VFO/RF Generator with Si5351, https://projecthub.arduino.cc/CesarSound/10khz-to-225mhz-vforf-generator-with-si5351-version-2-acdc25

2. LiquidCrystal Library for Arduino, https://github.com/arduino-libraries/LiquidCrystal

3. Arduino Rotary Encoder, https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/rotaryencoder/

중국에서 보내온 부품들을 조립하여 대략 7Mhz PLL 신호를 보니 주파수 안정도가 썩 괜찮다. 가짜 부품이 달려 있으면 어쩌나 했지만 기우였다.

 

증폭하고 임피던스 정합 및 저역 필터를 통과하니 송출 가능한 전파가 나온다. 대략 계산으로는 약 50mW 가량 될 것 같다. 기왕 이리된 것 7.080Mhz 에서 음성으로 교신상대를 찾아서 신호가 들리는지 들어봐 달라고 부탁했다. 이전 같으면 부탁과 함께 크리스털 발진 주파수로 옮기겨야 했고 그러다 상대를 놓치곤 했는데 이제 그럴 필요없다. 그냥 그 주파수에서 송신할 수 있으니까 말이다. 서울, 부산, 하남, 전남에 있는 무선국이 희미하지만 들린다는 보고를 해주었다. 기술이 발전 하면서 고쳐야 할 교과서가 많다고 한다. 아마추어 무선도 다르지 않을 것이다. 내일은 또 어떤 신기술이 이 취미에 도입될까?

대충 빨랫줄 안테나(Random-Wire Antenna)

대충 빨랫줄 안테나(Random-Wire Antenna)

아마추어 무선을 취미로 하면서 가장 커다란 난관은 안테나 설치일 것이다. 우리나라처럼 공동 주택 거주자가 많다면 더욱 그러리라. 수십 메터에 이르는 단파대 안테나의 거대한 길이를 생각한다면 꿈도 못꿀 일이다. 안테나도 과학을 근거로 하는 것이라 공진 주파수를 맞추고 임피던스 정합되어야 한다며 고주파 트랜스를 단다느니 길이를 맞춘다면서 옥상을 오르락 내리락 하다보면 '이게 뭐하는 짓인가...'라며 현타가 올 것이다.

만일 어쩌다 운이 좋아서 옥상에 한번 쯤 접근할 기회가 생기거든 공진이 어쩌고 SWR이  어쩌고 따지지 말고 '대충 빨랫줄 안테나'를 설치하길 바란다. 가능한 가장 길게 그리고 '빨랫줄'이 꺽여도 좋다. 접지를 할 형편이 못되거든 옥상 바닥에 철망을 깔던가 그도 않되면 전선이라도 널어 놓자. 무전기와 임피던스 매칭을 위해 평이 좋은 안테나 튜너를 사용하자. 안테나 튜너는 가변 컨덴서 노브가 무전기 쪽과 안테나 쪽으로 각각 달리고 그사이에 조정할 수 있는 코일이 달린 정합회로가 가변 범위도 넓고 좋다.

호출을 해도 아무도 응답을 받지 못했다면 '무작정 빨랫줄'로는 신호가 잘 안나간 탓이 아니라 전리층이 형성되어 있지 않기 때문이다. DX 신호가 들리지 않는다면 '빨랫줄'을 탓하기 전에 시계를 보자. 유럽이나 미주지역에 사는 아마추어 무선사도 직장인 일텐데 아무때나 신호를 전파를 낼 리가 없다.

제아무리 전파상태가 좋지 않더라도 FT8 디지털 모드를 들어보라. 미국 유럽의 무선국들이 북적대는 것을 보면 '빨랫줄'을 탓할 일이 아니라는 것을 알게 될 것이다. 내가 사용하는 안테나는 빨랫줄 1조로 단파 전대역을 수용한다는 G5RV다. 당연히 안테나 튜너를 쓴다. 일전에 심심풀이로 고주파 발진기를 만들어 전신 신호를 내봤다. 출력은 50mW 가량 되려나? 부산의 어느 무선국으로부터 미약하지만 들린다는 보고를 받았다. 경기도 양평에서 부산까지다. 안테나 튜너를 마치 해로운 것처럼 말하는데 누군들 딱맟춘 안테나를 원하지 않겠는가. 형편따라 즐기자. 음성보다 전신을 운용해 보기 바란다.

아래 ARRL의 글을 참고하라.

Random-Wire Antenna / https://www.arrl.org/random-wires

무선 교신으로 만나자.

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누운 루푸 안테나(Horizontal Loop Antenna)도 파장 이니 뭐니 따져야 하지만,

현실은 어쩔 수 없는 거다.

출처: https://practicalantennas.com/theory/loop/full-wave/

The Uncertain Future of Ham Radio (아마추어 무선의 불안한 미래)

The Uncertain Future of Ham Radio (아마추어 무선의 불안한 미래)

IEEE 에서 발행하는 잡지 Spectrum은 말그대로 학술, 기술은 물론 취미 까지 모든 전기전자 영역을 통섭하고 있다. 그 중 아마추어 무선도 포함됩니다. IEEE Spectrum, 2020년 7월 10일에 이 제목으로 기사가 실렸고 24년 1월 4일에 그 후기 가 올라와 있습니다. 출처는 https://spectrum.ieee.org/ham-radio. 기사의 부제를 보면 지금 아마추어 무선의 현재 모습을 잘 나타내 주고 있습니다.

"소프트웨어 정의 라디오와 값싼 장비 덕에 오랫동안 기술자들과 함께해온 취미가 (다시) 들썩이고 있다."

Software-defined radio and cheap hardware are shaking up a hobby long associated with engineering.

2020년의 원문 기사에서 이 취미의 미래가 불분명 하다는 이유로 아마추어 무선 취미가들의 평균 연령이 60세로써 젊은 층의 유입이 없는 점을 꼽고 있다. 인터넷을 앞세운 질 좋은 소통 수단의 등장으로 무선 통신에 대한 관심이 떨어진 탓이다.

최근 들어 아마추어 무선 장비(무전기)에 소프트웨어 정의 라디오(SDR)라는 최신 기술이 적용되고 고성능 반도체 부품의 대량 생산과 중국의 생산력은 무전기의 가격이 십분의 일로 내려놨다. 입문자에 적합한 휴대형 무전기가 몇년전에는 100불 수준으로 내려가더니 급기야 25불이면 쉽게 구할 수 있게 됐다.

이제 아마추어 무선의 취미는 우주로 확대되고 있다. 국제 우주정거장에 탑승한 아마추어 무선사에 의해 무선국이 운영되고 수많은 소형 아마추어 통신 위성이 지구 궤도를 돌고있다. 아마추어 무선의 취미는 이제 단순히 무선을 통한 교신을 넘어 과학 탐구의 영역으로 확장되었다. 먼 우주의 라디오 별로부터 들려오는 전파신호를 수신하여 천문학의 기본 관측 자료를 제공하기도 한다. 각종 재난시 통신 단절을 대비한 훈련과 기여에 자격을 소지한 아마추어 무선사의 활약을 기대하고 있다. YOTA(Youngsters On The Air) 활동으로 젊은 아마추어 무선사들의 유입이 늘어나는 만큼 이 취미의 미래는 불확실 한 것만은 아닐 것이다.

[HAM] Hermes Lite 2의 디지털 직접 변환(Digital Direct Conversion) [1/2]

[HAM] Hermes Lite 2의 디지털 직접 변환(Digital Direct Conversion) [1/2]

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목차

[1부]
    개요
    openHDSDR 구성
    디지털 주파수 변환
    아날로그 디지털 변환
[2부]
    주파수 변환 디지털 하드웨어: NCO와 곱셈기

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개요

Hermes Lite 는 SDR 무전기다. 홈페이지 http://www.hermeslite.com/ 에 소개된 글을 보면,

The Hermes-Lite is a low-cost direct down/up conversion software defined amateur radio HF transceiver based on a broadband modem chip and the Hermes SDR project. It is entirely open source and open hardware, including the tools used for design and fabrication files. Over 500 Hermes-Lite 2.0 units have been successfully built.

요약하면,

1. 광대역 모뎀 칩을 채택한 직접 변환 소프트웨어 정의 단파대역 아마추어 무선 송수신 장비

2. 하드웨어는 물론 소프트웨어 그리고 디지털 전용 칩 FPGA의 소스와 제작에 필요한 파일들 까지 완전히 공개된 개방 프로젝트

3. 현재 2.0 버전까지 나왔고 약 500여대가 성공적으로 제작(판매)되었다.

무료 개방 반도체 운동(Free and Open Source Silicon Movement) 2019년 Latch-Up 총회에서 발표된 내용을 들어보자. 다른 SDR 과는 다르게 요즘 아주 흔한 케이블 고속 모뎀 칩을 썼고 아날로그 믹서 없이 디지털 직접변환 방식을 사용했다고 한다. 마이크로 프로세서나 신호처리 프로세서 없이 FPGA 만 사용 되었다고 한다.

[출처] Hermis Lite 2 at Latch-Up Conference, 2019, https://youtu.be/qlgq52IIUo8?si=O8u9gRrJyMPUFxOa

[참고] 무료 개방 반도체 운동(Free and Open Source Silicon Movement), https://fossi-foundation.org/ : 이런 총회가 열리고 후원 재단이 있다는 게 부럽다!

개방 프로젝트(open source project)라고 하지만 이미 완성되어 상업화된 경우 제작도면까지 완전히 공개되었더라도 그 내용을 알아보기는 매우 어렵다. 오랜기간 동안 여러 사람들이 참여한 까닭에 세밀히 따라가기는 불가능 하다. 그래서 상업화를 위해서는 개발노트와 기술 이전이 필요한데 취미용 개방 프로젝트에 그럴 이유도 없고 그리 해줄 리도 만무하다. 그냥 완전히 베껴 제작하려면 재현은 될 테지만 그러느니 그냥 구입하는게 훨씬 좋을 것이다.

* 2023년 9월 현재 Magerfab ( https://www.makerfabs.com/hermes-lite-2.html )에서 보드만 약 300달러에 판매 중

이 프로젝트에 관심을 가지게 된 것은 아마추어 무선사로서 SDR 통신장비에 관심이 있기도 했지만 "디지털 직접변환(Digital Direct Conversion)에 기반을 둔"이라는 문구 때문이다. 공개되었다는 소스를 찾아보기로 했다.

Hermes Lite 2, https://github.com/softerhardware/Hermes-Lite2

소스는 세개의 폴더에 정리되어 있는데, 기판 제작 자료를 모아 놓은 hardware, PC에서 작동할 소프트웨어의 소스를 모아 놓은 software 그리고 FPGA에 들어갈 반도체 설계용 베릴로그는 gateware에 있다. PC에서 작동할 소프트웨어는 파이썬과 C++로 작성되었는데 openHPSDR 프로젝트의 Thetis 라는 프로그램의 부속 모듈로 수정한 것으로 보인다. 수정된 설치파일은 아래 링크에서 받을 수 있다.

openHPSDR Thetis, https://github.com/TAPR/openhpsdr-thetis/releases

이 소프트웨어에 방대한 량의 DSP 라이브러리의 C/C++ 소스가 함께 공개되어 있다. DSP 라이브러리는 나중에 살펴 보기로 하고 "직접 변환"을 수행하는 FPGA의 디지털 회로를 살펴보기로 한다.

openHDSDR 구성

Hermes Lite 2 보드를 제작하기 위한 github 에는 소스 파일만 있고 문서가 없다. 이 SDR 무전기의 전체 구성을 보려면 openHPSDR Thetis의 메뉴얼에 아래와 같은 계통도를 보자.

[출처] Thetis Manual, p.7, https://github.com/TAPR/OpenHPSDR-Thetis/blob/master/Documentation/Radio/Thetis%20manual_1.1.pdf

청색 바탕 부분이 Hermis Lite 2 보드에 해당한다. 그 중 녹색 바탕 부분이 FPGA다. 이더넷 컨트롤러 인터페이스(Ethernet)와 디지털 변환(Digital Up/Down Conversion)을 수행하는 블록이 있을 뿐이다. 그중 무선 통신의 변조에 해당하는 '디지털 업/다운 변환기(Digital Up/Down Convert)' 만 살펴보자.

디지털 주파수 변환 (Digital Up/Down Conversion)

베릴로그(Verilog)라는 디지털 회로 설계용 언어로 작성된 디지털 변환기가 FPGA에 구현되었다. 디지털 변환기(Digital Up/Down Converter)는 아날로그 회로로 치면 믹서(mixer)다. 높은 주파수의 전파 신호원에 고정 주파수의 신호를 곱하여 낮은(혹은 높은) 주파수 대역으로 변환하는 장치다. 수신을 위해 이런 다운 변환을 한다. 물론 송신을 위해서 그 반대로 업 변환 한다.

직접 변환기는 전파 신호원에 고정 주파수의 정현파를 한번 곱하여 곧장(=직접) 베이스밴드(base band)로 끌어내린다. 베이스밴드는 정보를 표현한 주파수 대역이다. 정보가 음성이라면 베이스밴드의 주파수는 0Hz, 대역폭은 2.4Khz(SSB 기준)다.

믹서 회로를 수학으로 풀어보면 두 정현파의 곱이다. 우리는 이미 고등학교 수학 과정에서 두 삼각함수의 곱으로 주파수 변환을 할 수 있다는 것을 배웠다[삼각함수 덧셈정리].

* 주파수가 x와 y인 두 정현파를 곱하면 주파수가 (x-y)인 정현파와 (x+y) 정현파가 나온다.

'디지털 업/다운 변환(Digital Up/Down Conversion)'이라는 표현에서 '주파수'가 생략되었다. '디지털 주파수 업/다운 변환(Direct Digital Frequency Up/Down Conversion)'이라고 해야 겠지만 너무 길다. 무엇을 높이거나 낮출 것인지 알기 때문에 줄여서 '업/다운 변환'이라고 한다. 또는 '주파수 변환'이라고 하자. 송신은 주파수가 높아지는 쪽으로, 수신은 주파수가 낮아지는 쪽으로 변환 한다.

'직접 디지털 변환(Direct Digital Conversion)' 에서 '직접(direct)'는 원하는 베이스밴드로 바꾸는데 한번의 주파수 변환 만 거치겠다는 뜻이다. 그리고 디지탈(digital)'은 바꾸는 방법이 아날로그 믹서회로 대신 숫자화된 정현파의 곱셈으로 대신 하겠다는 뜻이다. 위의 계통도를 보면 주파수 변환은 가변 주파수(VFO Tune)와 곱하여 곧장 베이스밴드 주파수로 바꾼다. 추가 국부발진기(Lo) 따위는 없다.

아날로그-디지탈 변환(Analog-to-Digital Conversion)

신호의 값(전압)을 표현하는 방법은 아날로그와 디지털이 있다. 예전에는 신호값을 디지탈로 표현하지 않았다. 그럴 필요가 없었기 때문이다. 20세기 들어와 전자 계산기가 발명되고 널리 쓰이게 되었다. 계산을 빠르게 대행해 주는 전자기기다. 이 전자기기는 신호의 전압 값을 숫자로 표현해 주어야 한다. 신호전압을 2진수 숫자로 변환해 주는 장치를 ADC(Analog-to-Digital Conversion)라고 한다. 앞서 말한 '변환'은 주파수를 의미하지만 여기서 말하는 '변환'은 신호의 표현 방식을 바꿔 준다는 뜻이다.

디지털 값으로 취하는 시간 간격을 샘플 주파수라고 한다. 샘플 주파수는 취하려는 신호의 주파수 대역의 2배여야 한다. 한 주기 내에 두곳의 극점을 갖는 정현파의 특성을 고려해야 하기 때문이다. 단파대역의 신호를 모두 취하려면 30Mhz의 두배인 60Mhz의 샘플 주파수를 가지고 값을 취해야 한다. 초당 6천만개의 디지털 값이 생산된다.

반도체 제조 기술이 발전하고 이에 더블어 아날로그 전송선로에 디지털 데이터를 빠르게 주고 받기위한 데이터 형식 변환 칩의 수요가 증가했다. 디지털 데이터를 아날로그로 바꾸는 DAC, 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 ADC 가 모두 내장된 칩이 흔해졌다. Hermes Lite 2 보드에 사용한 AD9866 칩도 그중 하나다. 아날로그 선로에 디지털 데이터를 송수신하기 위해 양방향 변환기가 모두 들어 있어서 모뎀(MODEM, Modulation-Demodulation) 칩이라고 한다.

원래 케이블 모뎀(유선 고속 전송선로)에 사용하던 칩인데 변환 속도(샘플링 주파수)가 80MSPS(초당 생플속도)에 달하며 광대역 증폭기와 필터를 내장하고 있으니 30Mhz에 불과한 단파대역을 그대로 수용할 수 있다. 실제 Hermes Lite 2 의 회로도를 보면 수신 안테나를 AD9866에 바로 연결한다.

아마추어 무선통신은 세상이 디지털화 하면서 널리 보급된 각종 반도체 부품의 혜택을 톡톡히 보는 취미다.

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[2부 계속]

주파수 변환 디지털 하드웨어: NCO와 곱셈기

FPGA 내에서 하는 일을 수신 위주로 살펴보자. AD9866 모뎀칩에서 디지털로 표현이 바뀐 전파신호는 디지털로 표현된 정현파와 곱해진 후 필터를 거쳐 이더넷(랜 케이블)을 통해 PC로 전송된다. PC는 주파수 변환된 디지털 데이터를 가지고 복조를 수행하고 그 소리를 들려준다.

디지털로 표현이 바뀐 전파신호는 디지털로 표현된 정현파와 곱하여 주파수 변환을 수행한다. 위의 수식에서 보인 대로 곱셈이다.

반송파는 장현파 π/4 주기를 256 등분하여 롬(ROM)에 미리 저장해 두었다가 목표 주파수의 주기에 맞춰 생성한다. Hermes Lite 2의 베릴로그에 기술된 정현파 롬 테이블을 그려보면 아래와 같다.

여기에서 짚고갈 것은 NCO(Numerically Controlled Oscillator)는 DDS(Direct Digital Synthesis)와는 전혀 다른 것이다. DDS 는 생성 주파수를 결정하는 제어 방식이 숫자라는 뜻이지 생성되는 정현파는 아날로그 파형이다. NCO는 정현파를 생성하긴 하는데 숫자가 출력된다.

DDS(Direct Digital Synthesis) Tutorial

1. Introduction, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-1-of-7-introduction/tutorial
2. The Accumulator, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-2-of-7-the-accumulator/tutorial
3. Analog to Amplitude Converter, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-3-of-7-angle-to-amplitude-converter/tutorial
4. Digital to Analog Converter, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-4-of-7-digitaltoanalog-converter/tutorial
5. Digital to Analog Reconstruction, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-5-of-7-digitaltoanalog-reconstruction-filter/tutorial
6. Sinc Envelope Correction, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-6-of-7-sinc-envelope-correction/tutorial
7. DDS in Action, https://www.digikey.kr/ko/ptm/a/analog-devices/direct-digital-synthesis-tutorial-series-7-of-7-dds-in-action/tutorial

NCO(Numerically Controller Oscillator)

1. Numerically Controller Oscillator, https://en.wikipedia.org/wiki/Numerically_controlled_oscillator
2. LatticeSemi NCO IP, https://www.latticesemi.com/Products/DesignSoftwareAndIP/IntellectualProperty/IPCore/IPCores02/NumericallyControlledOscillator.aspx
3. NCO User's Guide, https://www.latticesemi.com/view_document?document_id=9193

<계속>

Hermes Lite 2(HL2) Presentation

https://youtu.be/Md17POaW14U?si=YXbBai35ZiFHCOU5&t=372

[참고]

1] DDC 구현, https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jinohpark79&logNo=110189214821

2] 14. 디지털 신호처리 응용, https://slidesplayer.org/slide/14919006/

3] Cascadeed Integrator-Comb Filter, https://en.wikipedia.org/wiki/Cascaded_integrator%E2%80%93comb_filter

4] CIC Compiler, https://www.xilinx.com/products/intellectual-property/cic_compiler.html

5] LogiCore IP CIC Compiler, https://docs.xilinx.com/v/u/en-US/cic_compiler_ds613

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Cross-Frequency Coupling (What Hibert Transform Do ?), https://www.youtube.com/playlist?list=PLwojXY7eCqPBPsPjfTZ9NmJhQ0737WZkB

What are Transfer Functions? | Control Systems in Practice, https://www.youtube.com/watch?v=2Xl7--Df3g8

Transfer Function (Solved Problem 1), https://youtu.be/tWQubGjDY48?si=dXp64GSp2cxS_kkB

Transfer Function, https://en.wikipedia.org/wiki/Transfer_function

전달함수, https://m.blog.naver.com/spacebug/220646996266

ObserVIEW 전달함수란?, https://famtech.tistory.com/97

[제어공학] 전달함수(transfer function)의 영점(zero)과 극점(pole), https://study2give.tistory.com/entry/%EC%A0%9C%EC%96%B4%EA%B3%B5%ED%95%99-%EC%A0%84%EB%8B%AC%ED%95%A8%EC%88%98transfer-function%EC%9D%98-%EC%98%81%EC%A0%90zero%EA%B3%BC-%EA%B7%B9%EC%A0%90pole

Transfer Function   전달 함수, http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=3729

Laplace Transform   라플라스 변환, http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?m_temp1=1236&id=146

전달함수에 대해 알아보자, https://circuit-designer.tistory.com/entry/%ED%9A%8C%EB%A1%9C-%EA%B8%B0%EC%B4%88-%EC%A0%84%EB%8B%AC-%ED%95%A8%EC%88%98transfer-function%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%B4-%EC%95%8C%EC%95%84%EB%B3%B4%EC%9E%90

Understanding the Z-Transform, https://www.youtube.com/watch?v=XJRW6jamUHk

The Mathematics of Signal Processing | The z-transform, discrete signals, and more, https://youtu.be/hewTwm5P0Gg?si=UXP0j4hbKbR94DTi

[HAM] 세대를 아우르는 교신 네트 만들기

[HAM] 세대를 아우르는 교신 네트 만들기

아마추어 무선 뉴스( https://www.arnewsline.org/ )의 2023년 9월 15일일자 기사 입니다.

KICKER: A GRAND IDEA FOR A NET

JIM/ANCHOR: Our last story for this week is about family and the future of radio. For some amateurs who are old enough to know the joy of being grandparents, showing the grandkids another big joy - radio - makes for a natural combination, as we hear from Jim Meachen ZL2BHF.

이번호의 마지막 뉴스는 가족과 함께하는 아마추어 무선 그리고 내일의 아마추어 무선 입니다. 우리처럼 아마추어무선의 즐거움을 익히 알고 나이를 먹고 이제는 할아버지가된 무선사들이 손자들 에게도 그 즐거움을 나눠 주려고 합니다. 무선은 세대를 이어주는데 제격입니다. 짐 미천이 보도합니다.

JIM: On Sunday, the 1st of October, the magic hour will be 3 p.m. local time in New Zealand. The magic frequency will be 146.625 MHz -- and the magic combination for Peter Henderson, ZL1PX, will be the company of his grandsons, Alex and Dan, sitting with him in his radio shack. October 1st is Grandparents Day in New Zealand - so earlier this year, Peter, who is vice president of the Franklin Amateur Radio Club, thought that hams in ZL might make good use of that special occasion to pass on the joys of amateur radio to the very youngest generation. Amateurs throughout New Zealand will be getting on their local 2m repeaters to kick off the first Grandparents/Grandkids Net in each region. Peter will be using the callsign ZL1SA on his local repeater in the Auckland region. After everyone has checked in, the young and the young-at-heart will take turns sharing their best grandparent joke, best grandchild joke, stories about their grandmum or granddad - and so on.

뉴질랜드의 10월 1일의 현지시간으로 오후 3시는 마법의 시간이 될겁니다. 마법의 주파수는 146.625Mhz 가 될텐데요, 피터 헨더슨이 그의 손주들, 알렉스와 댄과 함께 그의 무전기 책상 앞에 앉아 이 마법을 부릴 겁니다. 뉴질랜드에서 올해의 10월 1일은 할아버지의 날입니다. 전년도 프랭클린 아마추어 무선 클럽을 이끌던 피터는 젊은 세대에게 아마추어 무선의 즐거움을 전할 좋은 기회라고 생각했습니다. 뉴질랜드 전역에서 지역 중계기를 통해 지역별로 2미터 밴드에서 할아버지와 손자 네트를 시작하려고 합니다. 피터의 콜사인은 ZL1SA인데 오클랜드 지역 중계기에서 등장할 겁니다. 누구든 나와서 젊은이든 아직 마음만은 청춘이든 상관 없이 그들의 할아버지 일화나 손주 일화, 자신들의 할머니 할아버지의 추억을 돌아가며 늘어 놓는 거죠.

Peter suggests starting the day by inviting the grandkids over for Sunday dinner first. Once the meal is done, it will be time for the net.

피터는 먼저 할아버지날에 손주들을 초대해 저녁을 나눈 후 교신을 시작 하라고 권합니다.

Ah, but what if you don't have a grandchild? No problem: Peter suggests that you borrow one!

그런데 손주가 없는 사람은 어떻하죠? 괜찮아요. 다른 손주의 이야길 들어 주면 되죠.

This is a chance to create a memory and - as Peter says, who knows? Maybe even create the next generation of amateurs who, one day, will be grandparents sharing amateur radio with grandkids of their own.

추억을 쌓는 좋은 기회가 될겁니다. 그 손주가 언잰가 자신도 할아버지 할머니가 되어 또 다음 세대로 아마추어 무선을 나누게 될지 누가 알겠어요? 라고 피터는 말합니다.

This is Jim Meachen ZL2BHF.

(PETER HENDERSON, ZL1PX, WIA, NZART)

[HAM] 이걸로 내가 뭘 할 수 있지?

[HAM] 이걸로 내가 뭘 할 수 있지?

어느 아마추어 무선관련 커뮤니티에 이런 글이 있었습니다.

아마추어 무선이라는 취미를 알게되서 입문하려고 하는데 이 취미로 어떤 재미를 붙일 수 있는지 궁금해 하는 질문 이었습니다. 이에 대한 답글로 멀리 떨어진 상대와 교신하기, 새로운 통신기술의 체험, 무전기 자작, 산과 들과 바다로 나가서 이동운용 등등을 꼽더군요.

취미 활용은 각자 하기 나름이라는 말은 아마추어 무선이라고 다를건 없을 겁니다. 그런데 다른 취미들의 목적이나 대상이 사물이거나 동식물인데 아마추어 무선은 대상(상대)는 사람이라는게 이 취미를 어렵게 만드는 것 같습니다. 윗 댓글처럼 다양한 방법으로 이 취미를 즐기는데 결국은 사람과 대화잖아요. 내가 아무리 잘하려고 연구하고 노력해도 상대가 사람인지라 상대가 얄굳으면 이 취미는 그만 두고 싶어지죠. 그나마 누군가 상대해 주면 좋은데 실제 운영 무선국 수가 몇 않되는 것이 실정이라 지루하기 짝이 없어서 금방 시들해 집니다.

시들해질 때면 처음 무선통신이 재미 있다고 생각이 들었던 이유가 뭘까? 라는 생각을 해봅니다. 누군가 대화하는게 신기했다면 열심히 교신하는 것인데 상대가 없으면 나먼저 불러보는 겁니다. 모두 듣고만 있으면 대화가 되나요? 무전기는 라디오가 아니잖습니까. 그냥 멀리있는 외국사람과 통하는게 신기했다면 FT-8 같은 디지털 통신을 해보는 겁니다. 신기하게도 신통찮은 무전기와 안테나로도 멀리 태평양 넘어 대륙을 넘어 내 신호가 전달 됩니다. 이게 신기했다면 이 통신 방식을 개발한 사람은 누굴까 검색해 보는 겁니다. 노벨상을 받은 천체물리학자가 저멀리 떨어진 별에서 오는 미약한 전파를 수신하면서 얻은 이론을 바탕으로 만들었다는 군요. 그 물리학자의 취미가 아마추어 무선 이랍니다. 놀랍죠? 무전기가 신기했다면 자작 키트를 만들어 보는 겁니다. 한발 더 나가보면 전자회로 공부도 하고 싶어질 겁니다. 무선통신이 궁금해서 아마추어 무선이라는 취미에 흥미를 가지게 됐다면 분명 그러실 겁니다. 맨날 음질이니 안테나니 거기에서 머물지말고 1석 발진기로도 수십키로 떨어진 무선국과 전신교신이 가능한 무전기가 된다는 것도 알아가고 말이죠. 그러다보면 지적 만족도가 훨씬 올라갈 거라고 확신합니다. 살아가는데 경제적으로 보탬이 되기는 커녕 돈낭비가 될지도 모르지만 심리적 안정과 지적 만족이 취미의 효능이 아닐까 싶군요.

"CW는 훨씬 더 넓은 경험을 할 수 있어요"

"디지털 모드, 아마추어 무선은 사라지는게 아니라 진화하고 있습니다"

"오랜 친구와 여전히 교신하며 친분을 유지하고 있죠"

"아마추어무선은 세상을 이어줍니다"

[HAM] 나잇값

[HAM] 나잇값

어재는 모처럼 무선국을 운용했더랬습니다. 전신으로 일반호출 신호를 냈더니 응답을 받지 못했습니다. 무선국이 많이 등장하는 시간도 아니었고 자연 잡음이 심하기도 했구요. 이럴땐 문득 '나 왕따인가?' 라는 생각이 들죠. 이내 그러려니 하면서 그냥 닫기 서운해 음성 주파수대로 옮겨서 호출을 해봤더니 그나마 몇국과 교신 할 수 있었습니다. 가끔 들리는 인공잡음과 방해는 여전 하더군요. 설마 어린아이가 저러진 않을 텐데 '스스로 잡음원이 된 저 무선국 운용자의 나잇값은 얼마일까'라는 의문이 들었습니다.

늘 등장하던 그 무선국과 교신이 이뤄 졌습니다. '왕따'의 기분을 알기에, 어느 무선국이라 해서 가리고 싶지 않기에 종종 긴 교신을 하기도 합니다. 꺼내놓는 화잿꺼리를 들어보면 아마 70 가까이 되었을 것으로 추정되는데 그 나이에 호기심이 많은 분이라는 생각이 들었습니다. 지적 호기심을 잃지 않는 것 또한 젊게 사는 비결이라고 생각합니다. 작은 주제를 가지고 너무 멀리 나가는 경우도 있고 과학이라고 말하면서 미신과 영적인 내용과 연결 지으려는 무리수를 두기도 하더군요. 아마 '신기한 이야기' 따위를 많이 보시나 봅니다. 가끔은 수학을 끄집어 내는데 빠진 부분이 넓거나 크게 어긋나 있기도 합니다. 그런 부분에 대해 무선통신 상에서 논쟁할 필요는 없기에 '그 나이에' 대단한 호기심이라고 부추기며 마치곤 했습니다.

우리는 가끔 어린아이의 엉뚱한 생각을 무시하지 말아야 한다는 이야길 듣습니다. 그리고 그리 말하기도 합니다. 인터넷에 초등학생 쯤으로 보이는 한 어린아이의 재미있는 일화가 기억 납니다. 휴대전화의 배터리를 착탈 가능하게 하자는 아이디어를 낸 그 아이는 그 기술이 가능할지 모르겠다고 걱정했다는 겁니다. 그 아이의 나이에 어울리는 값어치를 가진 아이디어라 하고 말 일이지 그 앞에서 타박하진 않겠습니다. 만일 이런 아이디어를 70은 되어 보이는 분이 주장한다면 나잇값 못한다고 해야하지 않을까요?

후쿠시마 발전소가 폭발하고 노심이 녹아내린 불상사가 일어난지 십여년이 지났습니다. 엄청난 재앙을 격은 이웃나라에 무슨 인류애까지 들먹일 필요도 없이 동정심이 듭니다. 하지만 녹아내린 핵발전소 노심에 스며든 지하수를 앞으로 수십년간 바다에 버리겠다는데 화를 내지 않을 수 없습니다. 처리할 방법이 없는 것도 아닌데 비용이 많이 든다며 가장 싼 방법을 택하면서 늘어 놓는 변명이 희석이라 합니다. 과학이라며 희석비율을 이야기 하고 자연 방사능 물질에 노출된 량보다 적다고 말 합니다. 심지어 우주에서 쏟아지는 방사선량에 비하면 아무것도 아니라 합니다. 병원에서 진단을 위해 쏘이는 엑스선 량과 비교하며 과학을 앞세웁니다.

시골에 살면서 격는 이웃간 불화는 다양합니다. 그중 텃밭 멀칭에 쓰던 비닐을 태우는 이웃에 항의한 적이 있습니다. 지자체에서는 수숫대, 깻대 같은 농산물의 부산물도 수거해 갈테니 태우지 말라 합니다. 하물며 비닐을 태우면 환경공해를 말 할 필요도 없이 매우 고약한 냄새를 풍깁니다. 때마다 지자체에서 수거해 갈 뿐만 아니라 종량제 봉투에 넣어 내놓으면 될일 입니다. 설마 종량제 봉투 값이 아까워서 태우는 것이라 믿고 싶진 않습니다. 공기중에 퍼져 나가니 조금 참으면 된다고 말하는 이웃이 있다면 그렇다고 수긍하시렵니까? 그집의 똑똑해 보이는 아이가 오염비율을 내세워 과학적으로 문제 없다 하면 타일러야 합니다. 그런데 한동네 사는 70먹은 노인이, 그것도 내 친척 중에 그리 괴변을 늘어 놓는다면 분통터질 일이 아닐 수 없습니다.

미량의 위험물질이 자연에서도 검출 된다며 인공 위험물질을 그보다 적게 희석해서 버리겠다고 주장하는데 이를 막자는게 '비과학적' 괴담 인가요? 지구가 생성된 이래 수없이 방사선이 쏟아졌습니다. 지금도 우주 방사선은 지구로 내립니다. 과학으로 말하면 매우 위험한 방사선입니다. 다행히 지구를 감싼 대기층에서 이를 거르고 아주 미량이 지상까지 내립니다. 그 방사선을 맞으며 지구상 생명체가 번성해 왔습니다. 그 미량의 우주 방사선보다 희석한 방사능 물질의 피폭량이 적다며 과학적이라 합니다. 이게 스스로 과학을 공부했다 주장하며 다른 사람들의 무지를 질타하던 70먹은 자칭 '지식인'이 할 소리 인가요? 병원에 가면 방사선 실 앞에 붙여진 경고문구를 보셨을 겁니다. 일년에 한두번 미량의 방사선을 쏘이는 데도 그리 조심을 하면서 녹아내린 핵발전소의 노심을 식히던 지하수에 그리 관대하게된 '사고체계'는 어떻게 만들어 졌을까요? 정치나 과학을 들먹이기 이전에 그런 사고체계를 가지게 된 세월이 아깝습니다.

아마추어 무선이 나름 과학과 기술에 기반을 둔 높은 지적수준의 취미이고 그 취미를 즐기는 한사람이라 자부 합니다. 때로 기술적 지식을 가졌다며 이런저런 자랑을 늘어 놓다가 오류를 범하기도 하고 창피한 마음에 홀로 이불 속에서 발길질 을 해댑니다. 그리고 찾아보고 공부하여 잘못을 고치려 애씁니다. 내가 범한 오류가 누굴 해칠일도 없고 누가 과제를 준것도 아니고 소위 '먹고살일'도 아닙니다만 나잇값을 하고 싶기 때문 입니다. 살아온 세월 만큼 그에 걸맞는 지적 호기심을 동료들과 이야기 하며 바르게 채우고 싶습니다.

[HAM] 보험 광고에 한글 모르스 부호 등장

[HAM] 보험 광고에 한글 모르스 부호 등장

광고에 영문 모르스 부호가 등장 하는 경우는 가끔 봤는데 한글이라니!

이 광고를 기획하고 승인한 사람은 군 통신 출신 일까요? 아마추어 무선사일까요?

DX는 누구나 하는 겁니다

아마추어 무선사의 고민은 언제나 안테나죠. DX에 끌려 아마추어 무선을 시작 했다는 글을 요즘도 봅니다. 하지만 안테나에 좌절한다는 푸념을 늘어놓습니다. DX는 몇건이나 하시나요? DX는 안테나만의 문제인가요?

약 십여년 전에 인터넷 카페에 써놨던 글 인데 오늘(2023년 8월 27일) 검색하다가 우연히(?) 발견 ^^;

https://m.cafe.daum.net/IDXC/4Ryp/92?listURI=%2FIDXC%2F4Ryp

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DX는 아무나 하는 겁니다

15세 소년 DXer가 최근 ARRL.org 에 기고한 글입니다.
http://www.arrl.org/everyone-can-enjoy-dxing

(읽어보니 재미있길래 할일 없이 번역... ^^ de 6K2HJI)

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Everyon can enjoy DX
DX는 아무나 하는 겁니다.

Edward Doyle, KJ4NRN
에드워드 도일,KJ4NRN

In just over 2 years of being a ham, the one thing I’ve found that I can do for hours on end without getting bored is DXing.
햄이 된지 겨우 2년밖에 않됐지만 DX를 하고 있으면 몇시간 꼬박 앉아 있어도 전혀 피곤하지 않다는 것을 알게 됐습니다.

I’ve found that some hams think DXing is too hard, QSLing too expensive or that they don’t have the right equipment.
어떤 햄은 DX를 하면 QSL 카드 보내는데 돈도 많이들고 (빔 안테나, 고출력)장비도 따라주지 않아서 힘들다고 하는 얘기를 들었습니다.

DXing is something that everyone can enjoy and nobody says that you have to QSL to be a DXer.
DX는 누구나 하는 것이고 DX를 하면서 QSL 카드를 발행하는지 마는지 아무도 따지지 않더군요.

Some DXers I’ve spoken with have logged over 200 countries but don’t have a single QSL card.
그간 교신해 본 몇몇 DX국은 200개 개별국가(컨트리)와 교신기록을 가지고 있어도 QSL카드 한장 없다는 경우도 있었어요.

I have a nice setup (mainly due to the generosity of some friends) in the shack, but, being 15 years old, I don’t have money to throw around nor do I have enough experience in ham radio to be an expert.
저는 여유있는 친구들이 도와준 덕분에 좋은 무선설비를 갖추긴 했지만 겨우 열다섯에 주머니 사정이 충분치 않을 뿐더러 전문가적인 경험을 쌓았을 리가 없죠.

So how did I end up with 176 countries in my log?
그럼에도 이미 176개 국가 교신 기록은 어떻게 쌓을 수 있었을까요?

You simply need to remember these five simple rules:
다음의 다섯가지 규칙을 기억해보세요.

1. Be sure you always listen before transmitting
    송신하기보다 먼저 잘 들어봅니다.
* 잘 들어보면 마침 DX 국의 CQ 호출 신호를 듣고 단번에 교신이 이뤄지는 행운을 얻게 될 겁니다.

2. Make sure you are always courteous
    항상 정중한 태도를 유지합니다.
* DX 국이 나타나면 누구나 교신하려고 덤비게 됩니다. 남이 교신하는데 방해가 되선 않되겠지요

3. Remember that there is usually propagation to somewhere
    전파가 잘 진행되는 방향이 있다는 것을 명심하세요.
* 전리층의 형성에 따라 전파가 잘 진행되는 방향이 있습니다.

4 Learn when propagation conditions are best.
    언재 전파가 잘 도달하는 자연적 조건이 되는지 알아둡니다.
* 전리층이 형성되지 않으면 원거리 통신은 불가능 합니다.

5. Always be patient
    항상 끈기를 가져야 합니다.
* 무전기 켜자마자 기다렸다는 듯이 DX국이 응해오지 않습니다. 그리고 생활 시간대가 서로 다릅니다. 우리가 교신하고자 하는 시간에 지구 반대편 사람들은 모두 잠잘 시간입니다.

If you already follow these rules, you have 99% of what you need.
만일 이 법칙을 이미 잘 알고 있다면 DX를 즐기려는 목표의 99퍼센트는 달성 한 것이죠.

DXing Tools
DX에 필요한 것들

For those who don’t have tons of time, a computer can be helpful to pick up some DX spots.
시간이 많지 않다면 (무전기 다이얼 돌리기보다는) 인터넷에 연결된 컴퓨터를 이용해 DX의 출현을 살펴봅니다.

A DX spot is a website listing that shows the call sign of the DX station, his frequency, the time the DX was heard and usually some comment about the DX station. ?
DX 출현 정보를 알려주는 웹 사이트를 방문해보면 DX국의 콜사인과 주파수, 운용 시간의 목록을 볼 수 있습니다. 언재 DX 신호가 들렸는지 해당 DX국에 대한 몇가지 정보들이 남겨있지요.
 
Ed.] Some good spot sites are DXwatch.com and DX summit.fi.
편집자 주] DX 정보를 알려주는 괜찮은 사이트로 DXwatch.com, DXsummit.fi
 
Your equipment doesn’t matter much for the first 50 to 75 countries.
좋은 장비가 아니더라도 처음에 50에서 75개의 개별 국가 정도는 어렵지 않게 교신 할 수 있을 겁니다.
 
If you are very patient and willing to learn a little technique, you can stick with low power to a wire antenna for the earlier contacts.
DX 기법을 배우려는 의지와 끈기를 가졌다면 와이어 안테나와 낮은 출력으로도 교신 경쟁을 뚫을 수도 있습니다.

Of course, the easiest way to go is with a 100 W transceiver and a dipole or good vertical antenna.
100와트 정도의 출력과 다이폴 안테나 혹은 괜찮은 수직 안테나로 DX 입문의 가장 쉬운 길인 것은 말할 것도 없지요.

There are many good books out there about DXing, including The DXCC Handbook and The Complete DXer.
"DXCC 지침서(DXCC Handbook)"  나 "완벽 DXer(Complete Dxer)" 같은 좋은 책들이 있으니 읽어보면 도움이 될 겁니다.
 
Both are available from the ARRL? and other ham radio catalogs.
이 두가지 책은 미국 아마추어 무선 연맹(ARRL) 이나 어지간한 햄 서점에서 구할 수 있습니다.
 
While not necessary, an Amateur Extra class license will open up many more frequencies.
꼭 필요한 것은 아니지만 상위급 면허를 취득해 놓으면 좀더 많은 주파수대에서 운용할 수 있습니다.
 
On 80, 40, 20 and 15 meters most of the good DX hangs out below the General class segment of the band
80,40,20,15미터 밴드의 경우 많은 DX 국들이 중급 면허자에게 허가된 주파수 범위 밖에서 출현 하기도 합니다.
 
(which certainly makes the General class license holders mad).
가끔 이것 때문에 하위급 면허 소지자들은 약오르겠지요.
 
Even so, I have worked 138 countries with my General class license and you can too.
하지만 하위급 면허로도 이미 나는 138개의 개벽국가 교신 기록을 달성 했었습니다. 당신이라고 못할게 없습니다.
 
Seventeen and 20 meters will be your best bands for now and 10 meters when the sunspots really come back.
요즘은 17, 20미터 밴드가 DX 하기에 최적입니다. 태양 흑점 주기가 되돌아오면 10미터 밴드도 DX 하기에 좋습니다.
 
In fact, once the sunspot cycle kicks in again, even you Technicians can work DX on 10 meters.
사실 태양 흑점수 주기가 다시 돌아오기만 하면 최하위 급수에게 허용된 10미터 밴드의 주파수 범위에서도 DX 할 수 있습니다.
 
When I was a Technician I got over 30 countries the first year, only on 10 meters.
입문자급 이었을 때 10미터 밴드에서만 1년에 이미 30개 개별 국가 교신 기록을 달성 했지요.
 
So that just goes to show that you don’t need a General class license for DXing.
그러니 DX를 하겠다고 면허 급 수 타령할 것은 아닙니다.
 
QSLing can be easy.
QSL 카드 교환은 쉽습니다.
 
I won’t go into detail about the direct process, but via the “buro” is cheap and easy if you are willing to wait for a reply.
직접 우편으로 보내는 것 보다 (각 나라 무선연맹같은)교류 대행기관(buro)를  통하면 쉽고 싸게 교환 할 수 있습니다. 물론 좀 시간이 걸리는 문제가 있긴 하지요.
 
The ARRL’s Logbook of the World (LoTW) is free.
ARRL의 세계 전자 로그북(LoTW)을 사용하는 것도 한 방법입니다. 물론 사용료는 없습니다.
 
Not all DXers use LoTW, but some DXers have earned DXCC using only LoTW.
전세계의 모든 DX 들이 LoTW를 사용하고 있진 않지만 이미 LoTW를 통해 DXCC 를 달성한 사람도 있어요.
 
Though not accepted for DXCC, eQSL is fun and easy.
DXCC를 꼭 고집하지 않는다면 eQSL도 있습니다. 아주 쉬우면서 (교신기록을 확인하는) 재미가 있지요.
 
So, to the people who think they are having enough fun on 2 meters, get out there and try something new ? like DXing.
2미터 밴드 만으로도 충분히 재미있게 즐기신다면 거기에서도 DX 처럼 뭔가 새로운 것을 찾아봅시다.
 
You’ll find yourself captivated.
뭔간 끌리는 것이 있을 겁니다.
 
It’s too much to miss out on.
그냥 놓치기엔 아까운 뭔가 있겠죠.
 
By the end of this article, you should be saying, “If that 15 year old kid can do it ? so can I!”
끝으로 한마디 덧붙이자면 "저런 15살 밖에 않된 꼬마도 하는데 나라고 못해?"
 
So, the next time you hear a DX station calling CQ, don’t just listen.
자 이제 DX국의 CQ 소리를 들어봅시다. 그냥 듣지만 말고
 
Throw your call sign out there and have some fun.
당신의 콜사인을 응답해 보시죠. 아주 재미있는 것을 발견하실 겁니다.
 
73 and hope to see you "down the log."
안녕. 로그북에 당신의 콜사인이 기록되길.

[HAM] 위상변조의 개념을 그림으로 확인하니 개운한 기분이 든다.

[HAM] 위상변조의 개념을 그림으로 확인하니 개운한 기분이 든다.

일전에 '디지탈 데이터 변조/위상천이 키잉(PSK)'에 관한 글[링크]을 써놓고 내내 개운치가 않았다. 실험/실습이 곤란 하더라도 연습이 빠진 글은 아무래도 공학적이지 않으니까. 찝찝한 마음에 몇일 잠도 오지 않았다[미친거아냐?]  궁리 끝에 '위상천이 키잉(위상변조)'의 의미를 보여주는 간단한 예제를 작성하고 난 지금 조금 개운하다[역시 미친거야!]

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[실습] QPSK를 울프람 언어로 구현해서 그림으로 확인해 보자 (봐야 믿는 거니까!)

(* Carriers: f=100 *)

carrierI = Table[Sqrt[2]*Cos[100*t], {t, 0, 2*Pi, (2*Pi)/600}];

carrierQ = Table[Sqrt[2]*Sin[100*t], {t, 0, 2*Pi, (2*Pi)/600}];

(* Binary Baseband Data *)

bitStream = Table[{1,1,0,0,0,1,1,0}];

(* Phase Shift Keying *)

Do[

    (* Bit-Stream De-Muxing & Zero-Crossing(Analog Signals) *)

    symbolI = If[bitStream[[2*n-1]]==0, -1, 1] ;

    symbolQ = If[bitStream[[2*n]]==0, -1, 1];

    

    (* Symbol out: Multiply De-Mux'ed Bit-Stream with I/Q Carriers*)

    modulated[[n]] = symbolI*carrierI + symbolQ*carrierQ;

    

    (* See I/Q-Mapped 2-Bits Symbol *)

    fModulated[[n]] = Fourier[modulated[[n]]];

, {n, 4}

]

입력: 2진 디지털 데이터 (bitStream)

(* Input: Binary Baseband Data *)
ListPlot[bitStream, PlotStyle->PointSize[Large]]

출력: 부반송파 주파수 f=100 로 변조된 심볼(modulated)

(* PSKed Out Symbol in Time-Domain *)

ListLinePlot[
    {modulated[[1]],modulated[[2]],modulated[[3]],modulated[[4]]},
    PlotRange->{{0,40}, {-2, 2}},
    PlotLegends->{

        "Symbol[+1,+1]",

        "Symbol[+1,-1]",

        "Symbol[-1,-1]",

        "Symbol[-1,1]"}
]

시간영역(Time-Domain)에서 보면 4가지 심볼은 구분할 수 없다.

주파수영역(Frequency-Domain)으로 변환해 보자.

• 파워 스펙트럼(Power Spectrum)으로 보면 4가지 심볼 모두 동일하게 반송파 주파수 f=100 에서 최대 전력으로 나타난다. 즉, 주파수 및 진폭변화 없음

(* PSKed Symbol in Frequency-Domain *)
ListLinePlot[
    {
        Abs[fModulated[[1]]][[1;;300]],
        Abs[fModulated[[2]]][[1;;300]],
        Abs[fModulated[[3]]][[1;;300]],
        Abs[fModulated[[4]]][[1;;300]]
    }, PlotRange->All,
    PlotLegends->{

        "Symbol[+1,+1]",

        "Symbol[+1,-1]",

        "Symbol[-1,-1]",

        "Symbol[-1,1]"}

]

• 위상공간(I/Q-Phase Plane)에서는 최대 전력이 찍히는 성상점(Constellation)의 위치가 분명히 드러난다. 즉, 디지털 데이터의 위상변조다.

(* I/Q Plane (Phase Constellation) *)

ComplexListPlot[

    {

        fModulated[[1]][[1;;300]],

        fModulated[[2]][[1;;300]],

        fModulated[[3]][[1;;300]],

        fModulated[[4]][[1;;300]]

    }, PlotRange->{{-17,17}, {-17,17}},

    PlotStyle->PointSize[Large],

    PlotLegends->{

        "Symbol[+1,+1]",

        "Symbol[+1,-1]",

        "Symbol[-1,-1]",

        "Symbol[-1,1]"}

]

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