디지털모드의 정수 FT8·FT4 모드의 동작 원리

□ 들어가는 글

아마추어무선에서 디지털 모드의 급격한 발전과 함께, FT8은 이제 ‘가장 많이 쓰이는 통신 모드’로 꼽힐 정도로 폭넓은 인기를 얻고 있습니다. 적은 출력(RF Power)으로도 먼 곳과 교신을 성공적으로 할 수 있다는 장점 때문이기도 하며, 자동화와 높은 신뢰도를 두루 갖춘 특유의 프로토콜 덕분이기도 합니다.

이번 글에서는 FT8 통신이 탄생하게 된 배경과 다른 모드에 비해 급증한 사용 빈도, FT8이 내부적으로 어떻게 동작하며, 이를 구현하는 프로그램 및 알고리즘, 패킷 구조 등 고급 정보를 심도 있게 다루고자 합니다. 더 나아가 FT4, F/H Mode, Super F/H Mode를 포함한 최신 기능들도 함께 살펴보겠습니다.

□ FT8의 탄생 배경과 동작 원리

FT8은 2017년경 Joe Taylor(K1JT) 박사와 Steve Franke(K9AN)가 개발한 디지털 모드로, WSJT-X 소프트웨어 패키지의 하나로 추가되었습니다. 그 이전에는 JT65, JT9 등이 약한 신호 상황에서 통신하기 위한 모드들로 주로 사용되었으나, 이들은 긴 교신 시간(예 : JT65의 경우 한 교신에 최소 4~6분)이 걸렸습니다. FT8은 이 교신 시간을 크게 단축해 ‘한 번의 송수신 주기가 15초’라는 프레임 구조를 도입함으로써, 짧은 시간 내에 더 많은 교신을 시도할 수 있게 하였고, 결과적으로 트래픽의 폭발적 증가를 불러일으켰습니다. 아래에 각 항목별로 FT8에 대한 특성 및 장점 등을 기술해 보겠습니다.

1. 교신 시간의 단축

JT65는 1 사이클(송신 혹은 수신)이 1분, FT8은 1 사이클이 15초로 전체 교신에 걸리는 시간이 최대 1분 남짓으로 훨씬 단축되었습니다. 이것이 FT8 디지털 통신이 가진 가장 큰 매력이라 하여도 손색이 없습니다.

2. 상대적으로 간단해진 운영

좁은 대역폭(약 50Hz~60Hz)에 신호를 놓고 교신하기에 주파수 안정도와 정확한 시간 동기화(±1초 이내)가 가장 중요한 요소로 작용하게 되었습니다. 그에 비해 프로그램 인터페이스가 단순화되어 ‘자동 모드(Auto Seq)’로도 쉽게 운용이 가능하고, 대역폭이 좁아 많은 아마추어무선사가 동시에 좁은 스펙트럼 안에서 교신이 가능하게 되었습니다.

이러한 특성 덕분에 일반 아마추어무선사들도 손쉽게 접할 수 있게 되었고, 적은 출력과 단순한 안테나(앤드피드, 다이폴 등)만으로도 지구 반대편과 교신을 할 수 있다는 것이 크게 부각되어 폭넓게 사용되고 있습니다.

3. 타 통신 모드와 FT8의 사용 빈도 비교

기존에 가장 많이 쓰이던 통신 모드인 SSB(음성)나 CW(전신), 그리고 RTTY(디지털) 등과 비교했을 때, FT8은 이미 전 세계적으로 ‘가장 인기 있는 디지털 모드’로 자리를 굳건히 지키고 있습니다. DX 클러스터나 PSK 리포터(PSK Reporter) 같은 실시간 통계 사이트를 확인해 보면, HF 대역 전반에서 FT8 신호 비중이 전체 트래픽의 50% 이상을 차지한다는 통계를 확인할 수 있습니다.

CW, SSB 모드는 모멘텀이 여전히 높으나, DX 교신에서는 FT8이 더 쉽게 교신 성공 확률을 보장하고 있고, RTTY 모드는 DX 콘테스트 등 특정 상황에서 여전히 인기 있지만, 교신 속도 및 신호 대 잡음비(SNR) 이점 면에서 FT8이 압도적으로 승자의 자리를 굳히고 있습니다.

기존에 간헐적으로 사용되던 PSK, Olivia, Contestia 등 기타 디지털 모드는 독특한 성능과 특징이 있으나, FT8이 가진 극 저 신호 인식 능력과 빠른 교신이 우세해 상대적으로 사용 빈도가 낮아져 지금은 거의 사용을 하지 않고 상징적으로 남아있습니다. 단순 교신뿐 아니라 DXpedition이나 특수이벤트국 운영에서도 FT8, FT4가 우선적으로 선택되고 있는 실정입니다.

4. FT8 통신의 상세 동작 원리

동작 원리를 살펴보면 첫째, 전송 주기와 타이밍입니다. FT8은 15초 단위(슬롯)로 구분되어, 송신 13초, 처리 2초로 이루어진 총 15초 주기로 동작합니다. 기준 시간 00초, 15초, 30초, 45초에 맞춰 자동 송신이 이뤄지므로, 프로그램과 PC 시간을 ‘±1초 이내’로 정확히 동기화해야 안정적으로 통신을 할 수 있습니다.

둘째, 신호 대역폭과 변조 방식으로 살펴볼 때 FT8은 약 50Hz~60Hz 정도의 좁은 대역폭을 사용하는 8-FSK(주파수 편이 변조) 기반입니다. 8개의 톤을 이용해 각 심벌을 전송하며, 6.25 baud(심벌 속도)로 전송됩니다. 협대역에서 SNR –24dB 까지에서도 해독이 가능하도록 설계되었으며, 이는 강력한 전처리 및 코딩 기법의 덕분이라 할 수 있습니다.

셋째, 포워드 에러 정정(Forward Error Correction, FEC) 기능이 있습니다. FT8 메시지는 코딩 효율을 극대화하기 위해 LDPC(Low-Density Parity-Check) 코드를 사용합니다. 구체적으로 77비트의 유효 정보(메시지)와 여러 비트의 에러 정정 코드를 함께 전송함으로써, 손실된 비트를 복원합니다. FT8에서는 한 번의 교신에 필요한 기본 정보(호출부호, 로케이터, 시그널 리포트 등)를 총합 77비트 형식으로 압축하고, 이를 LDPC로 보호하여 약한 신호 환경에서 높은 신뢰도를 확보합니다.

넷째, 패킷 구성을 살펴보면 메시지 필드에서 호출부호 2개, 시그널 리포트, 그 밖의 부가정보(예 : RR73, 73 등)를 합쳐 최대 13자 이내의 텍스트 정보를 77비트로 만들어 전송합니다. LDPC 및 CRC를 통해 전송 중 발생 가능한 에러를 최대한 복구하는 기능도 포함되어 있습니다. 그리고 위 FEC 적용 메시지를 8-FSK 심벌로 변환하고 이 심벌들을 15초 동안 순차적으로 전송하는 원리입니다.

5. FT8을 가능하게 하는 프로그램과 내부 메커니즘

5.1 WSJT-X

개발자 : Joe Taylor(K1JT), Steve Franke(K9AN) 등 팀원

역할 : FT8, FT4, JT65, JT9 등 다양한 모드를 하나의 프로그램에서 운용 가능

주요 기능 :

Auto Sequence(자동 교신 절차)

CAT(Control of Transceiver) 기능으로 리그 제어

심벌 디코딩 알고리즘(JTLib 기반)

Fox/Hound(F/H) 모드 지원

WSJT-X가 가장 널리 쓰이는 이유는, 모드 변경과 주파수 변경, 심벌 디코딩 및 로그 자동화가 모두 하나의 인터페이스 안에서 이뤄지기 때문입니다. 또한, WSJT-X를 기반으로 하여 JTDX, MSHV 등 다른 종류의 프로그램들도 개발되었습니다.

5.2 JTDX

FT8과 JT65 등에 특화된 디코딩 알고리즘을 추가로 적용하여 CQ를 여러 개 동시 디코딩하거나 약간 더 강화된 에러 정정 알고리즘을 시도한 프로그램입니다. 사용자가 선호하는 워터폴 인터페이스, 알림 기능 등 일부 기능이 차별화되어 사용되고 있습니다.

5.3 MSHV

원래 MS(Meteor Scatter) 교신에 최적화되어 개발된 프로그램이었으나 최근에는 FT8, FT4 등의 모드도 포함되어 널리 사용되고 있습니다. 콘테스트 지향적 인터페이스와 병렬 디코딩 지원을 합니다.

이들 프로그램은 모두 공통적으로 사운드카드(오디오 인터페이스)와 PC 시간을 동기화해 매우 정확하게 신호를 수신 및 송신하며, 거의 같은 디지털 파이프라인(FFT, 역-변조, LDPC 디코딩 등)을 사용합니다.

6. FT4, F/H Mode, Super F/H Mode

6.1 FT4

교신 속도 : FT8보다 2배 빠른 ‘7.5초 주기’를 사용

대역폭 : FT8과 유사하거나 약간 넓은 편

SNR 성능 : FT8보다 약간 낮은 약 -18dB 정도

적용 분야 : 콘테스트나 단시간 교신을 선호할 때 사용. 대규모 콘테스트에서 FT4의 높은 교신율이 강점

FT4는 교신 시간이 7.5초이므로, 채널 점유 시간이 짧고 빠른 속도로 교신을 시도할 수 있습니다. 다만, FT8에 비해 신호 인식 성능은 조금 떨어져 약한 신호 교신은 어려울 수 있습니다.

6.2 F/H Mode(Fox/Hound 모드)

Fox(폭스) : 일반적으로 DXpedition 측, 다수의 콜을 처리하는 ‘중심국’과 Hound(하운드) : 개별 아마추어무선사, 다수의 ‘폭스’에게 호출하는 측으로 구분할 때 동작 원리는 Fox는 여러 주파수(채널)를 동시에 모니터 하면서, 다수의 Hound 신호를 병렬로 수신 및 응답합니다.

장점으로는 폭스 측에서 주도적으로 통신을 처리하기 때문에 짧은 시간에 매우 많은 Hound와 교신이 가능하며, 활용 예를 든다면 대형 DXpedition에서 수천 개 호출부호를 단시간에 처리해야 할 때 FT8, FT4와 함께 활용합니다.

6.3 Super F/H Mode

F/H 모드의 진화된 형태이며 WSJT-X(또는 전용 프로그램)에서 제공하는 확장 기능입니다. 자동화 수준 증가로 폭스가 Hound 신호를 동적으로 빠르게 처리하고, 교신 성공 여부를 지능적으로 판단해 재시도하는 알고리즘을 가지고 있습니다.

장점으로는 최적화된 주파수 할당이 가능하여 여러 개의 슬롯을 분할하여 트래픽 효율을 끌어올릴 수 있고, DXpedition 효율 극대화를 이룰 수 있습니다. 기존 F/H 모드 보다 더 많은 병렬 교신 처리가 가능한 이점이 있습니다. 즉 F/H나 Super F/H는 일반적인 일상 교신보다는, 대규모 DXpedition이나 ‘Rare DX’를 다룰 때 탁월한 효과를 발휘합니다.

7. 고급 알고리즘 및 운영상의 주의점

7.1 시간 동기화와 정확도

FT8, FT4 모두 슬롯(Slots) 단위로 구동하므로, PC 시간 동기화가 필수적입니다. 다음 방법들을 권장합니다. Windows, macOS, Linux 환경에서 NTP 서버(예 : time.google.com) 자동 동기화와 전용 GPS 기반 클럭 활성화로 네트워크가 불안정하거나, 휴대 운용 시, GPS 동기화로 ±0.1초 이하 정밀도 확보가 필수적입니다. 시간 동기가 맞지 않으면 디코딩 성공률이 급락하므로, 항상 교신 전 PC 시간을 점검해야 합니다.

7.2 주파수 안정도와 드리프트(Drift)

디지털 모드는 주파수 안정도가 매우 중요합니다. 특히 FT8은 50~60Hz 범위 내에서 심벌을 구분하기에, 리그나 주파수변환기(Transverter 등)의 온도 변화 등으로 드리프트 하면 디코딩이 어려워집니다. 초단파/극초단파(VHF/UHF) 영역에서는 TCXO(온도보상형 수정발진기)나 GPS 도플러 추적 등을 활용해 주파수를 안정화해야 합니다.

7.3 저전력 + 협대역 = QRP와의 궁합

FT8/FT4는 -20dB 이하 낮은 SNR에서도 교신이 가능하므로, QRP(5W 이하) 운용과의 궁합이 뛰어납니다. 단순 와이어 안테나 등으로도 장거리 DX가 가능하기 때문에, 휴대 운용이나 저출력 실험에도 매우 적합합니다.

7.4 자동 응답 기능(Auto Sequence)의 이점과 주의점

이점으로는 교신 단계를 자동으로 진행하여 오퍼레이터의 실수를 줄이고, 신속하게 교신할 수 있습니다. 반면 주의점으로는 잘못된 콜사인이나 불필요한 CQ 반복 등 자동으로 오작동할 수 있으므로, 로그를 확인하며 OP가 적절히 개입해야 합니다.

7.5 정확한 로깅과 eQSL/LoTW

디지털 모드 교신은 시간이 짧고 교신 빈도가 높기에, 자동 로그(WSJT-X, JTDX)에 의존하는 경우가 많습니다. 만약 컴퓨터 시간이 틀어지거나 로그 설정이 올바르지 않다면, LoTW(ARRL Logbook of The World)나 eQSL에서 매칭 오류가 발생할 수 있습니다. 따라서 운용 전 로그 포맷과 시간을 철저히 확인해야 합니다.

□ 결론 및 앞으로의 전망

FT8은 짧은 교신 시간, 강력한 FEC, 좁은 대역폭 활용, 자동화된 교신 절차로 인해 현대 아마추어무선 환경에서 매우 강력한 디지털 모드로 자리 잡았습니다. 이미 전 세계 교신 트래픽에서 많은 부분을 차지하고 있으며, DXpedition에서도 F/H 모드를 활용함으로써 수많은 국을 효과적으로 처리하고 있습니다. 한편, FT4는 교신 속도를 더욱 높여 콘테스트 운영에 큰 장점을 제공하며, F/H 모드 및 Super F/H 모드는 대규모 DX 이벤트에 최적화된 방안을 제시하고 있습니다.

기술적으로, FT8 계열 모드들은 DSP, 코딩/디코딩 알고리즘, 시간 동기화, 협대역 RF 시스템 등 다양한 분야가 융합된 기술입니다. 향후에는 DSP 기술 및 코드 개선으로 신호 대 잡음비 한계를 조금씩 더 끌어올리거나, 더 짧은 주기와 확장된 교신 포맷이 등장할 가능성도 있습니다.

아마추어무선의 본질은 기술적 탐구와 실험에 있으므로, 앞으로도 FT8/FT4 및 관련 모드들의 알고리즘과 응용을 탐구하여, 우리 손으로 보다 더 혁신적이고 재미있는 디지털 모드를 개발·운용해 보길 권장합니다.

이상으로 FT8, FT4, F/H Mode, Super F/H Mode의 원리에 대해 살펴보았습니다. 앞으로도 여러분의 DXing과 디지털 교신 활동에 많은 도움이 되길 바라며, 더욱 풍성하고 흥미로운 실험과 성공적인 교신 경험을 쌓으시기를 기원합니다.

<참고 문헌 및 자료 출처>

- WSJT-X 홈페이지 : https://wsjt.sourceforge.io/wsjtx.html

- MSHV 홈페이지 : http://lz2hv.org/mshv

- JTDX 홈페이지 : https://jtdx-improved.sourceforge.io/

- PSKReporter 홈페이지 : https://pskreporter.info/

- Gary Hinson의 FT8 운영 가이드 : https://www.g4ifb.com/FT8_Hinson_tips_for_HF_DXers.pdf

※ 위 글은 한국아마추어무선연맹에서 발행하는 KARL지 2025년 07/08월호(통권 제417호)에 게재되었습니다.