글쓴이 : SOONDORI
와산교 님과의 대화 소재였던 ‘AM Stereo 방송’에 대한 이야기.
중파가 전리층 반사에 의해 FM보다 더 멀리 날아가니까 땅이 엄청나게 넓거나 저 멀리, 완전히 엉망진창 시골이거나… 지형적 여건 때문에 AM이 우선인 나라에서는 AM 스테레오 방송이 나름대로 의미가 있겠다.
* 관련 글 : SONY ST-SA5ES 디지털 튜너
■ 신호 가공과 송출
아래는 모토롤라 C-QUAM 방식 블럭도. “무슨 말씀인지?” 그림을 한참 들여다보고 요리조리 궁리한 다음에 아래와 같이 정리.
(출처 : https://www.deltaelectronics.com/data/ase2data.htm)
○ <Audio Signal>로 정의된 L+R 신호는 곧바로 전송기로 들어간다. 그러므로 흔한 구형 AM 라디오로 L+R 즉, Mono 음성을 들을 수 있다.
○ L과 R 두 채널을 연산한 L-R 신호는 <Q Suppressed Carrier Modulator 블럭>으로, 또다른 경로의 L+R 신호는 <I Amplitude Modulator 블록>으로 전달된다.
<Q Suppressed Carrier Modulator 블럭>는 캐리어(반송파)에 ~90도 Max. 위상차를 두고 사이드 밴드(측파대) 우선 즉, ‘억압 반송파 방식’으로 L-R을 처리한다. 캐리어 f_c가 물리적으로 삭제되니까 전력전송 관점에서 효율적이다. 아래에서, f_c 삭제 대신에 포락선(=Envelope≒진폭 파형의 외곽선≒AM 검파 후 신호)이 양/음으로 변화함에 유의.
<I Amplitude Moduulator 블록>은 캐리어를 포함하는 일반적인 AM 변조. 위상차는 0도. 파형은 아래 d, d, f와 같다.
(출처 : https://www.researchgate.net)
○ <Q Suppressed Carrier Modulator 블럭>과 <I Amplitude Moduulator 블록>의 신호가 합쳐진 결과가 <QUAM 신호>. 위상 정보를 담고 있고 추후 수신기에서 ‘L+R ± (L-R) 아날로그 연산’으로 2R 또는 2L을 만들어낼 재료이다.
○ <QUAM 신호>가 리미터를 거쳐 전송기에 전달되고 ‘진폭 변조 L+R’ 신호와 함께 묶인 <C-QUAM 신호>가 된 다음, 송출된다. 25hz 파일럿 톤 포함 + 4% 변조 조건. 예를 들어 위상이 오락가락하는 <QUAM 신호> 자체를 진폭변조(AM)에 기대는 구형 AM 라디오로는 들을 수 없을 것.
○ <C-QUAM 신호>가 송출되는 안테나를 기준으로 볼 때, 1) 진폭 변화에 기대는 AM 포락선(Envelope) 변화와, 2) 복합신호를 담은 캐리어 위상의 변화, 두 가지 각기 다른 종류의 신호가 송출된다는 점이 중요하다. 개념의 조합은,
C-QUAM = Mono 중심 AM 특성 + 스테레오 분리를 위한 FM 특성
전자는 L+R을 담은 아주 평범한 ‘진폭 변조’ 신호이고 후자는 Q 신호와 I 신호를 혼합한, 그러니까 ‘위상 기반 L-R 복조용 정보’를 담은 신호. 전자가 구형 AM 신호와 완벽하게 같기 때문에 호환성을 강조하여 Convertible이라는 단어를 사용하였던 것이고…
(▲ C-QUAM 최종 파형. A는 AM 검파 후 신호에 해당하는 포락선(包絡線, 다양한 접선). B는 좁고 넓고… 달라지는 주파수는 곧 위상 차. 출처 : https://www.wirelesswaffle.com/index.php?m=02&y=18&d=18&entry=entry180218-041041)
참고로 QUAM 신호와 C-QUAM 신호의 특질에 대해서 모토롤라는 다음과 같이 정리하고 있다. <Average Carrier>로 표시된 ‘위상각 세타(Θ)’라는 요소가 핵심이고 전통적인 L+R과 L-R은 각각 (1+L+R) × Θ, (L-R) × Θ가 되며…
(▲ 아하! 대단한 아이디어. 좌측의 경우 Vector 값은 a^2 = b^2 + c^2인데 그것을 버리고 CosΘ 잣대를 쓰면 수신기에서 깔금한 1+L+R이 나온다. 1+L+R의 1은 Average Carrier의 기본 진폭)
■ 국내 기준
다음은 C-QUAM 방식을 정의하고 있는 과학기술정보통신부 ‘무선설비규칙’의 일부. 아래 ‘직교변조 위상각’은 위 문단의 ‘위상각 세타(Θ)’.
“……2. 변조방식, 가. 모노포닉방송을 위한 변조는 진폭변조방식으로 할 것, 나. 스테레오포닉방송을 위한 변조는 모노포닉방송과 양립성을 갖도록 하기 위하여 직교진폭변조방식으로 할 것, (1) 직교진폭변조는 음성신호의 좌측신호와 우측신호의 합신호로 동위상반송파를 진폭변조한 출력과 좌측신호와 우측신호의 차신호 및 파이롯트 신호와 90 도의 위상차를 갖는 반송파를 직교진폭 변조한 출력을 합성한 후 진폭변조분을 제거하여 위상편이(직교변조 위상각)만을 갖는 반송파를 만들어 재차 합신호에 의해서 진폭 변조하는 방식으로 할 것, (2) 변조의 방정식은 다음과 같다…… (기타 생략. 열람 : https://www.law.go.kr/LSW/admRulLsInfoP.do?admRulSeq=2000000021968)
■ 전용 IC와 스테레오 분리
표제부 사진은 AM 스테레오 방송을 수신할 수 있는 MC13020P IC.
아래 블럭도는 C-QUAM → QUAM 변환, 1+L+R과 L-R의 연산, 25hz 파일럿 톤 감지 등 처리 과정을 담고 있다. 핵심 블럭의 연결고리를 정리해보면…
1) <Env. DET 블럭> 즉, 포락선 검파(Envelope Detection)의 결과인 1+L+R이 스테레오 스위칭 기능을 담당하는 <Matrix 블럭>으로 간다.
2) <Err Amp 블럭>에서 1/cosΘ가 도출되고 <I DET 블럭>에 전달된다. ‘1/cosΘ’은 ‘*** × cosΘ × 1/cosΘ’라는 개념적 계산식에 의해 최초 cosΘ을 아날로그적으로 소거하는 개념.
3) 그리하여 0도를 기준으로 <I DET 블럭>에서 1+L+R이, 90도를 기준으로 <Q DET 블럭>에서 L-R이 나오고… 위상을 다루므로 정확한 주파수 생성이 중요하다. 그래서 VCO, PLL 등이 거론된다.
4) FM MPX처럼 양자를 스위칭 회로 <Matrix 블럭>에서 연산한다. 그러므로 (1+L+R) + (L-R) = 1+2L, (1+L+R) – (L-R) = 1+2R이고 캐리어 1을 공통값으로 무시하면 L과 R만 남는다.
■ DIY 사례
IC만 있으면… 일본 애호가께서 MC13024P로 DIY 구현한 AM 스테레오 라디오.
URL : https://iruchan.blog.ss-blog.jp/2013-03-16
이상에서, 과연 AM 스테레오 방송이 충분한 사업적 타당성이 있었던 것인지를 생각해보게 된다.
1990년 설립된 SBS가 1993년에 스테레오로 송출했다고 하는데… 땅 넓은 미국에서는 나름의 가치가 있겠지만, 그리고 미국 시장과 세계 시장을 쥐락펴락했던 모토롤라가 없었다면 상대적으로 땅이 좁은우리나라, 일본에서 채택했을 것 같지는 않다. 아닐까?
○ 전혀 생각을 못 했는데 동일 수신 반경 내 AM 송신 출력을 최소화하는 연구가 종종… 전력 효율을 높이자는 취지이다. (출처 : 방송주파수 간섭분석 체계화 및 지정판단 기준 연구, 국립전파연구원, 2019.12)
○ AM 스테레오를 지원하는 국내 튜너는? 특별한 기억은 없음. 아래는 인켈/셔우드 TD-130SB으로… 해외 유튜브 영상을 보면 별도 덧대기 보드로 구현되었다.
(출처 : www.youtube.com/watch?v=dtuCbPHP3a8)
인켈이 사업적 메리트가 별로 없다고 생각하고 크게 집중하지 않았던 것으로 이해. 그냥 어떤 시절의…
