60 kHz (2022): 시간을 방송하는 WWVB

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1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 콜로라도의 WWVB는 NIST가 현재 시간을 60 kHz로 계속 송출하는 라디오 방송국이며, 라디오 시계가 자동으로 시간을 맞추는 기반이 됨
  • 60 kHz 저주파는 대역폭이 매우 작아 초당 이진수 한 자리 정도만 보낼 수 있고, 현재 시간을 전송하는 데 1분이 걸림
  • 미국의 라디오 시계는 하루 한 번 정도 1분짜리 방송을 수신해 내부 시간을 맞추고, 사용자가 지정한 시간대만큼 보정함
  • WWVB는 수신자의 위치나 시간대를 알지 못하므로, 정확한 표시 시간은 방송 신호와 시계의 시간대 설정이 결합돼 만들어짐
  • 자동 시계의 편리함은 정부가 시간을 계속 송출하는 인프라와, 그 위에 쌓인 보이지 않는 기여에 기대고 있음

WWVB의 시간 방송 방식

  • 콜로라도에는 현재 시간을 방송하는 라디오 방송국이 있음
  • 이 방송국은 WWVB이며, National Institute of Standards and Technology가 현재 시간을 송출하는 데 사용함
  • 송출 주파수는 60 kHz이고, 방송은 낮과 밤을 가리지 않고 계속됨
  • 60 kHz는 저주파 대역이라 대역폭이 매우 작음
    • 초당 이진수 한 자리 정도를 보낼 수 있음
    • 현재 시간을 방송하는 데 1분 전체가 필요함

라디오 시계가 시간을 맞추는 과정

  • 미국의 라디오 시계는 WWVB 방송을 사용해 시간을 맞춤
  • 시계는 하루 한 번 정도 1분짜리 방송을 읽고, 그 시간으로 스스로를 설정함
  • WWVB는 사용자가 어느 시간대에 있는지 알지 못함
    • 시계는 사용자가 설정한 시간대만큼 방송 시간을 보정함
  • 사람이 직접 시간을 설정하지 않아도 라디오 시계가 정확한 현재 시간을 아는 이유는, 공중파에서 시간을 읽기 때문임

일상 속 시간 인프라

  • 이 방식은 시계가 스스로 시간을 맞춰야 하는 문제를, 현재 시간을 계속 방송하는 라디오 방송국으로 해결한 사례임
  • 일상의 작동 방식은 앞선 사람들이 남긴 보이지 않는 기여 위에 쌓여 있음

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 애국심이 특별히 강한 편은 아니지만, 이런 반응이야말로 꽤 미국적으로 느껴짐
    어쩌면 그 애국심 때문에 미국인들이 어떤 것이 미국 발명품이 아닌지 확인조차 안 하고 그냥 자기들 것이라고 주장하는지도 모르겠음. 국경 밖 글을 거의 안 읽으니까: https://en.wikipedia.org/wiki/Time_from_NPL_(MSF)
    Radio 4도 한마디 하고 싶을 듯: https://en.wikipedia.org/wiki/Greenwich_Time_Signal

    • 전신 부호로 보낸 최초의 무선 시각 신호는 1903년 9월 미국 해군이 송출했음
      대부분의 자료는 송출 장소를 New Jersey의 Navesink로 보지만, 기준 시계는 Washington, DC의 United States Naval Observatory(USNO)에 있었음. 정기 시각 방송은 1904년 8월 9일 Boston Navy Yard에서 시작됐고, 1905년 말에는 Norfolk, Newport, Cape Cod, Key West, Portsmouth, California의 Mare Island 등 여러 도시의 기지에서도 해군이 시각 신호를 보냈음
      PDF: https://tf.nist.gov/general/pdf/2131.pdf
      다른 자료에서는 1905년 8월 9일이라고도 함
    • Radio 4는 특히 흥미로운데, 25bps 추가 데이터도 실어 Radio Teleswitch 운용에 쓰이고 있음 [0] [1]. 다만 이 서비스는 오래가지 못할 예정임
      이 신호를 수신하는 건 꽤 재미있음. 198KHz 수신기를 만들기 쉽고, 예를 들어 200KHz 신호와 섞어 나온 2Khz 오디오 톤을 처리하면 데이터 스트림과 시각 신호를 복원할 수 있음
      [0] https://www.bbc.co.uk/rd/publications/rdreport_1984_19
      [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_teleswitch
    • 미국의 Bill of Rights는 영국 법률에서 거의 문장 그대로 베낀 것에 가까움: https://en.wikipedia.org/wiki/Bill_of_Rights_1689
    • 나도 이 얘기를 하려 했지만 관찰한 바는 조금 다름. 이건 정말 구식 미국적인 것으로 느껴짐
      현대 미국적인 것이라면 민간 소유에 영리 목적이고, 품질은 계속 떨어지며, 서로 호환되지 않는 여러 서비스 제공자가 각자의 폐쇄형 생태계로 사람들을 끌어들이려 경쟁했을 것 같음
    • London Teddington의 National Physics Laboratory, 즉 NPL은 인터넷의 기반 기술인 패킷 교환도 발명했음
      https://en.wikipedia.org/wiki/Packet_switching

  • 미국이 달 착륙이나 최초의 하위 호환 컬러 TV 표준 같은 대단한 일을 한 건 맞지만, 이걸 그런 사례로 보기는 어려움
    유럽에서는 손목시계조차 전파로 시간을 맞춘다는 걸 다들 알고 있었던 것 같음. 적어도 독일에서는 80년대부터 그런 시계가 아주 흔했고, 나이 있는 사람들은 TV에 나오던 Junghans 광고를 생생히 기억할 것임. 해당 신호는 그보다 수십 년 전부터 방송됐는데, 철도와 항공망에 공통 시각이 필요했다는 점을 생각하면 놀랍지 않음: https://en.wikipedia.org/wiki/DCF77
    당시에는 그다지 “최신 기술”이라는 것도 없었음. 사실상 그때 가능한 가장 단순한 방법으로 풀었고, 더 단순한 방식을 떠올리기도 어렵다. 또 “손으로 만질 수 없거나 전파로 윙윙대지 않는” 기술의 예가 무엇인지도 궁금함

    • 대충 찾아본 바로는 미국이 이 분야를 처음 개척한 듯함: https://timeandnavigation.si.edu/multimedia-asset/us-navy-wi...
    • 80년대는 아님. 최초의 전파 보정 손목시계는 1990년에 나온 Junghans Mega 1임
    • 미국 기원인지 나도 궁금했음. 소설 Cryptonomicon에서 2차대전 중 일본 제국군 중위가 무선 시각 신호로 시계를 맞추는 작은 장면이 어렴풋이 기억남
      그래서 이 아이디어가 여러 지역에서 따로 생겼을 수도 있겠다고 생각했음. 또 “forever”라는 표현도 궁금함. 신호 자체는 매우 견고하겠지만, 미국 정치권이 어느 날 더 이상 무선 시각 방송은 가치 없다고 판단해 중단할 수도 있지 않을까 싶음
    • 손으로 만질 수 없거나 전파로 윙윙대지 않는 기술의 예라면 각각 마이크로프로세서와 빛/레이저가 있고, 그 외에도 셀 수 없이 많을 것임
    • 디지털 통신은 미국이 세계에 준 선물임. Claude Shannon을 찾아보면 됨

  • 대역폭이 매초 이진수 한 자리만 방송할 정도라는 부분이 더 궁금함
    60kHz 신호에 1bps보다 더 많이 인코딩할 수 있다는 건 분명해 보이는데, 왜 그런 인코딩을 골랐는지가 궁금함. 자세한 내용은 여기 있음: https://en.wikipedia.org/wiki/WWVB#Modulation_format
    보통 ERP 70kW인 WWVB 60kHz 반송파는 UTC 매초 시작 시점에 17dB 낮아져 1.4kW ERP가 되고, 그 초 안의 어느 시점에 다시 최대 출력으로 돌아감. 낮은 출력이 지속되는 시간이 세 가지 기호 중 하나를 인코딩함. 0.2초면 데이터 비트 0, 0.5초면 데이터 비트 1, 0.8초면 프레이밍용 비데이터 “mark”임
    이건 50년대에 나온 IRIG H 인코딩으로 보이고, 쉽게 해독되도록 설계된 듯한데 무엇으로 해독하려던 건지 궁금함

    • 신호 폭이 60kHz인 게 아니라 60kHz에 위치해 있는 것임. 변조 없는 순수 반송파는 무한히 좁은 대역폭의 역에 가까움. 물론 완벽한 송신기는 현실에 없지만
      신호를 더 빠르게 변조할수록 스펙트럼에 더 넓게 퍼짐. 주파수-시간 절충임. 시각 신호는 장파 대역의 낮은 쪽에서 동작하고, 대략 40~120kHz 정도라 아래쪽에 약 100kHz 스펙트럼이 있음
      다만 그런 광대역 장파 신호를 방송하는 건 만만치 않음. 유럽에서 AM 방송 5~10kHz 정도로 넓은 지역을 덮으려면 1~2MW 송신기를 씀. 대륙 전체를 100kHz 광대역 디지털 신호로 덮으려면 10~50MW, 송신소 3곳 정도가 필요할 수 있음. 가능은 할 것 같고, 초당 1메가비트 정도는 넣을 수 있을지도 모름
      덜 야심차게 초당 수백 바이트 정도, 1kHz쯤의 스펙트럼을 쓰는 방식도 가능해 보임. 엘리베이터 안이나 지하 주차장 깊은 곳에서도 동작하고, 비상용 디지털 알림 스트림과 시각 신호 등을 보낼 수 있음. 시각 신호 송신기보다 훨씬 복잡하진 않고, 변조만 더 정교하면 됨
    • “atomic” 시계, 예를 들면 https://www.amazon.com/Crosse-Technology-WT-3129B-Atomic-Ana... 같은 제품이나 오래된 브랜드의 시계가 이를 해독함
      이 기술로 동기화하는 더 오래된 산업용 응용도 있었던 것 같음
    • 실제로 더 낮은 주파수 신호 중에는 더 많은 데이터를 싣는 것들이 있고, 보통 잠수함 통신에 쓰임. 위키백과 글에는 VLF, 즉 30KHz쯤에서 “최대 300bps”라고 되어 있음
      재미있는 점은 요즘 PC 사운드 카드가 충분히 빨라져서 WWVB, DCF77, MSF 같은 신호를 사운드 카드로 직접 받을 수 있다는 것임. 긴 전선이나 동조 회로를 사운드 카드 입력에 연결하고 약간의 디지털 신호 처리를 하면 됨. 192KHz로 샘플링하면 이런 신호 수신이 쉬워짐
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Communication_with_submarines
    • 그 정도 길이의 기호 인코딩이라면 손으로도 해독할 수 있음 :)
    • 더 이상 궁금해하지 않아도 됨. 이 기술은 벽시계, 기상 관측 장비, 손목시계에도 쓰임
      보통 “atomic clocks”라는 이름으로 팔림

  • 요즘 미국의 시간을 떠올리면 가장 먼저 GPS가 생각남
    예전의 WWVB, DCF77, JJY가 하던 역할을 지금은 GPS의 시간 동기 기능이 하고 있음. 정밀도는 훨씬 높지만 수신기 복잡도도 당연히 더 높음 [1]
    WWVB와 JJY는 모르겠지만 독일의 DFC77은 AM 변조뿐 아니라 FM 변조도 해서 더 나은 정확도를 낼 수 있음
    [1] https://www.hopf.com/dcf77-gps_en.php#chapter3

  • 이런 기지는 여러 곳 있고, NIST가 유지·운영함. 그중 두 곳은 최근 예산 문제로 거의 폐쇄될 뻔했음
    https://www.radioworld.com/global/why-wwv-and-wwvh-still-mat...

  • Citizen “AT” 손목시계 [1]를 매일 차고 다님. 새벽 2시에 WWVB와 매일 동기화해서 시간이 완벽할 뿐 아니라, 빛으로 자가 충전되어 배터리 교체도 필요 없음
    이 두 가지 덕분에 개인적으로 완벽한 무관리 시계이고, 디자인도 멋짐
    [1] https://www.citizenwatch.com/us/en/collection/mens-atomic-ti...

    • 좋은 시계들임. 다만 Garmin Instinct 때문에 더 클래식한 손목시계로 돌아가기 어려워져 조금 아쉬움
      GPS와 여러 센서, 실제로 쓸 만한 손전등까지 있다 보니, 약간의 미를 더하려고 그 귀한 손목 공간을 포기할 수가 없음. 다행히 애프터마켓 스트랩을 달면 보기에도 괜찮음

  • 안타깝게도 WWVB가 손상됐음. 2024년 4월 7일 자정, 강풍 피해로 남쪽 안테나가 비활성화됐음
    지금은 북쪽 안테나만 사용해 30kW의 낮아진 출력으로 방송 중임. 수리 예산 부족 때문인지 이 상태가 “무기한” 이어질 것으로 예상됐음

    • 업데이트가 중요함
      2024년 5월 20일 업데이트에 따르면 남쪽 안테나의 triatic 보수에 필요한 부품이 현재 제작·배송 중임. 수리 완료 예상 시점은 잠정적으로 2024년 6월 말로 잡혔음. 다만 이는 추정 일정이며 여러 요인에 따라 바뀔 수 있다고 함
    • 이건 크라우드펀딩 후보로 좋아 보임

  • 무선 장비를 사지 않고 이 소리를 들어보고 싶다면, 60khz를 들을 수 있는 공개 KiwiSDR 사이트가 많음. AM 디코딩을 고르고 해당 주파수에 맞추면 됨
    http://kiwisdr.com/public/
    이들 중 상당수는 사용자 수 제한과 시간 제한이 있음. WWVB는 2.5mhz, 5mhz, 10mhz, 15mhz에서도 들을 수 있음

    • KiwiSDR 인터페이스의 확장 메뉴에서 “timecode”를 고르면 수신기에서 시각 신호를 실시간 디코딩할 수도 있음

  • 300피트짜리 장선 안테나를 가진 친구가 있음. 몇 주 전 VLF가 들어가는 오래된 수신기를 수리한 뒤, 그 친구가 WWVB를 맞춰줘서 내 버킷리스트 하나를 지웠음
    길이가 서로 다른 삐 소리를 듣는 게 흥미로웠고, Chicago 교외에서 예상보다 신호가 아주 선명했음. 특히 저쪽 안테나 문제가 생긴 뒤였는데도 그랬음

  • 십대 때 아버지가 WWVB의 서유럽판인 DCF77을 수신해 스스로 시간을 맞추는 태양광 손목시계를 샀던 기억이 있음. 위치는 독일이고, 서머타임도 알아서 반영했음
    내 쿼츠 시계가 배터리 방전이나 심하게 틀린 시간 때문에 자주 고생한 건 아니었지만, 그 기능은 늘 정말 멋지다고 느꼈음 :)

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