Chapter 10 · 디지털 방식 · 약신호

FT8: 짧은 메시지를 15초 단위로

전파가 약해 말소리를 알아듣기 어려울 때도 호출부호와 신호 보고를 교환하도록 만든 방식입니다. 주로 짧은 메시지로 서로의 신호가 닿았는지 확인하는 데 씁니다.

무전기와 컴퓨터가 나누는 일

WSJT-X: 호출부호·위치·보고를 비트로 부호화→8개 음향 톤 중 하나를 시간마다 선택→SSB 송신기가 그 음향 톤을 RF로 변환→수신 컴퓨터가 음향을 분석·오류정정 후 글자로 표시

대부분의 HF 운용은 무전기를 USB에 두고 컴퓨터의 음향 신호를 넣습니다. 여기서 USB는 FT8 자체의 이름이 아니라 SSB 송신기가 쓰는 RF 통로입니다. 무전기 표시 주파수와 워터폴의 음향 주파수 오프셋을 합쳐 실제 RF 신호의 주파수를 구합니다.

f_{\mathrm{RF}} \approx f_{\mathrm{dial}}+f_{\mathrm{audio}}\quad(\mathrm{USB})

예를 들어 표시가 14.074 MHz이고 프로그램의 송신 음향 톤이 1 kHz 부근이라면 RF 성분은 대략 14.075 MHz 부근입니다. 14.074 MHz는 운용 관례의 예시이지 모든 지역의 허용 주파수를 뜻하지 않습니다.

15초 슬롯과 50 Hz 폭

한쪽이 UTC 기준 0·30초에 시작하면 상대는 15·45초에 시작하는 식으로 번갈아 송신합니다. 실제 신호 길이는 약 12.6초이고 나머지 시간에 수신·복호 준비가 이뤄집니다. 컴퓨터 시계가 어긋나면 수신 구간이 맞지 않아 복호가 어려워집니다.

B\approx8\times6.25\ \mathrm{Hz}=50\ \mathrm{Hz}

FT8은 8개 톤을 6.25 Hz 간격으로 씁니다. 그래서 한 신호의 점유 폭은 약 50 Hz입니다. ‘한 슬롯에 50 Hz’라는 뜻이 아니라 주파수축의 폭입니다. 한 번의 송신이 차지하는 시간은 약 12.6초입니다. WSJT-X 사용 설명서

워터폴에서 FT8 신호 읽기

수신 프로그램은 음향 대역(대략 0–3 kHz)을 짧은 시간 조각마다 스펙트럼으로 바꾸어 위에서 아래로 쌓은 워터폴을 보여 줍니다. FT8 신호 하나는 폭 50 Hz 안에서 0.16초마다 8개 톤 중 하나로 옮겨 다니는 가는 띠로 보입니다. 79개 심벌 중 처음·가운데·끝의 7개씩은 정해진 톤 순서(Costas 배열)라서, 수신기는 이 무늬를 찾아 신호의 시간과 주파수를 맞춥니다.

T_{\text{송신}} = 79 \times 0.16\ \mathrm{s} = 12.64\ \mathrm{s}, \qquad B \approx 8 \times 6.25\ \mathrm{Hz} = 50\ \mathrm{Hz}

WSJT-X가 보여 주는 SNR은 2500 Hz 대역 전체의 잡음을 기준으로 한 값입니다. 신호 에너지는 6.25 Hz 폭의 톤 하나에 모여 있으므로, 같은 신호를 톤 하나의 폭에서 보면 10\log_{10}(2500/6.25) \approx 26\ \mathrm{dB} 더 높게 보입니다. 개발자 논문의 시뮬레이션에서 FT8은 AWGN 채널에서 SNR 약 −20.8 dB일 때 절반의 확률로 복호됩니다. 워터폴에서 거의 보이지 않는 신호도 복호되는 이유입니다.

SIMULATOR

FT8 워터폴과 복호 가능성

내 신호 SNR (2500 Hz 기준) 음향 오프셋 송신 시작 시각 (슬롯 기준)

잡음

RF 주파수 (다이얼 14.074 MHz USB)—

톤 하나 폭에서 본 SNR—

슬롯 안에 들어온 비율—

복호 확률 (단순 모델)—

가로축은 음향 주파수, 세로축은 슬롯 시작부터의 시간입니다. 노란 테두리가 내 신호입니다. SNR을 −20 dB 근처로 내리면 눈으로는 거의 안 보이지만 복호 확률은 아직 높습니다. 시작 시각을 늦추면 79개 심벌 중 슬롯 끝을 넘은 부분이 잘려 복호가 어려워집니다. 복호 확률은 논문의 문턱(−20.8 dB)을 중심으로 한 단순 모델이며, 잘린 비율만큼 신호 에너지가 줄어든다고 가정했습니다.

약한 신호도 복호하는 원리

FT8 메시지는 호출부호·그리드 로케이터·신호 보고처럼 자주 쓰는 내용을 짧게 압축합니다. 77비트의 사용자 정보에 오류 검출과 오류 정정을 더해 송신합니다. 같은 양의 무선 에너지를 좁은 폭과 정해진 시간에 모으고, 수신기가 가능한 톤 패턴을 계산해 찾습니다. 따라서 사람이 소리로 알아듣기 힘든 약한 신호도 복호할 수 있습니다. 그 대신 자유로운 문장을 많이 보내거나 실시간 음성 대화를 하기는 어렵습니다. 개발자들의 FT4·FT8 기술 논문

WSJT-X의 dB 수치는 정해진 기준 대역폭에서 계산한 신호 대 잡음비입니다. 음수여도 복호될 수 있지만, 무전기 S미터의 숫자와 직접 같지는 않습니다.

처음 수신할 때 확인할 것

무전기 모드가 USB인지, 음향 입력·출력이 맞는지 확인한다.
컴퓨터 시간을 UTC와 맞추고 WSJT-X에서 FT8을 선택한다.
워터폴의 여러 가는 선이 서로 다른 음향 오프셋의 신호임을 확인한다.
수신 메시지의 호출부호, 그리드, 신호 보고, 응답 순서를 읽는다.
PSK Reporter에서 수신 보고가 실제 어느 지역에서 올라오는지 확인한다.

송신하기 전에는 현지 면허·주파수 사용 구분과 장비의 오디오 레벨을 확인해야 합니다. 수신만으로도 시간 슬롯과 메시지 흐름을 충분히 익힐 수 있습니다.

FT8이라는 이름

F와 T는 개발에 참여한 스티브 프랭키와 조 테일러의 이름에서 왔고, 8은 8개 톤을 뜻합니다. FT8은 2017년 WSJT-X에 도입됐습니다. 개발진은 짧은 정형 메시지를 약한 신호에서도 빠르고 정확하게 주고받도록 설계했습니다. FT8 개발 논문

주파수 대역에 따라 전파가 도달하는 방식 보기 →

용어

8-GFSK: 8개 주파수 톤으로 정보를 나누어 보내고 전환을 부드럽게 한 변조.

워터폴(waterfall): 시간에 따라 주파수별 수신 강도를 색으로 쌓아 보여주는 화면.

그리드 로케이터(grid locator): 대략적인 위치를 짧은 문자 조합으로 나타내는 표기.

FEC: 송신 데이터에 여분의 정보를 더해 일부 오류를 수신기에서 고치는 방법.

대역폭과 잡음·정보량의 관계 보기 →

확인 퀴즈

다이얼 7.074 MHz USB에서 워터폴의 1200 Hz 위치에 보이는 FT8 신호의 RF 주파수는?

USB에서는 f_{\mathrm{RF}} = f_{\mathrm{dial}} + f_{\mathrm{audio}} = 7.074 + 0.0012 = 7.0752\ \mathrm{MHz}입니다.

FT8 한 번의 송신 시간은?

슬롯은 15초지만 실제 신호는 12.64초이고, 나머지는 시작 여유와 복호 시간입니다.

WSJT-X가 −18 dB로 표시한 신호를 톤 하나의 폭(6.25 Hz)에서 본 SNR은 대략?

기준 대역 2500 Hz를 6.25 Hz로 좁히면 잡음이 400배(26 dB) 줄어 -18 + 26 = +8\ \mathrm{dB}입니다.

컴퓨터 시계가 크게 어긋나면 복호가 어려워지는 이유는?

FT8은 UTC 기준 15초 슬롯에 맞춰 녹음·복호합니다. 시작이 어긋나면 79개 심벌을 온전히 받지 못합니다.