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電波時計 / Radio wave clock
1. 개요
지정된 전파탑에서 송신되는 시각 정보를 바탕으로 시각을 맞추는 시계. 각 시보 전파탑, 즉 표준주파수국의 시각 정보는 원자시계를 바탕으로 하고 있기 때문에 그 정확성이 매우 높다. 전파시계 (Radio clock) 또는 Radio-controlled clock, Atomic Clock 이라고 부르기도 한다. 표준시보국 전파에 현재 시각 정보가 포함되어 있기는 하지만 이걸 직접 표시하는 방식은 드물고 시간은 쿼츠 시계로 표시하되 주기적으로 시보 전파를 수신하여 그 쿼츠 시계의 오차를 교정하는 방식이 보편적이다.수 MHz대의 단파를 사용하는 표준시보국도 있지만 대부분은 100kHz 이하의 장파를 사용한다. 장파를 사용하는 이유는 장파는 회절하여 지구가 둥글어도 지평선 훨씬 너머까지 산을 넘어 지표파가 잘 전달되어서 송신소 하나로 1,000km 이상의 원거리까지도 통달되기 때문이다. 또 산이나 건물, 벽 등 장애물로 인한 감쇠가 적어 콘크리트 건물 안이나 얕은 지하에서도 수신이 잘 되기 때문이다. 다만 방송국 안테나가 수백 미터로 거대해지는 것이 단점이다.[2]
인공위성의 전파 신호를 이용하여 시간을 맞추는 시계도 있는데, 이런 건 전파 시계라기보다 GPS 시계라고 부른다. GPS 위성 신호에는 위성의 궤도 정보와 함께 시각 정보도 포함되어 있다.[3] 지구상 어느 곳이든 GPS만 잡히면 시각을 맞출 수 있다. 전파의 상태에 영향을 받는(지연 시간, 지터 잡음 등) 장파 전파 시계보다는, 높은 정확도와 주파수 안정성을 이용한 물리학 실험이나 통신 기지국용으로 사용되고 있다.
예전엔 시계를 정확히 맞추는 방법이 시보 방송이나 116, 전파 시계 정도였지만, 근래에는 NTP(Network Time Protocol)를 이용한 인터넷 시각 정보를 많이 활용하는 편이기 때문에 존재감이 많이 약해졌다.[4] 특히 핸드폰, 스마트폰 등 시각 정보를 각종 통신망에서 수신할 수 있는 휴대기기가 대중화되면서 정확한 시각 정보를 매우 손쉽게 얻을 수 있게 되었으니 존재감이 더욱 약화된 편이다.[5] 단, NTP(Wi-Fi)나 GPS 등 여러 네트워크를 통해서도 시각 정보를 받아올 수 있는 스마트폰과 달리, 순수하게 이동통신사망에만 의존하는 피처폰은 개통해야만 시각이 동기화된다. 이 때문에 과거에 욕지도나 가거도 같은 먼바다의 섬에서는 통화권이 이탈되면 핸드폰 시계가 덩달아 미묘하게 맛이 가는 문제가 존재하기도 했었다.
벽시계나 탁상시계용으로는 SEIKO, CITIZEN 등 대부분의 일본 시계 업체가 일본 장파 시보 방송을 수신하는 전파 시계를 판매 중이다. 손목시계 중에도 자동으로 시간을 교정하는 모델도 있다.[6] 일본에선 모두 5천만 대 정도가 보급되었다고 한다. 대한민국은 일본과 시간대가 같으므로(UTC+9) 일본 큐슈에 있는 표준시보국의 장파 신호(60kHz)를 수신하는데 수도권에서도 지하라거나 창가에서 멀다거나 하지만 않으면 수신에 문제없다.
보통 하루 중 자정에 1회 전파를 수신해 자동 교정하므로 몇 년이 지나도 오차가 내장 쿼츠 시계의 하루 최대 오차인 수 초 이상을 넘어가지 않는다. 즉시 강제 교정도 가능하다. 숫자로 표시하는 디지털 식도 있고 시·분·초침을 사용하는 아날로그식도 있다. 가격은 아날로그 식이 4~5만 원 정도이고 디지털 LCD식은 더 싸다. 아날로그 벽시계나 탁상시계용 무브먼트만 따로 팔기도 하므로 사용 중인 일반 아날로그 벽시계 탁상 시계의 무브먼트만 전파 무브먼트로 교체해도 된다. 일본산 무브먼트는 보통 2~3만 원 정도이나 해외배송이라 국내에선 1~2만 원 정도 더 비싸진다. 시계축의 길이에 따라 소형 탁상시계용 5mm~대형 벽시계용 22mm 등 여러 규격이 있으므로 시계판의 두께에 맞는 것을 주문해야 한다. 생각다 교정 조건을 맞춰주는 게 까다롭기 때문에, 그저 다들 하나씩 가지고 있는 스마트폰과 블루투스 연동만 해도 자동으로 시간이 교정되는 스마트워치가 보급됨에 따라 손목시계의 경우에는 저가 스마트밴드를 구입해 전파 손목시계 대용으로 쓰는 경우도 있다.
아날로그식 전파 무브먼트는 표준시간대에 관계없지만 대부분 수신할 수 있는 표준시보국이 한정되어 있으니 지원되는 전파시보국을 살펴봐야 한다. 통상 북미용 WWVB나 유럽 대륙용 DCF, 영국용 MSF, 일본용 JJY[7] 중 하나인 경우가 대부분이다. 2019년에 여주시에 한국 장파 표준 시보국이 시험 가동하였으나, 이듬해 말 중단되었다. #
라디오 신호를 수신하여 KBS 라디오의 시보 방송을 인식하여 시각을 보정하는 기술이 있다. #
2. 표준주파수국
전파 시계를 실용화하는 데는 시보를 방송하는 전파탑 및 표준주파수국이 필수이다. 표준주파수국은 과학, 산업 등 다양한 용도로 사용할 수 있도록 특정 주파수를 송신하는 무선국으로 대개 40~60kHz의 장파나 5~10MHz의 단파를 이용하는데, 장파는 단파와는 달리 지표면을 통해서도 잘 전달되어 초장거리를 이동하기 때문에 송신소를 적게 세워도 된다는 장점이 있다.2.1. 대한민국(HLA)
[8]
대전광역시 대덕연구단지에 위치한 한국표준과학연구원에서 송출하며 HLA라는 호출부호로 방송하고 있다. 1984년부터 방송을 시작했으며, 현재 단파 주파수 5MHz와 10MHz, 출력 2kW로 송신한다. 주소는 대전광역시 유성구 가정로 267. 1990년부터 24시간 방송 중이다.
이 방송은 대한민국에서 가장 정확한 시각 정보를 방송하는 곳으로, 시각 정보 및 기타 각종 정보를 제공한다. 과거에는 시각 안내와 호출부호 고지 멘트가 정시, 30분에 방송되었으나 언제부터 멘트 없이 시보음만 송출한다. 낮 시간대에는 주로 스킵 현상이 심해 중부 일부 지역에서나 우수하게 수신되었지만, 야간에는 대체로 넓은 지역에서 수신된다.
HLA를 수신하는 시계는 시중에서 찾아보기 어려우며, 관공서 일부에 설치돼 있다. #
한국표준과학연구원에서는 이 단파 방송 외에도 인터넷, 정확하게는 NTP 프로토콜을 이용하여 표준 시각을 동기화시킬 수 있는 프로그램인 UTCk를 제공하고 있으니 혹시 PC의 시간이 안 맞다 싶으면 설치하여 사용하면 좋다. 주로 열차표 예매나 원서 접수 등 시간을 다투는 곳에서 요긴하게 사용하는 경우가 많다. 관련 링크
2017년 9월부터 시험 방송국을 착공하여 2019년 2월에는 폐지된 KBS 여주송신소 부지를 활용하여 시험 방송을 할 계획이 수립되었다. 기사 주파수는 65kHz, 출력은 10kW였으며 이를 위한 132m짜리 안테나가 새롭게 마련되었다. 2019년 12월 11일 첫 전파 송출을 시작한 후 2020년 12월에 운용이 종료되었다. # 부지에 신설되었던 안테나 역시 운용 종료와 동시에 철거되었다.
2.2. 일본(JJY)
일본은 JJY라는 호출부호로 방송 중에 있다. 과거에는 HLA처럼 단파 송출도 이루어졌으나[9] 2001년 3월에 폐지된 후 현재 2개의 장파 시보 신호를 송출 중이다. 후쿠시마현 타무라시(40kHz, 50kW)와 사가현 사가시(60kHz, 50kW)에 각각 송신소를 설치했다. 사가현에서 방송되는 큐슈국은 한반도 거의 전역에서 수신할 수 있다. 관련 링크
일본의 각 JJY 송신소에서 발사하는 표준 시각 정보가 담긴 전파의 수신 범위는 일반적으로 반경 1,000km 정도로 본다. 1,500km 이내는 경우에 따라 수신할 수 있는데, 일단 남한 전 지역은 서일본 큐슈 송신소에서 쏘는 전파를 쉽게 수신할 수 있는 범위에 들어간다. 게다가 대한민국과 일본 두 나라는 UTC+9 시간대를 공유할뿐더러 서머타임도 시행하지 않으므로, 그대로 수신해서 써먹으면 끝. 국내에서 사용하는 전파 시계 대부분은 일본제거나, 혹은 일본제에 맞게 커스텀된 제품들이다.
이렇듯 대한민국에서도 어렵지 않게 수신할 수 있지만, 특성상 실내[10]나 지하, 혹은 전파가 닿기 어려운 일부 지역에선 수신 상태가 좋지 않을 수 있다. 콘크리트 건물이라면 최대한 창가에 가까운 곳에 비치하면 수신률을 높일 수 있다.[11] 서울 지역 고층 아파트 기준으로, 베란다에서 2~3m 정도 떨어진 장소에 전파 시계를 두면 야간에 일본에서 발사하는 신호 수신이 대체로 가능한 편이다.
수신이 힘든 환경일 경우를 대비하여 JJY에서 송출하는 시각 정보를 에뮬레이트한 JJY 시뮬레이터라는 프로그램도 있다. 이것을 설치하여 이어폰이나 자작 안테나를 만들어 이어폰 잭에 꽂은 다음 실행하면 몇 분 이내에 전파 시계의 시각을 맞출 수 있다. 관련 링크 13333Hz(40kHz의 3분의 1), 20000Hz(60kHz의 3분의 1)의 주파수가 발생하므로 고조파를 이용해 40kHz, 60kHz를 생성하는 것으로 추정된다.
북한에서는 평양·원산 이남으로는 무난히 수신할 수 있지만, 안주·함흥 이북으로부터는 수신이 힘들 수 있다.
2.3. 중국(BPC)
중국에서는 BPC라는 이름으로 운영 중이다. 주파수는 68.5kHz. 허난 성 상추에서 90kW라는 대륙의 기상급 대출력으로 송출된다. 특이하게 24시간 송출이 아니라, 한국 시간 기준 오전 6시부터 오전 9시까지 송출이 중단된다. 반경 1,500km 권역을 대상으로 하며 한반도를 대부분 커버하지만, 중국제 전파 시계보다는 일본제가 압도적으로 인기가 많고, 중국은 한국과 시간대가 다르기 때문에 한국에서 사용하는 사람은 별로 없다. 표준시간대가 다르기도 하고. 참고로 중국은 전 국토에서 UTC+8이라는 한 가지 시간대(북경 표준시)만 사용하므로 미국처럼 시간대별로 커스텀된 전파 시계를 만들지 않아도 된다는 장점 아닌 장점이 있다.그리고 단파 방송국인 BPM도 운영 중이다. 주파수는 2.5MHz, 5MHz, 10MHz, 15MHz. 간혹 HLA와 혼신이 일어나기도 한다. 역시 대륙의 기상.
2.4. 미국(WWVB)
콜로라도 주 포트 콜린스에서 WWVB라는 이름으로 방송. 70kW대의 압도적인 출력으로 북미 대부분을 커버한다. 미국 영화나 드라마에서 흔히 보이는 박스형 탁상용 시계에 전파 시계 시스템이 적용된 경우가 흔하다. JJY와 동일한 60kHz 주파수로, 간혹 혼신이 일어나기도 한다. 2018년 NIST의 예산 부족으로 방송이 중단될 수 있다는 발표가 있었으나 2019년에도 계속 운영 중이다. 현재 이 방송을 이용하는 북미 지역의 시계나 손목시계는 약 5천만 개로 추정된다.
2.5. 캐나다(CHU)
3330kHz와 7850kHz로 송출된다.2.6. 유럽
60kHz로 방송되는 영국 앤손의 MSF(17kW)와
77.5kHz의 독일 마인플링겐 DCF77(50kW)이 있다.
각국 본토 내 이용을 목적으로 500km 정도를 송출 범위로 잡고 있지만 최대 1,500km 권역까지 전파가 잡히므로 사실상 서유럽 전역에서 전파 시계를 사용할 수 있는 셈이다. 해외 수출용으로 나온 전파 시계 중에서는 이 두 전파를 모두 수신할 수 있는 모델도 있다.
[1] "어른의 과학"이라는 일본 잡지에서 부록으로 제공한 '파닥파닥 탁상시계'라는 이름의 조립식 전파 시계이다. 원래 일본의 전파를 받는데, 후술할 이유 덕분에 한국에서도 작동이 된다. 한국에서도 정식 수입되어 판매했었다. 클릭[2] 안테나는 송수신하는 전파의 공진을 이용하기 때문에 파장이 긴 신호일수록 안테나도 커진다.[3] 이는 GPS 신호를 통해 정확한 위치를 계산하기 위해서 정확한 현재 시각 정보 또한 요구되기 때문이다.[4] 일례로, Windows XP부터 이 NTP 기능을 통해 자사 Microsoft의 타임 서버와 주기적으로 시각 정보를 자동 동기화할 수 있도록 켜진 상태가 기본값으로 설정되어 왔다.[5] 그러나 손목시계나 탁상시계에 NTP만을 위해 TCP/IP 스텍을 탑재하거나 Wi-Fi를 상시 요구하도록 만드는 것은 배보다 배꼽이 더 큰 셈이다.[6] SEIKO, CASIO, G-SHOCK 일부 모델. 대한민국에서도 돌핀 MRP950 모델이 일본의 전파를 수신한다.[7] 한반도에서도 수신 가능하다.[8] 아래에 나열된 다른 방송국보다 규모가 작지만 이는 표준주파수국이 있는 대부분의 나라와 비슷한 실정이다.[9] 이 때문에 당시 생산된 일부 일본 내수용 단파라디오 눈금판에는 JJY 표기가 존재했다.[10] 특히 콘크리트 건물 내부. 전파의 감쇄가 현저하다.[11] 그러나 두꺼운 창문을 닫으면 수신이 안 되는 경우도 있다.