디지털변조의 이해 (2005-07-18)

▶디지틀변조란?
    ; 아날로그 전송매체에 디지틀 신호를 전송하기 위해 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 것
      (디지틀 신호를 변조하지 않고 디지틀 형태로 그대로 보내는 기저대역 전송도도 있다.)

디지털신호(신호) → 디지털변조 → 아날로그신호(전화선, 동축케이블, 공간 등 전송매체)

▶디지틀변조가 필요한 이유는?
   o 정보처리용량 증가, 디지털정보를 제공하는 서비스 프로그램 활용가능,
      데이터 보안성, 통신품질, 속도향상이 가능해지기 때문이다.

   o 통신시스템 개발시 제약받는 사항
      - 사용 가능한 대역폭
      - 허용 전력의 크기
      - 통신 시스템에서 요구하는 노이즈 레벨 등의 문제

   o RF스펙트럼은 공유해야만 하는 자원이며 통신서비스의 증가에 따른 사용자의 수용용량 확보를
      위해디지털 변조방식은 많은 양의 정보전송에 있어 아날로그 변조방식의 설계보다 월등함

▶통신시스템 설계시 기본적으로 고려해야 할 선택사항
   o 정보를 교환하는 송신기와 수신기를 간단한 구조로 사용시
      → 넓은 영역 스펙트럼 필요 → 통신서비스 이용자 수에 제한 생김
   o 정교한 송신기와 수신기 사용시
      → 낮은 대역폭으로도 동일 정보 전송이 가능 → 정밀한 H/W로 설계,테스트 등이 까다로움
   ☞ 따라서, 목표하는 통신기기가 무선용인지 유선용인지, 아날로그인지 디지털인지 고려해서
       용도에 맞는 통신방식을 선택하는 것이 중요하다.

▶디지털 통신 시스템 설계시 유의사항
   - 데이터 전송률 최대일것
   - 심볼 에러율 최소일것
   - 채널 대역폭 최소일것
   - 방해 신호에 강할것
   - 회로 구성이 간단할것
   - 최소 전력으로 전송 가능할것


▶디지털변조의 응용분야 : 무선통신과 영상분야에서 사용되는 여러유형의 변조방식

변조 포맷	응용분야
MSK, GMSK	GSM, CDPD
BPSK	원거리 우주공간, 원격측정, 케이블모뎀
QPSK, DQPSK	위성, CDMA, NADC, TETRA, PHS, PDC, LMDS, DVB-S, 케이블(복귀경로),  케이블모뎀, TFTS
OQPSK	CDMA,위성
FSK,GFSK	DECT,호출기,RAM모델데이터,AMPS,CT2,ERMES,지상모빌,공중안전용
8, 16VSB	북미주 디지털TV(ATV),방송용, 케이블
8PSK	위성, 항공, 광대역 영상시스템 모니터용 원격측정 파일롯
16QAM	마이크로웨이브 디지털 무선기기, 모뎀, DVB-C, DVB-T
32QAM	지상 마이크로웨이브, DVB-T
64QAM	DVB-C,모뎀, 광대역 셋톱박스,MMDS
256QAM	모뎀, DVB-C(유럽), 디지털 비디오(US)

▶디지털 변조 방식의 특성 비교

[오류 확률]

어떤 디지털 변조방식을 사용하느냐에 따라 전송과정에서 오류가 발생할 확률이 달라지게 되는데
같은 진수인 경우에는 ASK보다는 FSK가, FSK보다는 DPSK거, DPSK보다는 QAM의 오류 발생 
확률이 낮아진다.

또한, 같은 변조 방식을 사용하는 경우에는 진수가 증가할 수록 오류 발생이 증가하며 이 경우에는 
M진 오류 확률 = 2진 오류 확률 X log2M 이 성립한다.

각 변조방식에 따른 오류 확률의 증가 및 감소를 정리하면 다음과 같다.

[비트율과 부호율]

   서로다른 변조형식의 효율을 비교,이해하기 위해 먼저 비트율과 부호율간의 차이를 이해할
   필요가 있으며 통신채널용 신호 대역폭은 비트율이 아니라 부호율에 따라 달라짐

   o 비트율 : 시스템의 비트 흐름의 빈도 수
      - (예) 8비트 샘플러를 갖춘 라디오의 경우 음성신호를 10kHz의 주파수로 샘플하게 되는데
               여기에서 비트율은 라디오 내부의 기본비트 흐름의 속도로서 초당 10k 샘플을
               8비트로 곱한 값, 즉 80kbps
               (동기화,에러수정 등의 목적으로 부가되는 여분의 비트 부분 무시할 때)

   o 부호율 : 비트율을 각 부호전송시 전송할 수 있는 비트의 수로 나눈 값
                   (= 비트율/각 부호가 전송될 때 전송되는 비트수)

      - BPSK처럼 한 개의 부호 전송시 한 개의 비트가 전송,부호율은 비트율과 같은 80kbps
      - QPSK처럼 부호당 두 개의 비트 전송시 부호율은 비트율의 반, 즉 40kbps
      - 16PSK처럼 부호당 4개 비트 전송시 부호율은 비트율의 1/4, 즉 20kbps

      - 부호율은 때때로 보오율(Baud Rate)과 혼동되지만 보오율은 비트율과는 다른점 유의

      - 각 부호 전송시 더 많은 수의 비트가 전송된다면 동일 양의 데이터가 보다 좁은 스펙트럼
         내에서 전송 가능하기 때문에 보다 정교하고 많은 수의 상태값을 사용하는 변조형식이
         동일한 정보전송시 보다 좁은 대역의 RF스펙트럼을 사용하는 것임



[데이터 전송의 단위인 bps와 baud]

     o bps
        - 매 초당 몇 개의 비트가 전송되는가를 나타내는 데이터 전송속도의 단위
        - 1초 동안 전송할 수 있는 비트 수 (ex)110bps는 1초 동안에 110개의 비트전송
        - 수치가 높을수록 빨리, 많은 양의 데이터를 전송

     o Baud
        - 매 초당 몇 개의 신호변화(또는 상태변화)가 있었는지를 나타내는 신호속도의 단위
        - BPSK처럼 한 개의 비트가 한 개의 신호(0,1)로 사용될 경우는 bps와 baud 동일
        - 두개이상 비트가 한 개의 신호단위인 경우 bps와 baud는 상이
           ㆍ QPSK처럼 두개의 비트가 하나의 신호 단위로 이루어 질경우 (00,01,10,11)
               ☞ baud는 bps의 절반이 됨
           ㆍ 8PSK처럼 3개의 비트가 하나의 신호단위일 경우(000~111)
               ☞ baud는 bps의 1/3이 됨
          ㆍ 16PSK처럼 4개의 비트가 하나의 신호단위일 경우(0000~1111)
               ☞ baud는 bps의 1/4이 됨