변조방식 - 아날로그 변조 (AM, FM, PM)

아날로그 변조 개요
기저대역 스펙트럼을 특정 대역으로 천이시키는 데 사용되는 반송파는 주로 정현파를 이용한다.

반송파로 사용되는 정현파 신호의 진폭, 주파수, 위상 가운데 어느 부분을 입력신호에 의해 변화시켜 정보를 싣는가에 따라 AM, FM, PM으로 구분한다.

• 진폭변조 (AM, Amplitude Modulation) 
  반송파의 진폭을 신호파에 비례하여 변화시킴
  신호파가 반송파의 진폭에 실려 전송되므로 잡음이 개입이 쉽다.  
  
  
• 주파수 변조 (FM, Frequency Modulation)
  반송파의 주파수를 신호파에 비례하여 변화시킴
   
• 위상 변조 (PM, Phase Modulation)
  반송파의 위상을 신호파에 따라 비례하여 변화시킴

변조된 신호의 주파수 해석을 통해 반송파를 중심으로 상측파대 (USB, Upper Side Band)와 하측파대 (LSB, Lower Side Band)가 생성된다. 상측파대와 하측파대는 동일한 정보량을 가진다. 

 어느 측파대를 전송하느냐에 변조 신호를 구분할 수 있다.

• 양측파대 (DSB, Double Side Band)
  상측파대와 하측파대를 모두 전송하는 방식이다. 반송파를 동시 전송 유무에 따라 나뉜다.
  - DSB-SC (Suppressed Carrier): 억압 반송파, 이름 그대로 반송파를 전송하지 않음
  - DSB-LC (Large Carrier) : 큰 반송파, 이름 그대로 변조하지 않은 반송파를 함께 전송
  SSB나 VSB에 비하여 점유 주파수 대역폭이 넚어져 전력소비가 커지는 단점이 있지만, 수신기 구조가 간단한 장점이 있다. 
  
  
  
• 단측파대 (SSB, Single Side Band)
  불요한 한측파대를 제거하고 한측파대만 전송하는 방식이다. 한측파대를 제거하기 위해 필터를 이용한 방식과 위상변환기를 사용하는 방식이 있다. 
  DSB에 비해 주파수 대역폭이 좁아져 송신기 전력 소비가 낮은 장점이 있지만, 수신기의 구조가 복잡하다는 단점이 있다. 
  
  
  
• 잔류측파대 (VSB, Vestigial Side Band)
  한측파대의 대부분과 다른쪽 측파대의 일부를 함께 전송하는 방식이다.
  SSB에서 한쪽 측대파를 완전히 제거할 필터 설계가 어려워 사용하였으며, TV와 같이 낮은 주파수에 몰려 있는 영상 신호를 효과적으로 변조하기 위해 사용한다.  
  DSB와 SSB의 장점만을 취한 것이다. 
  
  

진폭 변조 (AM)
진폭 변조는 전파의 진폭을 변화시키는 방법으로 장거리 단파방송이나 TV 화면 부분에 이용된다.진폭변조는 송신하고자 하는 정보 (변조신호)를 반송파의 진폭을 변화시켜 전송한다. 일반적으로 AM이라 함은 DSB-LC를 지칭한다. 

주파수 변조 (FM)
주파수 변조는 진폭변조와 달리 진폭은 변하지 않고 필요에 따라 주파수만을 변화시키는 방법이다. 주파수 변조 방식은 1930년 대 미국의 암스트롱에 의해 AM이 갖는 교랸을 극복하기 위해 개발되었다. 진폭을 일정하게 유지하므로 잡음과 혼신에 강하다. 

AM에 비해 이득, 선택도, 감도가 우수하나 송수신기의 회로가 복잡하다.  

FM은 스테레오 사운드, 텔레비젼의 소리 부분, 장거리 전화 등에 이용되며, FM은 88 ~ 108 MHz 대역의 주파수를 사용한다. 

위상 변조 (PM)
위상변조 방식은 주파수가 일정한 교류신호를 입력신호의 변화에 따라서 위상을 벗어나게 하여 그 위상의 벗어남의 양으로 정보를 전달하는 방식이다. 미리 기준위상에 대해서 몇도 위상이 진행하면 어느 정보(01, 100 등)로 되는가 하는 것을 정한다. 위상변조의 경우에는 1회의 위상의 벗어남에 대해서 2비트(die bit)나 3비트(three bit) 등, 복수비트의 정보를 전달할 수 있으며, 고속전송에 적용된다. 위상변조방식이란 2진 부호를 180°의 위상차로 기억하는 방식이며 비트의 중앙에서 극성을 바꾸어 주는 방식으로 고밀도 전송에 적합하다

AM과 FM 비교
FM은 AM보다 교란에 덜 민감한데, 소음을 내는 신호는 전파의 진폭에는 큰 영향을 주지만, 주파수에는 영향을 주지 못하기 때문이다. 따라서 천둥 번개나 그 밖의 기계 등에 의해 생기는 교란의 침투가 적어서 AM보다 상대적으로 깨끗한 소리를 얻을 수 있으며, 원음을 충실하게 재생시키는 장점이 있으므로 잡음이 많은 도심에서 FM 방송이 훨씬 좋다. 그러나 반송파의 주파수가 단파대이므로 전파의 도달 거리가 짧고, 송신기나 수신기의 구조가 약간 복잡해지는 단점이 있다. 

구분	장점	단점
AM	간단한 송수신 회로 좁은 점유 주파수 대역  약한 전계에서도 수신	잡음이나 간섭에 취약 레벨 변동에 약함 SNR 개선을 위해 송신 출력을 높여야 함 과변조시 왜곡 발생
FM	SNR 우수 외부 잡음이나 간섭에 강함 레벨 변동에 강한 특성 송신효율 (C급)우수	넓은 점유 주파수 대역폭  송수신기 구성이 복잡