디지털 대역 통과 변조 - dijiteol daeyeog tong-gwa byeonjo

1.

지난 시간 알아보았던
아날로그 변조 이론에 이어서
두 번째
디지털 변조 이론에 대해 알아보자!

사실 아날로그와 디지털은 꽤 강하게 연결되어 있는 관계임과 동시에 매우 상반된 특징을 가진다.
자세한 차이점은 다음 시간에 알아보도록 하고 지금은 바로 디지털 통신으로 출발!

디지털 통신/변조 (Digital Communication/Modulation) 방식

한 마디로 정리하자면
디지털 심볼들을 채널 특성에 맞게끔
아날로그 파형(신호)으로 변환하는 것이다.
더 간단히 정리하자면
그냥 디지털 데이터를 그대로 반송파로 변조해서 전송하는 것이다.

＊디지털 심볼(Digital Symbol) : 처리되는 하나의 조작 단위 _ 처리하는 과정에 따라 상이하게 사용될 수 있으니 주의하자.

아날로그 신호와 반대로
신호 대 잡음비(SNR)가 낮아도 되기때문에
전력을 투자해 강한 신호를 쏴야지만 SNR문제를 해결할 수 있는 단점을 가진 아날로그 신호보다 저전력을 소모하고 스펙트럼을 효율적으로 사용할 수 있다.

단, 아날로그처럼 신호 그 자체의 형태를 유지해서 전달되지 않고 0과 1의 형태로 통신되기 때문에 많은 과정을 거치게 된다.

여기서 짚고 넘어가야하는 부분이 부호화 / 변조 / 복조 / 복호화 이다.

송신기
: 채널 코딩/부호화 & 변조
수신기
: 복호화 & 복조

※ "부호화" & "복호화"

• 부호화(인코딩_Encoding) : 컴퓨터에서 데이터를 생성할 때, 데이터의 양을 줄이기 위해 코드화하고 압축하는 것
• 복호화(디코딩_Decoding) : 압축된 파일을 원래의 픽셀 데이터로 변환하는 것

요즘 세대에선 알지 모르겠으나...
때는 바야흐로, 대토렌트 시대...
(전 절대 토렌트로 불법 다운로드따위 하지 않았습니다)
각종 영상 플레이어 프로그램을 사용하다보면
가장 자주 마주치는 오류 메세지가 있다.
바로...코덱(Codec) 오류

물론 미디어 정보를 압축하는 경우에 많이 접할 수 있는 단어이겠지만

여기서 이 코덱이라는 것이 부호화나 복호화, 또는 두 작업을 모두 수행하는 송수신장치를 뜻하는 것이다.

위에서 설명했던 작업을 다시금 생각해봤을 때,
zip과 같은 데이터 압축 경우도 코덱 기술을 사용한다.

※ 변/복조

먼저 간단하게 두 단어를 설명하자면

• 변조(Modulation) : 디지털 신호 ▶ 아날로그 신호
• 복조(Demodulation) : 아날로그 신호 ▶ 디지털 신호

이미 많이들 알고 있지만 컴퓨터와 전화회선을 연결해주며 통신을 이뤄지게끔 해주는 기기 "모뎀(Modem)"이 바로 변복조기이다.
[송신자] 컴퓨터에서 나오는 디지털 신호를 전화회선을 통해 전달될 수 있도록 아날로그 신호로 바꿔주며(변조)
[수신자] 전화회선을 타고 온 아날로그 신호를 컴퓨터가 받을 수 있도록 디지털 신호로 바꿔주는(복조) 작업을 수행한다.

이 부분때문에 서로 떼고 싶어도 뗄 수 없는 관계라고 언급한 것이다.

다시 본론으로 돌아와 디지털 변조 방식에 대해 알아보자면

사실 디지털 변조 방식들을 구분하는 기준은 다양하고 정답이 없기 때문에

편의상 익숙한 반송파(Carrier) 파라미터[진폭, 주파수, 위상]와의 조합을 기준으로 구별하도록 하겠다.
(aka. 디지털 반송파 변조 or 디지털 대역통과 변조)

＊대역통과 = Bandpass

＊대역통과 신호(Bandpass Signal) : 반송파 변조되어 높은 주파수로 옮겨져 변환된 대역제한 신호

＊대역통과 변조(Bandpass Modulation) : 정보 신호를 높은 주파수의 반송파에 실리게 하는 변조 과정 _ 아날로그 : AM, FM, PM / 디지털 : ASK, FSK, PSK

＊대역통과 전송/ 반송대역 전송(Bandpass / Carrier Transmission)
: 대역통과 변조되어 반송파 대역 내에서 대역통과 신호로 변환되어 전송되는 것

＊대역제한 : '주파수 제한'이라고도 함. 이산적인 신호의 특징 중 하나로 주파수 스펙트럼 상에서, 일정 주파수 범위 내로 한정 시키는 것

◎ 구분

① ASK (Amplitude Shift Keying) : 진폭 편이 변조

: "2진수 0과 1(디지털 심볼 신호 값)을 서로 다른 진폭(반송파 진폭)의 신호로 대응 변조하는 방식"

＊ 신호 변동과 잡음에 약해 데이터 전송용으로 거의 사용되지 않음 (진폭 왜곡)

② FSK (Frequency Shift Keying) : 주파수 편이 변조

: "2진수 0과 1을 서로 다른 주파수로 변조하는 방식"

진폭은 일정하지만 여러 이산적인 주파수들에 의해 편이 변조하는 방식이다.

출처 : ROHM

③ PSK (Phase Shift Keying) : 위상 편이 변조

: "2진수 0과 1 값에 따라 서로 다른 반송파 위상을 갖는 신호로 변조하는 방식"

일정 진폭/주파수를 갖는 정현파의 위상을 180˚/90˚/45˚ 단위 로
2등분/4등분/8등분 (→2위상_1 Bit/4위상_2 Bit/8위상_3Bit) 했을 때의 각 위치에 신호를 할당해 전송하는 방식이다.

즉, 파형의 시작 위치를 다르게 하여 신호를 전송하는 것이다.

④ BPSK (Binary)

: 위상 편이 변조 방식 중 하나로
서로 위상이 180˚ 차이나는 것을 통해 구별

출처 : 정보통신기술용어해설

⑤ QAM (Quadrature Amplitude Modulation) : 직교 진폭 변조

: [ ASK(진폭편이변조) + PSK(위상편이변조) ]
과거, 기존 아날로그 전화 회선으로 디지털 전송할 때, 고속 변조기로 사용되었다.

출처 : 정보통신기술용어해설