※ 디지털(아날로그) 변조의 종류변조방식디지털 변조비고 (아날로그)종류ㆍASK(Amplitude Shift Keying)ㆍAMㆍFSK(Frequency Shift Keying)ㆍFMㆍPSK(Phase Shift Keying)ㆍPMㆍQAM (Quadrature Amplitude Modulation)?? ; ASK와 PSK 방식이 결합된 APK의 독특한 형태ㆍQPR (Quadrature Partial Response )?? ; QAM의 스펙트럼 효율을 향상 시키기 위해???? Partial Response Filter 사용ㆍMSK(Minimum Shift Keying)?? ; FSK의 독특한 형태1. 아날로그 변조변조할 전송신호가 아날로그일 때는 아날로그 변/복조 기법이 이용된다. 대표적인 아날로그 변조 기법으로는 주파수 변조, 진폭 변조, 위상 변조 등이 있다.1-1. 진폭 변조 (Amplitude Modulation)진폭 변조는 오래 전부터 사용되어온 변조 기법으로, 전송신호를 반송신호에 곱하는 간단한 방식으로 변조가 이루어진다.장점 : 비교적 작은 대역폭으로도 전송이 가능하고 수신기의 구현이 쉽다.단점 : 주변의 잡음이나 다른 신호로부터의 간섭에 약하기 때문에 고품질의 데이터 전달에는 부적절하다.①반송파 : vc=Vcm·sin2πfct (Vcm:반송파의 최대값, fc:반송파의 주파수)②신호파 : vs=Vsm·cos2πfst (Vsm:신호파의 최대값, fs:신호파의 주파수)③진폭변조파:vAM=(Vcm+Vsmcos2πfst)·sin2πfct=Vcm·sin2πfct + 1/2·Vsm·sin2π(fc+fs)t+1/2·Vsm·sin2π(fc-fs)t => 캐리어 크기 성분에 신호가 더해진다.(fc : 반송파 주파수, fc+fs : 상측파 성분, fc-fs : 하측파 성분)위의 그림은 데이터 신호f(t)를 AM변조하는데 있어서, 시간영역과 주파수 영역에서 해석한것이다. (d)가 일반적인 AM이고, (b)는 DSB-SC(Double SideBand-Suppressed Carrier)라고 해서 피변조 신호에 캐리어의 에너지가 나타나지 않는 방식인데, 잘 사용되지 않는다.1-2. 주파수 변조 (Frequency Modulation)주파수 변조는 전송신호의 크기에 따라서 주파수를 높게 하거나, 낮게 바꾸어 주는 변조 기법으로 현재까지 다양한 분야에서 활용되고 있는 변조 방식중 하나이다.장점: 진폭 변조와 비교했을 때 변조된 파의 진폭이 일정한 대신 주파수만이 변화하므로, 잡음에 상당히 강하다.단점: 진폭 변조에 비해 더 큰 대역폭이 필요하고 송/수신기 구현이 복잡해진다.① 주파수 변조시 피변조파의 순시 각주파수 ω : ω=ωc+Δωccosωst여기서, 반송파 : vc=Vcmsinωct , 신호파 : vs=Vsmcosωst , 최대주파수편이 : Δωc=2ωΔfc② 변조지수 : 최대주파수편이 Δfc와 신호주파수 fs의 비, 이 값이 클수록 측파대(Sideband)에 존재하는 주파수 성분이 많음을 의미한다.mf=(최대주파수편이)/(신호주파수)=Δfc/fs=Δωc/ωs③ 실용적 주파수 대역폭 : B=2fs(mf +1)=2(Δfc+fs)≒2fs·mf =2Δfs(mf》1일 때)≒2·fs(mf《1일 때)④ 주파수 변조된 피변조파 : vFM=Vcmsin(ωct + Δωc/ωs sinωst)위의 그림을 보면 (A)가 데이터 신호이고, (B)가 변조된 신호인데, (B)를 보면 피변조파의 변화가 데이터 신호의 크기에 비례함을 알 수 있다. 이것이 주파수 변조의 원리이다.1-3. 위상 변조 (Phase Modulation)위상 변조는 전송신호의 변화에 따라 반송신호의 위상을 변화시키는 변조 기법이다. 주파수 변조가 원래의 전송신호의 크기에 따라서 신호의 변조가 이루어지는 것에 비해, 위상변조는 전송신호의 변화가 심할 때(전송신호의 순간 변화율이 클 때) 변조된 신호는 고주파가 되는 특징을 지니게 된다. 이러한 위상변조는 주파수 변조와 유사하게 큰 대역폭을 필요로 하지만 잡음에 대한 면역성이 매우 뛰어난 특징을 가지게 된다.2. 디지털변조 방식디지털 정보는 두 개의 전압값을 사용하여 간단히 디지털신호로 표현이 가능하다. 부호화된 디지털 신호는 기존의 아날로그 전송장비의 이용이다, 광전송 및 무선전송에서는 전송이 불가능하므로 이를 아날로그 신호형태로 변환하여 전송하는 디지털 변조를 행한다. 즉, 출력되는 디지털 신호에 의하여 교루인 반송파를 변화시키는 변조를 말한다 디지털 변조방식은 여러 가지가 있으나, 그 기본 원리는 진폭, 위상, 주파수를 변화시키는 아날로그 변조와 유사하나 변조신호가 디지털 신호이므로 약간의 차이를 보인다.데이터통신 시스템에서 취급하는 신호는 디지털 신호가 주체인데, 이를 아날로그전송로에 전송하기는 적합하지 않다. 따라서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 전송해야한다. 출력되는 디지털 신호에 의해 교류인 반송파를 변화시키는 방식을 디지털변조라 한다.디지털 신호는 주어진 반송주파 대역내에서의 신호로 변환되어 아날로그 전송로로 전송된다.2.1 진폭편이 변조 (ASK : Amplitude-Shift keying)ASK 방식은 2진부호의 “0”과 “1”을 반송파의 진폭에 대응시켜 변화시키는 방식이다. 즉 반송파의 온, 오프가 “1”과 “0”에 대응되는 것으로 아날로그 변조방식의 진폭변조에 상당한다.이 방식은 구조가 간단하고 취급이 편리하다. 전송로 상태의 변화에 매우 민감하므로 데이터전송에는 잘 사용되지 않으나 위상편이 변조방식과 혼합하여 사용된다.장점 : 간단한 변조 방식이다.단점 : 잡음에 대하여 강하지 못하기 때문에, 변조된 후의 아날로그 신호에 잡음이 섞이면 수신측에서 0과 1을 정확히 구별하는 데에 어려움이 생길수 있다.1) 시간 영역2) 주파수 영역3) 분석위의 그림을 보면, 시간 영역에서는 ASK 변조된 신호가 베이스 밴드 신호의 값(데이터)에 따라서 그 크기가 변화된 것을 알 수 있고, 주파수 영역에서는 데이터 신호의 주파수가 캐리어 주파수만큼 이동하였음을 볼 수 있다. 이것은 AM과 같다ASK를 수식으로 표현하면 아래와 같다.즉, 논리값 1일 때, 캐리어 신호에 데이터 신호의 크기가 남아 있고, 논리값 0일 때, 캐리어 신호는 아무것도 없게 된다.ASK는 아주 심플해서 구현하기 쉽지만 요즘은 거의 사용되지 않고 있다.2.2 주파수편이 변조 (FSK : Frequency Shift keying)FSK 방식은 2진부호의 “1과 ”0“을 반송파의 주파수에 대응시켜 변화시키는 방식이다. 즉, 2진수의 ”1“은 낮은 주파수, ”0“은 높은 주파수로 대응시키며 서로 다른 두 개의 반송파를 공급해야한다.이 방식은 주파수 변조이므로 레벨변동에 비교적 강하며 회로도 간단하여1200 bps 이하의 비동기식 데이터전송에 많이 이용되었으나 현재는 사용하지 않는다.장점 : 복잡하지 않고 비교적 쉬운 변조 방식이다.단점 : ASK보다는 양호하지만 여전히 잡음에 대하여 비교적 취약하다.1) 시간 영역2) 주파수 영역3) 분석FSK는 FM과 아주 유사하며, 디지털 데이터 0과 1에 대해서 서로 다른 주파수를 가진 각각의 캐리어 신호를 대응시켜서 변조시킨다. 위의 그림을 보면, 시간영역에서 두 종류 의 디지털 데이터에 대해서 0.5Hz와 1Hz캐리어 신호를 대응 시켰다. 주파수 영역에서는 데이터 신호의 주파수 성분이 각각의 캐리어 주파수 쪽으로 이동한 것을 알 수 있다.FSK를 수식으로 표현하면 아래와 같다.수식을 보면, 로직 1과 0에 대해서 주파수만 차이가 있음을 알 수 있다. 그리고 복조하기 위해서도 두 캐리어 신호의 주파수를 알아야 된다.2.3 위상편이 변조 (PSK : Phase Shift keying)PSK 방식은 2진부호 “0”과 “1”을 반송파의 위상에 대응시켜 변화시키는 방식이다. 즉 2진신호 “1” 은 기준위상(0도), “0” 은 반전된 위상 (180도)에 대응된다. 이 PSK 방식에서는 180도 만큼의 위상변화를 통하여 두종류의 심볼로 디지털정보를 전송하는 기본형과 위상을 좀더 적게 90도씩 한다면 네종류의 심볼이 생기므로 하나의 심볼은 네 개의 값을 식별할 수 있다. 이 방법을 QPSK(Quadriphase PSK)방식이라 하고 하나의 심볼에 두 개의 비트로 대응되므로 전송속도는 2배로 증가한다.즉 ASK, FSK 방식은 2진수 “1”과 “0”의 한 비트에 대해 진폭이나 주파수를 1:1로 대응시켜 변조하지만 이 PSK 방식은 1위상에 2비트, 3비트에 대응시켜 속도를 높일수 있다. EK라서 한번의 변조로 2비트나 3비트등으로 전송이 가능하므로 4800bps 이상의 중고속 데이터전송에 사용된다. 이 방식은 ASK, FSK에 비해 성능이 우수하므로 중고속 데이터전송에 사용된다.1) 시간 영역3) 분석PSK는 요즘 가장 많이 사용되고 있는 방식이다. 위의 그림을 보면, 변조된 신호의 위상이 베이스 밴드 신호(데이터 신호)의 값이 변하는 점(-5, 0, 5)에서 180도 변하는 것을 알 수 있다. 이것을 수식으로 표현하면 아래와 같다.수식을 보면, 변조된 신호는 데이터 값에 따라서 위상이 180도 차이가 있음을 알 수 있다. 위와 같이 180도 변화시키는 PSK를 BPSK(Binary Phase Shift Keying)이라고 하고, 두 개의 위상만 있으므로 ASK와 비슷하다고 할 수 있으며, 대역폭도 같다.그런데, PSK에는 QPSK(Quadrature phase-shift-keying)나 M-ary PSK라고 하는 것들이 있는데, QPSK는 변조시 4개의 위상 즉, 0, 90도, 180도, 270도로 변하게 하는 것으로 2bits를 한 위상에 실어 보내기 때문에 데이터 전송속도(data rate)의 반으로도 전송시킬 수가 있다. 그리고, M-ary PSK는 변조된 신호가 M개의 위상을 갖게 된다.
![[전송신호]디지털변조, 주파수대역폭](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2006/04/25/data4124230-0001.jpg)
