WSJT-X 의 새로운 컨테스트용 모드 FT4

 

영문 원본 글 : http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/FT4_Protocol.pdf  번역 : HL4BPL 유영근 2019.04.27  디지털 컨테스트를 위한 FT4 프로토콜 K1JT 조 테일러, K9AN 스티브 프랭크, G4WJS 빌 썸머빌 2019년 4월 22일  소개 : FT4는 무선 컨테스트를 위해 특별히 고안된 실험적인 디지털 모드입니다.   FT8 처럼, 고정 길이 송신, 최소 QSO를 위해 최적화된 형식을 가진 구조적인 메시지, 그리고 강력한 선행 에러 수정 등을 사용합니다.   송/수신 시퀀스는 6초 길이이므로, FT4는 FT8 보다 2.5배 빠르고, 컨테스트에 사용하는 RTTY와 거의 같은 속도입니다.   FT4는 훨씬 더 작은 밴드폭을 사용하면서, RTTY에서 필요한 것보다 10 dB 약한 신호에서 동작가능 합니다. 기본 파라미터 : FT4 메시지 형식은 FT8 과 같고 동일한 (174,91) 저밀도 패리티 체크 코드로 인코딩됩니다.   송신은 FT8의 12.64초에 대비해, 4.48초 동안 지속됩니다.   변조는 바우드율로 구분된 톤을 사용해, 약 23.4 바우드의 4톤 주파수편이 키잉을 사용합니다.   (송신 전력의 99%를 포함하는) 점유 밴드폭은 90 Hz 입니다.   50% 디코딩 확률에 대한 임계 감도는 표준 2500 Hz 참조 잡음 밴드폭으로 측정시 S/N=-16.4 dB 입니다.   Priori (AP) 디코딩은 임계감도를 -18 dB 이상 까지 억누릅니다.   설치 및 초기 설정 FT4 테스트 그룹에 합류하고 하나 또는 그 이상의 다가오는 “모의 컨테스트” 연습기간에 참여하려면, WSJT-X 2.1.0 RC 버전 (역자 주 : RC 버전은 거의 발표 버전과 같은데 약간의 버그를 포함하고 있는 것, 베타버전과 정식버전의 중간 정도) 을 설치하고 설정하기 위해 이 단계를 따라 하시기 바랍니다. 1. 제공되는 링크에서 설치 패키지를 다운로드합니다. 2. 여러분의 운영체제에 통상의 방법으로 프로그램을 설치합니다.   여러분의 정상적인 운용과의 충돌을 피하기 위해, WSJT-X 2.0에 사용된 것과는 다른 설치 디렉토리를 사용할 수 있습니다. 3. FT8에서 정상적으로 했던 것처럼 프로그램을 시작합니다.  4. Configuration 메뉴에서 FT8 > Clone (또는 Default > Clone) 을 선택합니다. 5. 만들어지는 새로운 설정을 FT4로 이름을 바꾸고, 그 새로운 설정을 선택합니다. 6. Mode 메뉴에서 FT4를 선택합니다. 7. File > Settings > Frequencies 탭에서, Working Frequencies 표의 아무 항목이나 마우스 우클릭하고 Reset 버튼을 누릅니다.   이 조작은 FT4 용으로 추천하는 작동 주파수를 가져옵니다. 8. Settings > Advanced 탭에서 Special operating activity 상자를 체크합니다.   그리고 RTTY Roundup messages 를 선택하고 RTTY RU Exch 란에 적절한 여러분의 컨테스트 교환 문자열 (exchange)을 입력합니다. 9. WSJT-X 를 N1MM Logger+ 에 연결하는 설명은 WSJT-X 사용자 설명서 4.5장에 있습니다.   이제 여러분은 FT4 운용을 위해 설정된 WSJT-X 2.1.0 RC를 갖게 되었습니다.   FT4 예제 파일을 다운로드하여 시험해 보는 것이 유용할 수 있습니다.   Help 메뉴에서 Download Samples 를 선택하고 FT4 상자에 체크표시를 합니다.   Wide Graph 를 그림 1과 같이 설정하고 Decode 메뉴에서 Deep 을 선택하고, File 메뉴에서 예제 파일을 엽니다.   그림 1처럼, 기록된 간격은 19개의 간격이 나올 것입니다.   대부분의 디코드된 신호들은 오디오 파일에서 소리를 들을 수 없거나 겨우 들을 수 있을 것입니다.   1/3 이하가 RTTY 신호였고 훨씬 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 흩어져 있다면 확실히 디코드될 수 있을 정도로 충분히 강한 신호입니다.    그림1 - 모의 FT4 신호와 그 디코딩을 보여주는 화면    운용 :   훨씬 짧은 송/수신 시퀀스를 제외하고, FT4는 기본적으로 FT8과 같은 방식으로 행동합니다.   하나의 새로운 화면상 제어가 FT4 운용에서 가능한데, Call 1st 체크상자 바로 밑에 있는 Best S+P 라는 버튼입니다.   수신하는 동안 이 버튼을 클릭하면 프로그램은 6초 수신시퀀스 종료시 디코드된 모든 CQ 메세지를 조사합니다.   프로그램은 (컨테스트 관점에서) 가장 나은 QSO 가능 상대국을 선택하고, 여러분이 디코드된 행을 더블클릭한 것처럼 취급합니다.   여기서 “가장 나은 QSO 가능 상대국”은 “새로운 멀티플라이” (첫번째 우선순위) 또는 “그 밴드에서의 새 호출부호” (2번째 우선순위) 를 의미합니다.   “새로운 멀티플라이”는 현재 “새로운 DXCC”를 의미하는 것으로 번역되며, 좀 더 넓게 규정된 멀티플라이 카테고리 (ARRL RTTY Roundup 규칙에 대해) 는 조만간 구현될 것입니다.   우리는 또한 추가적인 우선순위 랭킹, 예를 들면 “밴드에서의 새로운 그리드” (북미 VHF 컨테스트에서 유용합니다), 신호강도로 정렬 등을 제공할 수도 있습니다.  송신된 메시지의 키보드 제어를 위해서, Settings > General 탭의 Alternate F1-F6 bindings 상자를 체크하시기 바랍니다.   전형적인 컨테스트-스타일 운용에서 여러분은 그리고 나서 CQ를 보내서 QSO를 요청하기 위해 기능키 F1을 칠 수 있습니다.   CQ에 응답하고 여러분의 콘테스트 교환 문자열을 보내려면, 디코드된 메시지를 더블클릭합니다.   또는 Best S+P 를 클릭해서 선택 알고리즘이 호출할 국을 고르게 할 수도 있습니다.   Auto Seq 및 Call 1st 체크상자는 FT8 에서와 동일하게 작용하므로, 더 이상의 운용자 조작 없이도 최소 교신의 나머지 부분이 계속될 수 있습니다.    기능키 F2~F5는 주 윈도우 우측 하단에 있는 탭 1의 Tx2~Tx5에 대한 입력 필드에 표시된 메시지를 보내는데 사용될 수 있습니다.   기능키 F6은 Call 1st의 체크 상태를 토글시키고, 키 조합 Alt+B는 Best S+P의 설정상태를 토글시키는데 사용할 수 있습니다.  FT4 는 현재, 탐색하다가 덮치기 (Search and Pounce, “S+P”) 모드의 운용시 (역자주 : CQ에 응답하는 방식의 교신 형태를 사용하는 것을 의미합니다) RR73이 송신되면 로그에 기록하도록 설정되어 있고, CQ를 내는 (“달리는”) 국은 RR73이 수신되었을 때 로그에 기록합니다.   FT8 처럼, FT4는 S+P 국과 달리는 국 사이에 약간 구분을 합니다.   운용자는 QSO를 시작하는 이 두 가지 방법을 쉽게 자주 바꿀 수 있고, 컨테스트 기량은 이러한 것과 많은 다른 운용 결정을 최적화 하는데 달려 있습니다.   교신 가능한 국의 안정적인 흐름이 있다면, 단일 무전기 교신 속도는 FT4를 사용해 시간당 100국 이상이 가능합니다.  송신된 신호 : FT4 는 가우스 주파수 편이 키잉 (GFSK) 으로 알려진 변조기술을 사용합니다.   생성된 오디오 파형은 4개의 주파수 중 하나로 차례 차례 보내지는 105 심벌(톤)로 구성됩니다.  전송의 일 부분에 대해서 인코드된 일련의 다른 톤들은 원래 그림 2 의 위쪽 (적색) 곡선처럼 보입니다.   그러나, FT4에서 주파수의 시퀀스는 소프트웨어 변조기로 보내지기 전에 가우스 함수로 중첩시켜 평탄화됩니다.   청색 곡선이 실제로 변조기로 보내지는 부드럽게 변한 주파수의 시퀀스를 보여줍니다.   송신되는 순서는 더 이상 계단상의 불연속성이 없습니다.  적색과 청색 사이의 차이가 작게 보이지만, 결과로 나오는 오디오 파형의 스펙트럼은 현저하게 다릅니다.    그림 3은 동일하게 인코드된 비트 시퀀스에 대해 FT4 신호 (청색) 와 표준 연속-위상 FSK 신호 (적색) 의 스펙트럼을 보여줍니다.   GFSK 스펙트럼은 가파른 경사를 가져서, -6 dB에서 단지 75 Hz, -60 dB에서 200 Hz, -80 dB에서 260 Hz의 밴드폭을 점유하고 있습니다.   오디오 파형에 추가적인 필터링이 적용되지 않았습니다. 그림 2 – FT4 메시지의 일부에 대해 인코드되고 (적색) 평탄화 시킨 (청색) 주파수 시퀀스의 예   그림 3 – GFSK로  송신된 FT4 신호 (청색), FSK의 FT4 (적색),              연속-위상 FSK를 사용한 RTTY (자주색) 의 스펙트럼  그림 3은 또한 -60 dB에서 2000 Hz 이상의 폭을 갖는 표준 RTTY 신호 (자주색) 의 스펙트럼을 보여줍니다.   오디오 주파수 변이 키잉 (AFSK) 를 사용해 RTTY 신호를 만들어 내는 일부 ham 소프트웨어는 원치 않는 키잉 사이드밴드를 줄이기 위해 파형의 선택적인 필터링을 제공합니다.   그러나, 그러한 변조 후 필터링은 연속-위상 FSK 신호의 일정-파고 본성 (constant-envelope nature) 을 불가피하게 파괴하고, 새로운 원치 않는 사이드밴드가 만들어지는 것을 피하기 위해 좋은 선형성으로 증폭되어야 하는 파형을 뒤에 남기게 됩니다.   이에 반해, FT4의 GFSK 신호는 일정 파고를 가지며 상호변조 왜곡에 대해 영향을 받지 않습니다.  디코딩 및 주파수 사용량 : WSJT-X 2.1 에서 FT4 디코더는 5 kHz 까지의 통과대역 어느 곳의 신호라도 식별하고 디코드합니다.   다른 WSJT-X 모드에서 처럼, 수신된 메시지는 “모두 아니면 아무것도 없음” 입니다 – 부분적인 디코드는 없고, 잘못된 디코드는 희귀합니다.   수신된 데이터 흐름으로부터 디코드된 신호의 차감은, 아마도 훨씬 더 강한 신호와 주파수가 겹치는 전송신호의 디코딩을 가능하게 합니다.   그림 1의 Band Activity 창에서 보여준 마지막 3개의 디코드는 그러한 2번째-통과 디코드의 예입니다.   정상적인 홀수/짝수 전송 시퀀스와 120~150 Hz 간격을 갖는 신호들은, 신호 강도가 심지어 60 dB 차이가 난다 해도, 3 또는 4 kHz 통과대역에서 50국 이상이 운용할 수 있습니다.  경험은 컨테스트 동안 다이얼 주파수를 선택하는 최선의 전략이 무엇이 될 것인지, 그리고 각 밴드에서 FT4에 얼마나 많은 ~3 kHz 구간이 사용되어야 하는지를 말해줄 것입니다.   초기 지침으로, 우리는 FT4 에 대한 다음과 같은 기본 다이얼 주파수를 제안합니다 : 3.595, 7.090, 10.140, 14.140, 18.104, 21.140, 24.919, 28.180, 50.318, 144.170 MHz.   우리는 더 나은 주파수 선택에 대한 의견은 환영할 것입니다.  감도 : 그림 4는 넓은 범위의 모의 전파상태에서 FT4 디코더의 감도 측정치를 보여줍니다.   오른쪽의 쌍을 이룬 숫자는, 전리층 반사에 대한 와터슨 모델을 사용해, 여러 종류의 ITU 표준 조건에 대한 도플러 분산 (Hz) 과  2 경로 차등 지연 (ms) 을 표시합니다.   점선은 2 가지 극한적인 전파 상태에서 최대 a priori 정보로 디코딩에 대한 측정된 감도를 보여줍니다.   RTTY와 대충 비교해 보면, 모의 중위도 지역 적정 조건 RTTY 는, 사용한 소프트웨어 모뎀에 따라, SNR이 -1 에서 +4 dB를 초과할 때 10% 보다 작은 문자 에러율을 나타냄을 알 수 있습니다.   FT4는 RTTY에 비해 약 10 dB 이상의 감도 이점이 있습니다.  그림 4 – SNR의 함수로서 FT4에 대한 측정된 디코딩 확률.     AWGN 은 부가 백색 가우스 잡음을 의미; Low, Mid, High 는 지자기 위도; Q, M, D는 조용한 (Quiet), 적정한 (Moderate), 교란된 (Disturbed) 전리층 상태를 표시; NVIS 는 거의 수직입사 공간파; AP91은 전형적인 컨테스트 QSO에서 RR73 메시지의 a priori 를 나타냅니다.  이전의 시험 : WSJT-X 2.1.0 의 초기 RC 는 우리에게 FT4를 송/수신 간격에 대한 고정된 시작시간 없는 비동기 모드로 만드는 것이 타당한지 탐구해 볼 수 있게 했습니다.   이러한 시험은 시간동기화 시퀀스 사용의 커다란 이점을 강조하는데 기여했습니다.   미리 정해진 시작 시간과 함께 고정된 시퀀스 길이는, 특히 주어진 국이 대략 절반 시간 송신할 수 있는 컨테스트와 같은 운용 조건에서, 더 큰 수신 신호의 부분이 디코드 될 수 있게 해줬습니다.   통신공학에서 일반적으로 사용되는 개념으로, 동기화는 채널 용량을 증가시킵니다.   계획 : FT4의 몇 가지 파라미터와 작동 행동 등이 여전히 시험중이고 최적화되고 있습니다.   활동적인 참가자를 가진 더 큰 그룹과 함께 여러 개의 더 많은 모의 컨테스트 연습 세션을 개최하는 것은 대단히 유용할 것입니다.   이들이 심각한 버그나 부족함을 나타내지 않는다 하더라도, 우리는 FT4가 곧 다가올 2 개의 이벤트인 ARRL VHF 컨테스트 (6월 8~10일) 및 ARRL Field Day (6월 22~23일)에 사용하기에는 너무 새로운 것이라고 생각합니다.   따라서, 우리는 WSJT-X 2.1.0-rc5 를 2019년 6월 7일 “종료되도록” 만들 계획입니다.   가능한 한, 우리는 다음 계획을 고수하려고 계획하고 있습니다: • 4월 22일 : 이 문서에 대한 링크와 함께, FT4에 대해 공표 • 4월 29일 : WSJT-X 2.1.0-rc5 에 대한 다운로드할 수 있는 설치패키지에 대한 링크와 함께 2번째 발표 • 5월 9일 00:00~01:00 UTC : FT4 연습 기간, 7.090 MHz • 5월 14일 00:00~01:00 UTC : FT4 연습 기간, 7.090 MHz • 6월 5일 00:00~01:00 UTC : FT4 연습 기간, 7.090 MHz (필요시) • 7월 15일 : WSJT-X 2.1.0 GA (General Availability) 버전 공개 (역자주 : GA 버전은 소프트웨어 개발사에서 일반 대중들에게 공개하는 공식 버전을 의미합니다)   무작위 결론 생각 : FT4는 속사포 같은 컨테스트 QSO 용으로 설계된 특수 목적 모드입니다.   이것은 이 목적으로 대단히 효과적이지만, FT8 처럼 더 광범위한 대화에는 유용하지 않은 모드입니다.   FT4 는 RTTY 보다 훨씬 더 좁은 밴드폭을 사용하고 더 낮은 신호 레벨에서도 믿음직한 디코딩을 제공합니다.   이것은 “Super Check Partial” 또는 유사한 컨테스트 보조도구가 필요없고, FT4를 사용하는 숙련된 운용자는 DX 클러스터 또는 다른 비무선 보조도구를 사용할 이유가 없음을 알게 될 것입니다.   컨테스트에서 좋은 점수를 얻는데 필요한 모든 정보는 교신중, 또는 컨테스트 동안, 자신의 안테나와 무전기를 통해 얻을 수 있습니다.   FT4에서 CQ와 S+P 운용 사이에 약간의 구분이 있지만, QSO 상대국을 찾는 두 가지 방법을 자주 바꾸는 것은 쉽습니다.   저 출력과 적당한 안테나를 사용하는 국은 FT4를 사용하여 컨테스트에 효과적으로 참여할 수 있습니다. 관련 글 : http://www.arrl.org/news/faster-more-contest-friendly-ft4-digital-protocol-to-debut-in-a-week ​영문 원본 : http://physics.princeton.edu/pulsar/k1jt/FT4_Protocol.pdf  (한글번역) [출처] https://blog.naver.com/hl5bpl/221524741464