스틱형 라디오 TV수신기 RTL-SDR이란?

[관운]

스틱형 라디오 TV수신기 RTL-SDR이란?

RTL-SDR은 유럽지역의 디지털 TV방송을 수신하기 위해 제작된 값싼 USB 동글(DVB-T 튜너)에 내장된 대만 리얼텍사의 RTL2832U 라는 칩셋을 이용하는 저렴한 SDR 수신기의 통칭으로 쓰입니다.

▲ 디지털TV,Radio 수신용으로 저가에 팔리고 있는 USB Dongle들 (이미지 출처 : http://ebrombaugh.studionebula.com/radio/rtl-sdr/index.html)

RTL-SDR의 개발(?)은 우연한 계기에 이뤄졌는데..

미국과 유럽지역의 엔지니어들과 Osmocom 이라는 회사가 이런 저런 연구를 하다가 저가의 디지털TV방송 수신용 USB 동글에 새로운 컴퓨터 드라이버(프로그램)만 설치하면 고가의 SDR 수신기와 동일한 기능을 쓸 수 있음을 발견하고 이런 저런 내용들을 인터넷에 공개하게 됩니다.

내용의 요지는 대만 리얼텍사가 제조하는 RTL2832U 칩을 탑재한 값싼 - 개당 20불 내외 - 디지털TV방송 수신기를 컴퓨터에 연결하면 몇백불에서 몇천불을 호가하는 고가의 상용 스캐너(수신기)처럼 SDR 수신기로 쓸 수 있다는 내용이었습니다.

SDR은 안테나로 들어온 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터로 처리하는것이 핵심인데, 이를 위한 기능을 RTL2832U 라는 칩이 가지고 있고 이 칩이 들어간 디지털TV 수신용 USB 동글은 대량생산으로 가격이 무지무지싸다보니 이걸 가지고 다양한 것을 할 수 있더라는거죠..

이 내용은 무선통신에 관심있는 전 세계의 각계각층의 사람들로부터 상당한 반응을 일으켰는데, USB 스틱 하나를 컴퓨터의 USB단자에 꽃고 프로그램 하나를 설치한 뒤 안테나에 연결하면 VHF/UHF 전 대역에서 - 일부 HF대역 포함 - 내가 원하는 신호를 들을 수 있는 것은 물론 최대 2.4MHz내에서 출현중인 모든 신호의 스펙트럼을 내 컴퓨터 화면에서 볼 수 있는 등 고가의 상용 수신기 - 스캐너 - 가 필요 없을 정도로 기능이 막강한데 비해 소요되는 비용은 개당 20불짜리 USB 동글 하나면 전부였기 때문입니다.

요즘 대부분의 사람들이 사운드카드가 내장된 저사양PC(컴퓨터) 한대쯤은 필수품으로 가지고 있으므로 이런 막강한 수신기를 위해서 지불해야 하는 비용이 개당 20불짜리 USB 동글 하나만 구입하면 된다라는점은 아마추어무선사들은 물론 프로페셔널 한 업무에 종사하는 무선통신 관련자들의 관심을 불러오기에 충분하였으며, 입소문에 소문을 타고 무선통신에 관심있는 엔지니어들과 아마추어무선사들에게 아주 Hot한 이슈로 떠오르게 됩니다.

비슷한 주파수에서 비슷한 성능으로 동작 하는 영국에서 제작/판매되는 FunCube PRO+ 같은 물건이 미화 190불이고, IC-R8500이나 AOR 시리즈 같은 상업용 수신기의 가격이 아무리 싼것도 미화 1천불은 간단히 넘는것을 감안할 때 20불짜리, 그렇지만 기존 상업용 수신기와 진배 없는 기능을 구현 할 수 있는, 더군다나 SDR 수신기라면 관심을 보일 수 밖에 없었겠지요..

RTL-SDR로 할 수 있는것들  

우선 RTL-SDR은 광대역 무선통신용 수신기로 쓸 수 있는데, 이것을 응용하면 아래와 같은 것들을 할 수 있습니다.

* 암호화 되지 않은 경찰/구급차/소방/긴급통신의 수신

* 항공 관제 무선망 수신

* ADSB 신호 해독을 통한 항공기 위치 추적

* 항공기에서 발신되는 ACARS 단문 메시지 해독

* 일상적인 AM/FM/SSB 무선전화(음성통신)의 수신

* 암호화 되지 않은 디지털 음성통신의 재조립/수신

* AIS 신호 해독을 통한 해상 선박의 위치 추적

* POCSAG/FLEX 호출기(삐삐)로 전송되는 메시지 해독

* 암호화 되지 않은 무선전화기의 통화 내용 청취

* 기상 관측 목적으로 발사된 기구의 추적 및 관측 데이터 수신

* 무선 온도 센서 및 무선 전력량 측정 센서의 동작 여부 확인

* VHF대역의 아마추어무선통신 청취

* 아마추어무선 위치정보통신(APRS) 데이터 해독

* 아날로그 TV방송 청취

* GSM신호 가로채기

* 안드로이드 운영체계의 스마트폰과 연결하여 휴대용 라디오 수신기로 쓰기

* GPS 신호 수신 및 해독

* 스펙트럼 아날라이져로 사용

* NOAA 기상위성 신호 수신

* 국제우주정거장 신호 수신

* 전파천문

* 유성우 관측

* FM 방송국 수신

* 디지털 음성 방송(DAB)수신

* 기존의 무전기나 수신기와 연결하여 광대역내의 출현 신호를 동시에 보기(Panadapter)

* 택시 단말기에서 발신되는 신호 해독

* 난수 발생기로 활용

여기에 up converter나 direct sampling 개조를 하면 HF대역의 신호를 들을 수 있으며

다음과 같은것을 할 수 있습니다.

* LSB/USB 방식의 SSB 신호를 사용하는 아마추어무선통신 청취

* CW/PSK/RTTY/SSTV 등 아마추어무선 디지털통신 신호 해독

* HF 기상정보 FAX 수신

* DRM 방송 신호 청취

* 국제 단파방송 청취

* 단파대역내 출현하는 각종 레이더 신호 감지

RTL-SDR의 수신 범위

RTL-SDR의 수신 범위는 USB 동글의 RTL2832U와 연동된 Tuner 칩이 무엇이냐에 따라서 달라집니다.

튜너 칩의 종류	가용 주파수 범위	비고
Elonics E4000	52 - 2200MHz	(1100MHz~1250MHz는 수신 불가)
Rafael Micro R820T	24 - 1766MHz
Fitipower FC0013	22 - 1100MHz
Fitipower FC0012	22 - 948.6MHz
FCI FC2580	146 - 308MHz 438 - 924MHz

             

위의 표에서 보시는바와 같이 Elonics사의 E4000과 라파엘마이크로사의 R820T 칩이 들어간 USB 동글들이

가장 넓은 수신대역을 가지고 있으며, 가장 많이 팔리고 있다고 하는군요.

▼ RTL-SDR Dongle의 내부 구조 (이미지 출처 : http://superkuh.com/rtlsdr.html)

    가운데의 수정발진자(28.8MHz 크리스탈) 우측 상단에 RTL2832U 칩이, 좌측 상단에 Elonics E4000 이 얹혀진것을 볼 수 있다.

RTL-SDR의 신호처리 속도와 범위

RTL2832U 칩의 최대 처리속도는 3.2MS/s (초당 3.2 mega samples) 정도로 알려져 있습니다.

하지만 3.2MS/s 까지 처리속도를 올리면 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 과정에서 중간중간에 손실이 생긴다고 합니다.

USB 2.0 단자에 연결하여 손실없이 처리 할 수 있는 신호처리속도는 2.4MS/s 정도로 알려져 있습니다.

이 칩의 최대 처리속도는 SDR 수신기가 동시에 볼 수 있는 대역폭에 영향을 주는데 RTL-SDR의 최대 신호처리속도를 2.4MS/s 로 지정해주면 실제 2.4MHz 의 대역폭을 동시에 보여주고 처리하게 됩니다.

이 개념을 우리 아마추어무선사들이 알기 쉽게 설명하면 RTL-SDR의 중심주파수를 145.000MHz로 설정하였다면, 최대 신호처리 속도가 2.4MS/s 일때 RTL-SDR은 위 아래로 1.2MHz씩 즉, 최저 143.800 MHz 부터 146.200 MHz 까지 들어오는 신호를 몽땅 처리하여(?) SDR# 이나 HDSDR 같은 소프트웨어를 통해 사용자의 컴퓨터 화면에 거의 실시간에 가까운 - 처리과정에서 약간의 시간 지연이 있음 -  Waterfall로 보여준다는 이야기 입니다.

RTL2832U 칩셋이 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위한 resolution - 마땅히 한글로 번역 할 만한 단어를 찾기가 힘들어서 그냥 사용합니다 - 은 8bit 라고 합니다.

상용으로 시판되는 SDR-IQ와 같은 모델들의 ADC resolution 이 12~16bit 인것을 고려하면 성능이 많이 떨어질것 같지만, 실제로 사용해보면 비슷한 크기의 다른 SDR 수신기들과 비교했을때 사람의 귀로는 큰 차이를 느끼기 힘든것이 사실입니다.

RTL-SDR 과 비슷한 다른 상용 SDR 가격 및 Spec 비교

종류	최저사용주파수 (MHz)	최고사용주파수 (MHz)	Sample Rate (MHz)	ADC Resolution	송신기능 포함여부	시중가격 (미국달러)
RTL-SDR (R820T)	24	1766	3.2	8 bit	X	$ 20 +-
Funcube Pro	64	1700	0.096	16 bit	X	$ 150 +-
Funcube Pro+	0.15  410	260 2050	0.192	16 bit	X	$ 200 +-
Hack RF	30	6000	20	8 bit	O	$ 300내외
Blade RF	300	3800	40	12 bit	O	$ 650
USRP 1	0	6000	64	12 bit	O	$ 900

위의 표를 보면 아시겠지만...

이런저런 자료들을 종합해보면.. 다른 SDR 수신기 내지는 송수신기의 가격이 SDR을 경험하겠다고 무턱대고 구매하기에는 부담스러운 가격임을 알 수 있습니다.

특히 지난번 글에서 소개했던 중간 가격대 이상의 HF 송수신기와 동일하거나 훨씬 나은 Spec을 가진 Flex 시리즈나 ANAN 시리즈들의 경우 대부분 USD $ 1,500 ~ $ 2,000 을 상회하기 때문에 SDR에 관심 있는 아마추어무선사라도 선뜻 구매를 결정하기에는 대단히 부담스러운 가격이지요...

RTL-SDR의 최대 장점은 역시 "가격" 이라고 볼 수 있습니다.

SDR의 이런 저런 기능들을 고가의 장비를 구매하지 않고도 "한달 담뱃값 이하의 아주 저렴한 비용으로" 경험해 볼 수 있다면, 충분히 해 볼만한 가치가 있다고 느껴지지 않으십니까..?

RTL2832U가 들어있는 USB 동글의 구매

RTL-SDR로 쓸 수 있는 - 리얼텍사의 RTL2832U 칩셋과 R820T 또는 E4000 튜너칩이 들어 있는 - USB Dongle들은 원래 유럽지역의 디지털TV/Audio 방송을 컴퓨터에서 수신 할 목적으로 설계되었으며, 풍부한 수요에 힘입어 중국의 공장들에서 대량으로 찍어내기 때문에 가격이 무척 저렴합니다.

그런데...

이것을 한국의 오프라인 마켓이나 온라인에서 구입하기는 매우 힘이 듭니다.

일단 국내에는 워낙에 휴대전화 등 Mobile Device가 잘 발달되고 유통되고 있어서 USB Dongle로 굳이 디저털TV나 방송을 볼 필요가 없는지, 이런류의 수신기가 잘 팔리지 않고 있으며, 있어도 가격이 RTL2832U가 들어있는것과는 비교가 안될 정도로 비쌉니다.

그러다보니.. RTL-SDR로 쓰기 위한 USB Dongle은 어쩔 수 없이 해외에서 직접 구매하는 방법 밖에 없는데... 통상 미국의 온라인 쇼핑몰인 eBay나 Amazon에서 구매하는것이 수입하기가 가장 간단하며, 저는 eBay에서 개당 15~17불 사이에 여러개를 구매 하였습니다.

검색어를 RTL-2832U 나 RTL SDR 로 주면 모양은 각양각색이지만 핵심부품인 RTL-2832U 칩셋이 들어있는 USB Dongle들이 많이 검색됩니다. 이 중에서 spec에 R-820T나 E4000 이 포함된 동글을 구매하시면 됩니다.

eBay나 Amazon에서 구매하여 한국까지 배송하는것이 익숙치 않은분들은, RTL-SDR용 HF Up converter를 만들어 파는 - 이것은 나중에 설명하도록 하겠습니다만 RTL-SDR 동글 하나로 HF와 VHF대역을 모두 수신해보고자 하시는분은 하나쯤 같이 구매하시는것을 권합니다. - NooElec 이라는 회사에서 구매하시는 방법도 있는데..

http://www.nooelec.com/store/computer-peripherals/usb-ota-receivers/dvb-t-receivers.html

에서 마음에 드는 칩셋을 고르시면 됩니다..

(2014년 1월말 현재 E4000이 들어있는 동글은 가격이 60불이 넘게 올랐군요.. 원래 50불 미만에 팔리던 것이라는데..)

▼ 2014년 2월 현재 가장 보편적으로 팔리고 있는 USB DVB-T Dongle (검정색 케이스의 USB 스틱형)

해외 직접구매를 하게 되므로, 절차가 다소 복잡한데 이와 관련된 내용은 인터넷에 많이 있고, 국내의 auction 같은 사이트에서

검색하면 가격이 많이 비싸지지만 역시 집 앞까지 택배로 모셔다 주므로 USB Dongle을 구하는것은 크게 어렵지 않을것으로 판단되며, 이것을 수입하는 과정에 대한 내용을 언급하면 배가 산으로 가게 될것 같아  이 글에서는 생략하겠습니다..

어떤 칩셋을 선택 할 것인가

RTL2832U가 들어있는 USB 동글도 Tuner chip 이 어느것이냐에 따라서 수신 할 수 있는 주파수대가 달라진다는것을 위에서

표를 통해서 간단히 보여드렸습니다.

따라서 USB 동글을 구매하기 전에 내가 어떤 목적으로 RTL-SDR을 구현 할 것인지를 미리 결정해야 구매 대상을 선정 할 수 있겠죠...

우선 Elonics사에서 만드는 E-4000 chip을 탑재한 동글의 경우 제작사에서 더 이상 E4000칩을 만들지 않기 때문에 구하기가 힘들고

그런 연유로 라파엘마이크로사의 R820T를 탑재한 동글보다 비싸게 팔리고 있습니다...

저는 가격이 저렴하고 24/28MHz대역을 Direct Sampling 등의 귀찮은 개조없이 안테나만 꽃으면 바로 수신 할 수 있다는 장점 때문에 R820T가 들어있는 USB Dongle을 구매 하였는데, 미국이나 유럽쪽에서는 E4000이 장착된 동글을 더 선호하는 사람들이 아직도 꽤 있는 모양입니다. 

1.8~2GHz 대역의 CDMA나 LTE 신호를 수신 할 수 있기 때문에, Cell.Phone 대역의 신호 공부나 처리를 원하는 사람들이 E4000이 들어있는 동글을 원한다고 하는군요...

어떤 칩셋이 들어있는 동글을 선택하느냐는 여러분의 필요(Needs)에 따라서 달라지겠지요... 

정답은 없습니다.

다음번 글 부터는 RTL-2832U 가 들어있는 USB 동글의 입수가 완료되었다고 가정하고 Zadig 및 SDR# 설치 요령을 하나씩 설명하도록 하겠습니다.