[데이터통신] 디지털 - 아날로그 신호 변환: ASK, FSK, PSK, QAM

 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 방식에는 크게 4가지가 있습니다. 진폭(ASK), 주파수(FSK), 위상(PSK), 진폭(QAM)을 이용한 변조방식이 있으며 이에 대해 알아보겠습니다.

 

[ Contents ]

 

 

1. ASK (진폭 편이변조, Amplitude Sheft Keying)

디지털 신호를 반송파의 진폭에 대응시켜 변조시키는 방법

 

 반송파는 영어로 'Carrier signal'이며, 보내고자 하는 신호를 싣는 Carrier 역할을 합니다. 고주파성분은 노이즈의 영향을 덜 받고 장거리 전송이 가능합니다. 따라서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변조할 때, 반송파를 사용하게 됩니다.

 

 

 ASK는 반송파의 '진폭'에 대응시켜 변조하는 방법으로, 진폭으로 0과 1을 구분합니다. 반송파는 고주파성분으로 사인(sign) 함수형태를 띄고 있습니다.

 진폭 높이에 따라 0과 1을 나누므로, 구조와 가격은 저렴하지만 신호변동과 노이즈에 취약하다는 단점이 있습니다. 또한 진폭의 높낮이만으로 신호를 전달해야하므로 전송량(1200bps 이하)이 적으며 잘 사용되진 않습니다.

 

 

 

2. FSK (주파수 편이변조, Frequency Sheft Keying)

디지털 신호를 반송파의 주파수에 대응시켜 변조시키는 방법

 

 주파수는 '1/주기'로 주기가 짧을수록 주파수가 커집니다. 주기는 한 파장이 진동하는 데에 걸리는 시간을 뜻합니다.

 주파수는 진폭과 달리 신호변동과 노이즈에 강하며, 변복조기 구조가 간단한 장점이 있습니다. (신호세기가 약해지면 진폭은 작아지지만, 주파수가 바뀌는 경우는 드물음)

  다만 대역폭(주파수 범위)을 넓게 차지해야하며, 2000bps 이하 비동기 데이터 전송에만 사용할 수 있다는 한계가 있습니다.

 

 

 

3. PSK (위상 편이변조, Phase Shift Keying)

디지털 신호를 반송파의 위상에 대응시켜 변조시키는 방법

 위상은 반복되는 파형의 한 주기에서 특정 위치를 말합니다. sin30, tan60와 같이 반복되는 파형에서의 특정 위치는 고유 정보가 됩니다.

 데이터통신에서 위상은 대체적으로 기본 파형과, 180도 위상변환한 파형을 0과 1로 나누어서 사용합니다.

 

 

2위상 편이변조(BPSK)

 위상 편이변조의 경우, 좀 더 세분화하여 많은 데이터를 전송하기에 유리합니다.

 예를 들어 00(0도) / 01(90도) / 10(180도) / 11(270도) 로 위상을 나눠 더 많은 정보를 담을 수 있습니다. 이를 4위상 편이변조(QPSK)라고 합니다.

 이외 45도 간격으로 나눈 8위상 편이변조도 가능하며, 9600bps 이하 중속도 이상 전송에 유용합니다.

 

 

 

4. QAM (진폭 위상 편의변조, Quadrature Amplitude Modulation)

디지털 신호를 반송파의 위상과 진폭에 대응시켜 변조시키는 방법

 

 앞서 살펴본 ASK, FSK 방식도 진폭의 높낮이나 주파수 세기를 세분화하여 더 많은 정보를 담을 수 있긴 합니다. 하지만 ASK의 경우 노이즈에 약하고, FSK는 더 넓은 대역폭을 사용해야한다는 문제점이 있습니다.

(신호의 고유 식별자는 '주파수'이며, 통신사들은 고유의 주파수 대역을 대여하여 사용합니다. 이는 인터넷에서 도메인 주소를 빌리는 것과 비슷하며 대역폭이 클수록 대여료가 크게 올라갑니다.)

 

 주로 진폭과 위상을 적절히 섞은 QAM방식을 사용하며, 2진폭 8위상 편이변조 방식와 같이 한번에 16가지 정보를 담을 수 있습니다. (0000 ~ 1111 [4bit]) 따라서 9600pbs이상의 고속전송이 가능합니다.