[컴퓨터네트워크] 변조방식(ASK & FSK & PSK)
[컴퓨터네트워크] 변조방식(ASK & FSK & PSK)
Digital - to - Analog Conversion
디지털 신호를 아날로그로 바꿔주는 것을 Modulator라고 한다. 변조기라도고 한다.반대로 아날로그를 디지털로 바꾸는 것을 복조기. Demodulator라고 한다.
하지만 사실, 실제로는 이것을 별도로 만드는 것이 아니라 동시에 합쳐서 만든다. 그래서 앞에 Mo와 뒤의 Dem을 합쳐서 모뎀이라고 한다. 이 장치는 디지털을 아날로그로, 아날로그를 디지털로 바꿔주는 장치다.
전화 모뎀이 있고, 케이블 모뎀도 있다.
전화 모뎀은 이제는 거의 안 쓴다.
금융권이나 인터넷이 다운 됐을 때 백업을 위해 사용될 뿐이다.
이것을 왜 사용하게 됐는가? 역사적으로 보면 굉장히 오래 됐다. 인터넷이 많이 보급되지 않은 시절에는 컴퓨터를 사용하기 위해 제한이 굉장히 많았다. 통신 장치들이 서로 연결되어 있고, A라는 애하고 B라는 애가 서로 통신하기 위해서는 케이블을 실제로 설치해야 했다. 그런데 케이블을 묻는데 돈이 많이 든다. 땅을 판다는 것은 토목 공사비도 든다. 시내 같은 곳은 특히나 엄청나게 돈이 들어간다. 이것이 너무 많이 드니깐, 기존에 깔려 있던 전화기 선을 활용하자. 이런 아이디어가 나오게 되었다. 이 전화선을 활용해서 인터넷을 사용하기 위해서 전화 모뎀이 나타나게 됐다.
사람 목소리가 아니라, 디지털 신호가 들어오게 만드는 것이라서 전화 교환기에 있는 필터가 이를 잘못된 신호로 인식해서 잘라버리게 된다. 이 필터라는 것은 정상적인 사람 목소리가 아니면 짤라버리는 것이다. 그래서 전화로 피아노 소리 가장 높은 도를 올리면 주파수가 너무 높아서 전달이 안된다. 전화 교환기의 사람 목소리 필터 주파수에 맞게 끔 디지털 신호를 아날로그로 바꿔주기 위해 등장한 것이 전화 모뎀이다.
아날로그 신호는 3가지 성분으로 표시를 한다.
- Amplitude : 진폭
- Frequency : 주파수
- Phase : 위상
진폭이 높은 디지털을 전화 아날로그 신호에 맞게 진폭을 낮춘다.
마찬가지로 주파수도 전화 주파수에 맞게 바꾼다.
위상을 바꿔서 전송 할 수도 있다.
여기서 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸는데 있어, 진폭을 바꿔서 전송하는 것을 ASK(Amplitude Shift Keying), 주파수를 바꿔서 전송하는 것을 FSK(Frequency Shift Keying), 위상을 바꿔서 전송하는 것을 PSK(Phase Shift Keying)이라고 한다.
여러개를 섞어서 쓰는 것을 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이라고 한다.
초당 몇 개의 bit를 보내느냐? -> Bps로 나타낸다.
초당 몇 개의 주파수를 보내느냐? -> Baud로 나타낸다.
- Carrier Signal
- 진폭을 바꾸거나, 주파수를 바꾸거나, 위상을 바꾸거나 할 때, 기준이 되는 주파수를 서로 주고 받는다. 이쪽 모뎀하고 저쪽 모뎀하고 특정 주파수를 계속 쏘고 있다. 이것이 없으면 연결이 끊어졌다는 것을 의미하고, 이것이 있으면 서로 연결되어 있다는 것을 나타낸다.
이렇게 기준이 되는 시그널을 캐리어 시그널 혹은 캐리어 프리퀀시라고 부른다. - ASK, FSK, PSK는 캐리어 시그널을 바꾸면서 변경이 된다. 스타크래프트의 캐리어가 인터셉터를 실려날라서 캐리어라고 하듯이, 데이터통신기술에서 캐리어도 실어나르는 것을 의미한다. 실어나르는 대상은? 데이터다.
- ASK (진폭 변이 변조, Amplitude Shift Keying)
- FSK (주파수 변이 변조, Frequency Shift Keying)
- PSK (위상 변이 변조, Phase Shift Keying)
편이 변조의 세부적인 방식은 다음과 같다.
 |
| 오른쪽으로 갈수록 고속 전송이 가능하고, 왼쪽을 갈수록 저렴하다. |
ASK(진폭 변이 변조)
캐리어 시그널의 강도에 따라서 0과 1로 표시를 한다.
여기서 캐리어 시그널은 ASK이기 때문에 진폭을 가진다.
여기서 캐리어 시그널은 ASK이기 때문에 진폭을 가진다.
ASK의 문제는 잡음에 매우 민감하다는 것이다. 예를 들어 0의 신호라고 해놨는데 잡음이 들어가서 조금 올라가버리면 1로 인식이 되는 등의 문제가 있을 것이다.
이것을 해결 하기 위해 on/off keying(OOK)라는 방법을 쓴다.
이것은 말 그대로 보냈다 안 보냈다 하는 것이다.
신호가 있으면 1로 쭉 보내고, 없으면 아예 0으로 보낸다.
FSK(주파수 변이 변조)
주파수를 높였다 낮추었다가 한다.
진폭과 달리 Baud의 값만 다르기 때문에 잡음에 영향을 받지 않는다.
그러나 FSK는 ASK에 비해서 차지하는 대역폭이 더 커지게 된다는 단점이 있다.
대역폭을 많이 차지하면 차지 할 수록 효율적이지 못한 신호가 된다.
PSK(위상 변이 변조)
종류
BPSK(Binary Phase Shift Keying)
- 디지털 신호 1과 0의 두가지 신호에 따라 반송파의 위상을 변화시키는 변조방식
QPSK
- 서로 90도의 위상차를 갖는 2개의 반송파를 I채널과 Q채널의 이진 데이터로 진폭변조한 후 합성하여 전송시킴
PSK는 위상을 바꾸는 것이다.
2개의 주파수를 쓰는 것이 아니기 때문에 대역폭이 ASK랑 같다.
그러면서도 잡음에 민감하지 않는다.
ASK와 FSK의 단점 두개를 모두 상쇄 할 수 있는 것이다.
함수의 사분면에서 0과 180도를 표시해보자.
Constellation diagram이라고 하는데, 하나의 0을 옆에 찍고, 하나의 1을 옆에 찍고 이렇게 해보자. 이렇게 하면 신호 한 번에 2개의 PSK를 전송 할 수 있다.
마찬가지로 이번에는 함수의 사분면에서 신호를 4개로 표시해보자.
이렇게 하면 신호 한번에 위상을 4개나 전송할 수 있어서 4-PSK라고 부른다.
Baud Rate는 5로 똑같지만, Bit rate는 더 높아진다.
이것을 시작 위치의 위상을 8개로 늘리면 또 한번의 신호에 8개의 위상을 보낼 수 있게 된다.
16, 32, 64 등등 간격을 촘촘히 하면 쭉쭉 늘어난다.
표로 표시하지 않고 다이어그램으로 표시한다는 것에 주목을 해야 한다.
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