변조의 개요

변조 및 복조의 개념
변조란 송신 신호를 전송로 특성에 적합하도록 반송파에 실어 정보 신호의 주파수를 고주파대역으로 옮기는 것을 말한다. 복조는 반송파에 포함된 신호파를 복구하는 것이다.  시대에 따라 변조 및 복조의 개념은 다양하게 변화하지만, 전송하고자 하는 신호파를 더 수월하게 전송하고자 하는 것이다. 

변조의 필요성
변조가 필요한 이유는 다음과 같다

• 장거리 전송
  주파수가 높을수록 직진성 및 간섭에 강하므로 장거리 전송에 적합
  주파수가 낮을수록 직진성 및 간섭에 약하고 회절성이 좋음
  인간의 목소리를 서울에서 부산까지 전달하고자 할 경우에 변조가 필요 
  
  
• 전송손실의 보상
  낮은 주파수를 반송파에 실어 전송하면 신호 에너지가 증대되는 효과 발생
  전송매체에 의한 손실을 보상하고, 간섭 배제 능력이 우수해짐
  
  
  
• 장비 제한 극복
  통상 수직 안테나는  λ/4 다이폴 안테나를 사용 ( λ는 파장)
  파장은 주파수에 반비례하므로 전송 주파수가 높아지면 파장은 짧아짐 (  λ=c/f, c= 3×10⁸m/s)
  따라서, 인간의 목소리 3kHz라 할 경우 안테나의 길이는 무려 25Km가 되지만 900MHz의 반송파를 이용할 경우 안테나의 길이는 약 8cm로 줄어든다.
  
  
  
• 전송신호와 전송매체와 정합
  전송매체마다 주파수에 따른 손실이 다름
  특정 전송매체에서 손실이 적은 주파수로 전송하여 저전력으로 통신
  
  
  
• 다중화 
  하나의 전송매체에 다수의 반송파를 사용하여 각각 변조하여 복수의 채널을 구성할 수 있어
  더 많은 정보를 전송할 수 있음
  
  
  
• 전자파의 방사 용이
  
  

위의 경우는 일반적으로 수백 MHz 단위에서 나타나는 특징으로 수 GHz 대역에서는 반대의 주파수 특성을 나타낸다. 

변조의 종류
변조는 반송파 주파수를 이용하여 기저대역 신호파를 고주파 대역으로 천이하는 기법으로 보내고자 하는 신호파 (전송신호)의 종류에 따라 아날로그 변조와 디지털 변조로 구분하고, 반송파의 종류에 따라 연속파와 펄스로 구분한다.  

아날로그 통신은 RF 신호와 같이 연속파 형태인 반송파를 사용하는 통신이고, 디지털 통신은 펄스파와 같은 불연속파 형태의 반송파를 사용하는 통신이다.  

반송파	신호파	명칭	예
아날로그	아날로그	연속파 아날로그 변조	AM, FM, PM
	디지털	연속파 디지털 변조	ASK, PSK, FSK , QAM
디지털	아날로그	펄스 아날로그 변조	PAM, PWM
	디지털	펄스 디지털 변조	PNM, PCM

각각의 방식별 는 다음과 같다.

아날로그 통신의 변조
반송파가 RF 신호와 같은 고주파 대역의 연속파로써 주로 무선환경에서 사용하는 변조 방식이다. 사람의 음성이나 TV 영상 등의 아날로그 기저 대역 신호를 전송하기 위한 변조 방법을 연속파 아날로그 변조라하고, 다음과 같은 방식이 있다. 

• AM (Amplitude Modulation
  반송파의 진폭에 아날로그 신호파의 정보를 실어서 전송하는 방식
  아마추어 무선통신 (HAM) 및 AM 라디오 방송에서 주로 사용
  
  
• FM (Frequency Modulation)
  반송파의 주파수에 아날로그 신호파의 정보를 실어서 전송하는 방식
  FM 라디오 방송 및 TV의 음성 신호 전송에 주로 사용
  
  
• PM (Phase Modulation)
  반송파의 위상에 아날로그 신호파의 정보를 실어서 전송하는 방식
  FM 방식과 비슷한 각 변조 방식이며 주로 초단파대역 (VHF, Very High Frequency)의 통신에 사용
  
  

전송하고자 하는 신호가 컴퓨터 등에서 처리된 디지털 신호를 전송하기 위한 변조 방법을 연속파 디지털 변조라 하고 다음의 방법들이 있다.  

• ASK (Amplitude Shift Keying)
  반송파의 진폭으로 디지털 데이터를 전송하는 방식
  초창기 지능형 교통 시스템의 일종인 DSRC (Dedicated Short Range Communication)에 사용
  
  
• FSK (Frequency Shift Keying)
  반송파의 주파수로 디지털 데이터를 전송하는 방식
  주로 전송환경이 취약한 홈 네트워크 분야에 사용, 블루투스
  
  
• PSK (Phase Shift Keying)
  반송파의 위상에 디지털 정보를 전송하는 방식
  하나의 위상 정보에 몇 비트의 정보가 전송되는 지에 따라 BPSK, QPSK, 8PSK 등으로 구분
  이동 통신 분야에서 가장 많이 쓰임
  
  
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
  반송파의 위상과 진폭에 디지털 테이터를 전송하는 방식으로 ASK와 PSK가 혼합된 방식
  많은 데이터를 동시에 전송할 수 있으므로 영상 통신과 같은 높은 속도를 요구하는 분야에 활용
   

디지털 통신의 변조
반송파의 형태가 펄스 형태로써 주로 유선 환경에서 주로 사용하는 변조 방식이다. 아날로그 기저 대역 신호를 펄스 형태의 반송파로 전송하는 것을 펄스 아날로그 변조라 하고 다음과 같은 방식이 있다.

• PAM (Pulse Amplitude Modulation)
  주로 아날로그 신호를 표본화 할 때 사용하는 방식
  변복조 회로는 간단하나 잡음, 페이딩의 영향을 받기 쉽고 비직선 왜곡이 생기기 쉽다.
  
   
• PWM (Pulse Width Modulation) 
  주로 펄스의 폭으로 아날로그 신호를 표현하는 방식
  펄스파의 폭을 변화시키므로 잡음, 페이딩의 영향을 받지 않는다. 
  모터 등을 제어할 떄 사용함
  
  

전송하고자 하는 신호가 컴퓨터 등에서 사용되는 디지털 신호를 펄스 형태의 반송파로 전송하는 것을 펄스 디지털 변조라 한다.

• PNM (Pulse Number Modulation)
  디지털 신호에 대응하여 펄스의 수를 증감시키는 방식
  아날로그 신호를 표본화후에 양자화할 때 사용
  
  
• PCM (Pulse Code Modulation)
  펄스열로 숫자를 표현하는 것과 같이 신호에 대응하여 펄스열의 부호를 변화시키는 방식
  유선 전화기에 사용