QRM Eliminator 와 Fourier(푸리에) 수학

[HL2IR]

올타 회원님들 중에 QRM Eliminator 를 구입하여 효과를 보고 있다는 말씀을 듣고 알아 보았습니다.

중국 알리에서 $40정도에 구입하였다고 들었는데 알고 보니 이 물건을 처음 만든 사람은 영국 햄 G4WMX와 GW3DIX입니다.

아마추어 정신으로 부품 목록과 회로 그리고 기판 설계까지 모두 공개 하였기 때문에 짝퉁 만들기로 유명한 중국 사람들이 만들어 판매하나 봅니다.

아래에 보여 드리는 회로로 만들어 판매하는 VK5TM도 있습니다.($80호주 달러)

그러면 원리를 살펴봅니다.

원리는 잡음 신호 파동의 파형을 180도 위상 반전 하여 목적 신호 파동에 합해줌으로 잡음은 서로 상쇄되어 제거되고 목적 신호를 얻게 된다는 것입니다.

이 장치를 효과적으로 사용하려면 두 개의 안테나가 필요합니다.

아래 회로를 보면 메인 안테나에서 신호 파동이 들어와 중폭기를 거친 신호와 잡음을 받아드리는 안테나를 통해 들어온 잡음 파동을 트랜스를 사용한 위상반전 회로를 거쳐서 증폭기를 통한 후 두 신호 파동을 합해서 무전기

안테나 입력으로 들어가도록 만든 것입니다.

송신 시에는 이 회로계통을 분리해야 하므로 T/R 릴레이와 PTT가 추가되었습니다.

위상반전 회로에 있는 2개의 가변저항으로 위상을 맞추고 양쪽 중폭기의 Gain 을 맞추어 효과적으로

잡음 제거작업을 하도록 되었습니다.

이 원리를 이용한 대표적 물건이 요즘 유행하는 노이즈 캔슬링 헤드폰 입니다.

이 헤드폰은 상당히 고가품인데 고품질의 DSP 가 들어가 있기 때문입니다.

위상을 이용해 노이즈를 제거하는 것은 디지털 기술을 사용하는 것이 효과적입니다.

아마추어 무선사가 만든 QRM Eliminator 는 너무 간단한 아날로그 회로를 사용하여 효과가 어떨지 의심 되지만 효과를 입증하는 동영상이 유투브에 있습니다.

그러나 기계에 달린 게인 조정 위상조정 1,2가 서로 연관되어 조정되므로 잡음 제거 조정이 매우 까다롭고

힘들 것 같습니다.

아마추어 통신에서 흔히 만나는 QSB 도 전파가 수신 안테나에 도달 할 때까지 전리층, 장애물 등에서 반사,

산란 등으로 여러 경로로 거치면서 전파 파형의 위상이 틀어져서 합해질 때 감쇄가 생기는 것입니다.

이러한 통신장애도 두 개의 같은 수신기를 사용하여 위상 조작을 함으로써 잡음과 QSB 를 효과적으로 제거하는 통신기가 1950년대에 미 해군에서 사용하였습니다.

최근에는 아마추어 무선사들이 많이 사용하는 SDR 수신기를 만드는 영국회사 SDRplay 에서 만든

SDRplay Duo 라는 수신기가 두 개 들어있는 하드웨어와 동 사에서 만든 전용 소프트웨어 SDRuno 를 사용하여

완벽 하게 잡음과 QSB 를 제거하는 기술을 완성 했습니다.

아마추어 무선사의 전파는 파동이고 우리가 귀로 듣는 모든 소리도 파동이며 우리 눈으로 보는 모든 물체도 

빛의 파동으로 봅니다.

파동의 주파수는 그 주파수가 전달하는 정보를 왜곡되지 않게 해줍니다.

세상의 온갖 정보를 구별할 수 있게 되는 것이 주기가 다른 파동의 힘입니다. 그것이 모두 합해져서 나온다 해도 구별할 수 있는 겁니다.

파동을 사용한 모든 기기를 동시에 사용해도 정보가 섞이지 않고 잘 유지되게 해줍니다.

우리가 이러한 파동에 의한 정보 전달로 살고 있고 있는 세상에 그 기초 원리를 알 수 있게 만든 사람은 1768년에 불란서에서 태어난 천재 수학자 Joseph Fourier 입니다.

이 분이 생각해낸 것은 무한한 파동의 합으로 어떤 것이든 만들 수 있지 않을까? 라는 것이었는데 이 원리를

수학 공식으로 만들어 입증 하였습니다.

그는 푸리에 급수, 푸리에 변환 이론을 만들어 수학공식으로 완성 하였습니다.

오늘날 무선 통신기가 컴퓨터에 의해 수학계산으로 가능해진 SDR 무전기 탄생도 이분 덕분입니다.

푸리에는 어떤 정보가 있는 시그널을 바라볼 때 시간을 기준으로 볼 건지 주파수를 기준으로 볼 건지 우리가

새로운 시각으로 바라볼 수 있는 다른 관점을 제시해 주었습니다.

푸리에는 모든 주기함수를 삼각함수의 합으로 나타낼 수 있다 했습니다.

또한 시간의 영역(함수)을 주파수(삼각함수)영역으로 변환할 수 있고 그 반대로도 할 수 있다고 증명 하였습니다(역 푸리에 변환).

그리하여 아무리 복잡한 시그널도 단순 주파수의 합으로 만들 수 있고 그것을 분해하여 개별 주파수를 모두

찾아낼 수 있게 하였습니다.

이렇게 함으로써 잡음 등 필요 없는 신호를 찾아서 제거 할 수 있는 것입니다.

더 나아가 푸리에는 고속 푸리에 변환이론을 만들어 음향학, 생 의학, 영상공학(심전도, 초음파검사), 뇌 과학(뇌파분석). 분광학, 통신, 레이저, 각종 신호처리에 까지 활용하게 만들었습니다.

푸리에 수학은 오늘날 컴퓨터 기술의 기초가 됩니다.

우리가 흔히 하는 이미지를 저장을 할 때 세로성분파동 가로성분파동 대각성분파동 이러한 파동들을 수식으로

C 값의 합으로 저장을 합니다.

다시 이미지를 복원을 할 때도 이 C 값들을 통해서 이 이미지를 복원하게 되면 표현을 할 수 있습니다.

음성 변조, 영상 처리 등이 푸리에 수식을 이용하면 굉장히 쉽게 할 수 있고 실생활에서 다양한 정보 교환을

가능하게 하게 해준 것도 푸리에 덕분입니다.

컴퓨터 그래픽은 오늘날 광범위하게 사용되는데 모두 푸리에 수학을 사용합니다.

사실 이 세상의 모든 것들은 파동으로 되어 있습니다.

세상의 모든 것은 진동하고 세상은 떨림이다.

요즘 인기 있는 양자 물리학 학자인 김상욱 교수님의 말씀입니다.

우주는 떨림 이고 인간은 우주의 떨림(진동)을 울림(공명) 으로 반응하는 존재입니다.

왜냐하면 인간은 주로 보고 듣는 것을 통해 정보를 얻고 빛을 통해 본다는 것은 전기장의 떨림을 느끼는 것이고요 소리를 통해 듣는다는 것은 공기의 떨림을 느끼는 것입니다.

오늘날 세상은 디지털 세상이 되었습니다.

디지털은 컴퓨터입니다. 컴퓨터는 계산기입니다.

세상이 모두 수학으로 계산해서 돌아간다는 이야기입니다.

디지털의 기본은 0과1의 2진법 펄스입니다.

컴퓨터에서 사용하는 펄스도 시간의 영역과 주파수의 영역을 가지고 있는 파동입니다.

오늘날 로봇이 인간의 육체활동을 똑같이 하고 인공지능이 인간이 두뇌로 하는 정신활동을 가능 하게하는

세상이 된 것은 모두 컴퓨터가 만든 것이고 인간 스스로가 컴퓨터와 같은 파동의 원리로 되어 있으므로

가능해진 것입니다.

약 60조의 세포들이 인간의 몸을 만들고 있는데 근육운동과 정신운동이 서로 정교하게 연관되어 오차 없이

움직일 수 있는 것도 파동으로 된 신호에 따라 움직이기 때문입니다. 그러므로 인간도 파동으로 이루어 졌다고

말하는 것입니다.

우리 실 생활의 어떠한 것도 무한히 많은 파동의 합으로 이루어져 있다.

푸리에가 생각한 “파동으로 무 었 이던지 할 수 있다” 가 증명되었습니다.

무한한 파동의 힘으로 어떤 것이든 만들 수 있다는 푸리에 생각이 실현 되었습니다.

[HL2MT]

HF QRM제거도 푸리에 이론에 의한 기술이군요. 상세한 설명덕분에 쉽게 이해가 되었습니다. 노이즈 캔슬링 헤드폰/이어폰은 오래전에 상용화 되어 저도 사용하고 있는데 요즘은 실생활에 광범위하게 응용되고 있더군요.

FTDX-101에도 SDR 수신기가 2 set 내장되어 있으니 위상반전, 믹스회로만 추가하면 QRM제거가 가능할텐데 아쉬운 생각이 드는데 생각해 보니 이미 ADC로 변환되어 DSP로 처리하고 있으므로 소프트웨어만 추가해도 되겠지만 Yaesu가 과연 그런 Software Upgrade를 할런지 ... (^.^)

[HL2IR]

FTDX-101d의 회로를 보면 VC-Tune이라는 회로가 안테나에서 RF가 Mixer로 가기전에 있습니다. 이것은 BPF로도 제거 할수 없는 강력한 재밍 잡음 신호를 제거하기 위하여 설치했다는데 이것이 QRM Eliminator와 같은 기능을 하는 것 같습니다. VC를 돌리는 정밀 스테핑모터가 들어가 있는 회로입니다.
수신기가 두 개 들어간 것은 컨테스트나 익스페디션 환경에서 바쁘게 스프릿 교신을 편하게 하기 위한
것이랍니다.
먼저 출시한 ICOM의 7610 SDR 무전기에도 2개의 수신기가 있습니다.
SDR무전기는 DSP에서 잡음을 제거하는 강력한 기능을 가지고 있습니다.
성능은 소프트웨어 알고리즘 성능에 따라 우열이 있습니다.
무전기(Black Box)와 PC에 전용 소프트웨어를 설치해서 함께 쓰는 무전기가 잡음제거 능력이 완벽 합니다.

[HL1FY]

저에게도 HL1GN om님으로부터 선물로 받은 QRM Eleliminator가 있지요. QRM보다는 QRN Eleliminator or Noise CANCELLER 이라는 명칭이 맞을 듯??? ㅎㅎㅎ... 비교적 작동은 잘되는 것 같았는데.. PTT작동에 문제가 있어 HL1GN om님이 다시 내부 Relay 교체용으로 2개를 제공하시고 HL2HI om님의 손을 빌려 완전하게 재 탄생하였습니다.
다만, FT8/4로 작동할 경우에 RF 출력이 변화가 있는 듯해서 잠시 사용을 중지하고 있으며, . IC-706MK2G에 사용할 경우 효과가 더 좋다고 해서 이에 이용하려고 합니다. 이 작은 기계에도 고귀한 이론과 공식이 뒷 바침이 있다는 사실에 놀랐으며 이를 알기 쉽도록 해설해 주신 HL2IR om님께 경외와 함께 감사를 드립니다.

[HL2IR]

FT8이나 FT4 같은 디지털 통신은 잡음의 방해에도 잘 통신 되므로 QRM Eliminator가 필요 없습니다.
SSB 전화 통신은 잡음의 영향을 많이 받으므로 IC-706에 사용하시여 SSB통신을 하시면 좋을 것 같습니다.
저도 706을 가지고 있는데 이동통신용으로 만들어서 그런지 감도가 너무 좋아서 잡음이 너무 들어와 피곤 합니다.
요즘은 2m용으로만 사용 합니다. 상대적으로 켄우드 TS-590SG는 조용하고 편안 합니다.