이러한 문제점에 대한 대안으로 두 개 이상의 안테나를 리시버에 설치하여 시그널 손실을 줄여주는 시스템이다. 반사된 전파는 직접적인 전파에 비하여 세기가 약할 것이고 두 개의 안테나는 받아들이는 전파 중 세기가 강한 것을 우선적으로 인정하여 시그널 캔슬링을 최소화 하는 것이다. 이 경우 두 안테나의 시그널이 합쳐지지 않으므로 시그널 캔슬링이 일어나지 않는 것이다.
(2) 안테나의 특성
① 안테나의 길이
안테나의 길이나 모양은 전파의 파장과 비례하기 때문에 고주파의 전파를 사용할수록 안테나의 길이는 짧아질 수 있다. 일반적으로 파장의 1/4 이상의 길이가 되어야 안테나의 시그널 손실을 최소화 할 수 있다.
가장 이상적이기는 파장의 길이와 동일한 안테나를 사용하는 것이다.
② 안테나의 지향성
일반적인 안테나(막대형의 모노폴(mono pole) 안테나)는 무지향성이다.
하지만 무지향성이라 하여 안테나를 중심으로 구형의 범위에서 시그널을 받을 수 있는 것은 아니다. 보통은 안테나를 축으로 하여 원형으로 무지향성을 가지며 이 방향에 대한 수직방향으로는 약 5도~20도 정도에 대하여 수신이 가능하다. 즉, 송신기가 있는 방향으로 안테나의 끝이 향하도록 하는 것이 아니라 송신기 쪽 방향에 대해 수직하게 안테나를 세워야 하는 것이다. 반면 지향성 안테나를 사용하는 경우에는 안테나의 지향 방향이 송신기 측을 향하도록 하여야 한다.
2. 리시버 (Receiver)
(1) 리시버의 시그널 프로세싱
리시버의 오디오 시그널 프로레싱은 크게 6단계로 나눌 수 있다.
- Step 1: Front End
원치 않는 주파수는 걸러내는 과정.
- Step 2: Local oscillator
수신하고자 하는 주파수를 선택하면 로컬 오실레이터가 해당 주파수를 생성한다.
- Step3: Mixer
로컬 오실레이터에 의해 만들어진 전파 신호와 안테나를 통해 받은 전파 신호를 이용하여 두 신호의 합과 차의 신호를 만들어 낸다. 로컬 오실레이터의 주파수는 고정되어 있지만 안테나를 통해 받은 신호는 단순 전파가 아닌 오디오 정보를 담고 있으므로 로컬 오실레이터의 주파수보다 높거나 낮게 된다.
- Step 3: Filtering
믹서를 통해 생성된 두 개의 시그널(합(sum), 차(difference))은 필터를 이용해 IF(Intermediate Frequency) 라 하는 신호를 만들어 낸다.
이 신호는 컨버전을 통해 Demodulation이 편한 주파수 대역으로 만들어진다.
- Step 4: Frequency Demodulation
스텝 3에서 만들어진 I.F. 시그널에 로우 패스 필터(LPF)를 사용하여 하여 오디오 시그널을 전송하는데 사용된 고주파 대역(Carring Frequency)를 걸러내어 필요한 오디오 시그널을 추출하는 과정이다.
- Step 5: Expansion
송신기에서 원활한 전송을 위해 압축한 오디오 신호를 다시 풀어내는 과정
- Step 6: Equalization (de-emphasize)
송신기에서 pre-emphasize 한 오디오 신호를 de-emphasize 하는 과정
- Step 7: Squelch, Muting
리시버가 전파를 수신하던 중 전파를 놓쳤을 경우(수신하지 못하는 경우)
보통 수신기의 특성상 인근에 있는 강한 신호를 수신하게 된다. 이때 화이트 노이즈가 발생할 수 있는데, 이를 방지 하기 위해 설정한 값 이하의 신호가 들어올 경우(설정한 값보다 약한 세기의 신호가 수신될 경우) 뮤트시켜 불필요한 노이즈의 발생을 줄이는 것이 Squelch, Mute 기능이다.
또한 Tone Squelch 회로는 원하는 톤의 시그널이 특정 레벨 이상 수신될 때 뮤트를 푸는 경우로 아무리 다른 시그널이 설정된 Squelch 값보다 크더라도 지정된 톤이 아니라면 뮤트 되는 기능이다.
이 기능은 같은 주파수로 설정되어 있다 하더라도 같은 회사의 무선 시스템이 아니면 수신하지 않도록 하는데 응용되고 있다.
시그널 간섭
1. 시그널 간섭 현상
(1) I.M.D (Inter-Modulation Distortion)에 의한 간섭
시그널 간섭에는 여러 이유들이 있지만, 그 대표적인 예가 두 개의 전파가 트랜스미터나 리시버의 논-리니어 서킷(none-linear circuit)을 거칠 경우 두 전파의 간섭에 의해 새로운 주파수의 전파를 생성하게 되는데 이를 I.M.D(Inter-Moduation Distortion, 맥놀이)이라고 한다.
두 개 이상의 채널을 사용할 때 두 시그널 간의 주파수 차이가 0.4MHz 이내로 날 경우에 청취자가 느낄 수 있을 정도의 간섭현상이 나타날 수 있다.
(2) 트랜스미터와 리시버 운영 간 발생하는 간섭
가장 추측하기 어렵고 흔히 발생하는 간섭이며, 원인은 크게 두 가지로 경우로 분류 할 수 있다.
첫째는 두 개의 트랜스미터가 너무 가까울 경우(proximity) 간섭현상이 일어날 수 있고 (예: 뮤지컬에서 두 배우의 마이크가 아주 가까운 경우) 또 하나의 대표적 경우는 두 개의 트랜스미터가 리시버에 너무 가까울 때 (예: 뮤지컬 배우가 퇴장하며 무대 옆의 리시버를 아주 가까운 거리로 지나칠 때)에도 발생 할 수 있다.
이 경우에는 리시버가 원하는 전파를 받아들이는 과정에서 원하는 주파수의 전파를 놓쳤을 경우에 가장 가깝고 강한 전파를 받아 간섭이 나는 경우이다.
(3) 트랜스미터와 리시버의 내부 신호 처리에 의한 간섭
두 개의 리시버를 사용하는 경우 그림에서 보는 봐와 같이 안테나 사이가 너무 가까울 경우
첫 번째 리시버에서 발생하는 로컬 오실레이팅 주파수와 다른 리시버의 로컬 오실레이터 사이에 주파수가 0.25MHz 이하로 셋팅 되었을 때 간섭이 일어날 수 있다.
(4) 외부 요인에 의한 간섭
무선마이크의 사용 주파수 대역이 다른 무선 장비에 의해 침해되었을 경우 간섭이 일어나게 된다.
우리 나라에서 사용할 수 있는 무선 마이크 시스템의 주파수 대역은 740MHz~750MHz 이다.
무선마이크 시스템 설치를 마치고 주파수를 배당할 때 AKG HUB4000Q 등의 주파수 스캐너를 이용하여 인근에서 사용 중인 주파수를 검색, 사용하지 않는 주파수 대역을 찾아 설정하는 것이 간섭을 최소화 할 수 있는 방법이 될 것이다.
파장에 따라 전파를 여러 종류로 구분하여 사용하는데, 파장이 길면(저주파) 전파의 직진성이 떨어지지만 회절 능력이 좋아져 멀리까지 전달할 수 있다. 하지만 이 경우 한번에 많은 양의 정보를 전달할 수 없고 주변의 영향을 많이 받아 노이즈에 취약하다.
반면 파장이 짧으면 짧을수록(고주파) 직진성이 좋아지고 한번에 많은 양의 정보를 전달할 수 있기 때문에 오디오의 경우 좋은 음질을 구현할 수 있고 주변 노이즈에 강한 장점이 있으나 회절이 잘 안되므로 멀리까지 전달하기 어렵다.
라디오의 AM(Amplitude Modulation)과 FM(Frequency Modulation)을 생각해보면 이해가 빠를 것이다.
MBC 라디오 방송을 예로 들어보면 MBC AM 의 주파수는 900kHz (중파)이고 FM 방송의 주파수는 91.9MHz(초단파)이다. AM 방송은 서울에서 송출해도 먼 지역까지 전달이 잘 되는데 반해(물론 음질은 좋지 않다) FM 방송은 서울에서 송출하면 경기도 외곽지역만 가더라도 잘 들리지 않는 것을 알 수 있다.
또 이동통신 사업자인 SK Telecom과 KTF의 경우가 좋은 예가 된다.
SK Telecom은 800MHz 대역을 사용하고 KTF는 1.8~2.1GHz 대역을 사용한다.
SKT보다 KTF가 더 높은 주파수 대역을 사용하기 때문에 더 많은 데이터를 한번에 전송할 수 있으므로 통화 음질은 더 높게 표현될 수 있지만 주파수가 높아 멀리까지 전달되기 어려운 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서는 많은 기지국을 설치해야만 한다.
반면 SKT는 상대적으로 낮은 주파수 대역을 사용하므로 더 멀리 전달이 가능하여 적은 기지국 수량으로도 원활한 통신이 가능하여 통화연결이 더 잘된다는 평가를 얻고 있는 것이다.
앞으로 우리가 다루고자 하는 프로 오디오 시장에서 사용하는 전파의 영역은 주로 초단파(VHF:Very High Frequency)와 극초단파(UHF:Ultra High Frequency) 영역이다(최근에는 VHF를 사용하는 장비는 찾아보기 힘들고 UHF 장비들이 주를 이룬다).
UHF 영역은 아래 표에서도 확인 할 수 있지만 300MHz~3GHz까지의 구간이다.
이 구간에는 SKT, KTF 등의 핸드폰 서비스 전파도 포함되어 있고, 앞으로 이야기 할 무선 마이크 시스템이 주로 사용하는 주파수 대역도 이 구간이다.
(국내 전파통신법에는 프로오디오 무선 시스템은 740MHz~750MHz를 사용할 수 있다).
상당히 복잡한 내용을 몇 페이지 안되는 지면을 이용하여 설명하자니 설명이 부족한 부분이 많지만 앞으로 여러 경로를 통하여 언급할 기회가 있으리라 생각한다.
지금까지의 내용을 요약하자면, 다음과 같이 정리할 수 있겠다.
① 전자기파의 일종인 전파는 매질이 없어도 전달 가능하다.
② 전파의 주파수가 높으면 보다 많은 정보를 전달할 수 있다.
③ 전파의 주파수가 높을수록 직진성은 높아지나, 전달거리는 짧아진다.
④ 프로 오디오에서 주로 사용하는 주파수 대역은 UHF(Ultra High Frequency) 대역이다.
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