변조(Modulation)의 정의와 변조의 방식
변조 (Modulation)
변조는 전달하고자 하는 신호(정보)를 목적지까지 효율적으로 보내기 위해 신호를 전송에 적합한 형태로 바꾸는 조작 과정을 일컫는다.
변조를 하는 이유로는 여러가지가 있다.
1. 음성신호인 기저대역 신호 (Baseband Signal)는 전달되는 과정에서 주위의 환경에 흡수 또는 반사되어서 먼 거리까지 전달할 수 없다. 하지만 고주파 성분의 전자파는 장거리 전송이 가능하다. 따라서 고주파 성분의 반송파에 정보를 싣는 변조 과정에 의해 먼 거리까지 전송하는 전송효율을 개선할 수 있다.
2. 안테나의 길이를 줄일 수 있다. 안테나의 길이는 전파의 파장에 비례하기 때문에 높은 주파수대로 변조과정을 거치면 안테나의 길이를 줄일 수 있다. ( λ = c / f, λ 는 파장, f는 주파수, c는 빛의속도 3 * 10 m/sec )
3. 넓은 주파수 대역 특성을 갖는 전송 매체나 자유 공간을 통해서 동시에 다수 채널을 구성하여 다중화(Multiplexing)를 용이하게 달성할 수 있다. 채널을 주파수 대역별로 나누거나 (FDM), 전송 시간 대역을 분할 (TDM) 함으로써 다중 통신을 가능하게 할 수 있다.
변조의 방식
변조의 방식에는 대표적으로 BPSK, QPSK, QAM과 같이 여러가지가 있다.
1. BPSK (Binary Phase Shift Keying)
BPSK는 2진 PSK 형태로 한 신호에 0과 1을 표현하여 보내는 방식을 말한다.
따라서 한 구간의 주파수에 1 bit의 정보만 표현할 수 있다. 이 BPSK는 위상(Phase)을 2등분하여 2가지 정보 (0,1)을 구분한다.
2. QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)
QPSK는 직교 위상천이 변조라고도 하며, 한 시놓에 00, 01, 10, 11을 표현하여 보내는 방식을 말한다. 즉, 한 구간의 주파수에 2 bit의 정보만 표현할 수 있다. QPSK는 위상을 4등분하여 4가지 정보를 구분하게 된다.
3. QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
이렇게 위상을 잘게 쪼개서 전송하는 방식을 사용하다 보면, 어느 정도는 인식되지만 조금만 위상이 틀어진 신호를 전달받게되면 잘못된 정보를 수신할 수 있다.
그러므로, 위상만 분할하지 않고 진폭도 조정하는 방식을 사용하게 되는데 이 방식을 QAM 이라고 한다.
아래는 16-QAM의 방식을 나타내고 있다.
16-QAM은 한 신호에 0000 ~ 1111까지 표현할 수 있으며 한 구간의 주파수에 4 bits의 정보를 표현할 수 있다. 즉, 2^4 = 16가지 정보를 구분할 수 있다.
정리하면,
BPSK는 1bit의 정보를 전송하기 위해 전송하고자 하는 두 값 0,1의 전송신호를 0° 위상과 π 위상에 대응시켜 전송하고,
QPSK는 2bit의 정보를 전송하기 위해 전송하고자 하는 네 가지 값 00, 01, 10, 11을
각각 0° 위상에 (0,0), π/2의 위상에 (0,1), π위상에 (1,0), 3π/2 위상에 (1,1)을 대응시켜 전송한다.
16-QAM도 앞서 표현한 그림과 같이 해당하는 위상과 진폭에 대응시켜 전송한다.