디지털변조의 종류 (2005-07-18)

▶디지털변조의 종류

변조방식	디지털 변조	비고(아날로그)
종류	ㆍASK(Amplitude Shift Keying)	ㆍAM
	ㆍFSK(Frequency Shift Keying)	ㆍFM
	ㆍPSK(Phase Shift Keying)	ㆍPM
	ㆍQAM (Quadrature Amplitude Modulation)    ; ASK와 PSK 방식이 결합된 APK의 독특한 형태 ㆍQPR (Quadrature Partial Response )    ; QAM의 스펙트럼 효율을 향상 시키기 위해      Partial Response Filter 사용 ㆍMSK(Minimum Shift Keying)    ; FSK의 독특한 형태

   ☞ 진폭과 위상은 동시 혹은 개별변조 모두 가능하지만 쉬운일은 아니며, 특히 감지하는데
         어려움이 있음.
   ☞ 실제의 통신 시스템에서는 진폭,위상,주파수 등의 시스템 특성들과는 또다른 독립적인
        구성요소 값( I :동위상에서의 값/ Q :직각의 값)으로 신호를 구별, I/Q신호는 서로
        수직 관계를 이루면서 상호 간섭하는 일은 없음


▶2진변조와 다원변조

  o 디지털 2진변조
      - 하나의 데이터 비트를 전송하기 위해 두개의 이산적인 상태(정현파 형태의 반송파의 진폭,
         주파수,  위상 등을 데이터 비트(1, 0)에 따라 변화 시킴)를 사용하는 변조 방식
      - 종류 : 2진 ASK, 2진 FSK, 2진PSK 등

  o 디지털 다원변조(Multi-Level Modulation)
      - 다수의 비트를 동시에 전송하기 위해 많은 이산적 상태를 사용하는 변조로 Multi-Level의
         파형이 만들어짐
      - 종류 : QPSK(4레벨), 8PSK(8레벨)등



▶기저대역 전송과 반송대역 전송

  o 기저대역 전송( Baseband Transmission)
      - 디지틀 파형을 특별히 변조시키지 않고 디지털 형태로 전송하는 펄스파형
        (예) 현재 디지털 통신에 널리 사용되고 있는 PCM방식

      - 조건
       ㆍ전송부호 형태가 직류성분이 포함되지 않을것
       ㆍ타이밍 정보가 충분히 포함될것
       ㆍ저주파 및 고주파 성분이 제한될것
       ㆍ전송로상에서 발생한 에러의 검출 및 교정이 가능할것

     - 기저대역 전송의 종류
       ① 2원 전송 방식 : 변조되기 이전의 컴퓨터나 단말기의 디지털 신호 파형(0 또는 1)을
                                     2진 펄스 모양 그대로 전송하는 방식

2원 전송부호	1    0    1     1    1     0	설     명
단극NRZ		-입력신호가 1이면＋전위 펄스를 전송,    0이면 펄스 전송 않음 -송수신회로의 구성 간단, 잡음대 성능 좋지   않아 단거리 구간에 이용
단극 RZ
양극NRZ		- 입력신호가 1이면＋전위 펄스를 전송,     0이면－전위 전송. - 단극 방식보다 파형 왜곡 영향 적음 - 저속도 전송의 표준방식으로 사용 -  RZ방식은 부호마다 펄스 발생하므로    정보 위치 파악 용이
양극 RZ
Bipolar		- 입력신호가 0 이면 0 레벨, 1이면 +전위,    － 전위 2개 레벨의 펄스를 교대 반전    (AMI : 교호 반전부호라고도 함) - 파형의 평균값은 0 - 저주파 차단 특성 적음(직류성분 포함안됨) - 부호 에러 검출 용이 - 수신기 자기타이밍 추출곤란    (영부호 연속 억압 기능 없기때문)
Diphase		- 0 에서 1로의 변화는 ＋전위 ,    1에서 0으로의 변화는－ 전위,    변화가 없으면 0 전위 - 바이폴라 부호처럼 저주파 성분 감소됨
Dicode		- 입력 신호가 1인 경우 한 펄스 구간의 반은   ＋전위, 나머지 반 구간은 － 전위를 가지며,    0 인 경우는 1과의 반대 형태 - 직류성분 억압 특성 - 파형의 대역폭 증가

      ② 다원전송 : 전송로 특성에 맞게 2진 부호를 변형시킨 펄스파형으로 전송
           - 다수의 비트를 이용, 한 개의 신호를 표시하는 방식
           - 목적 : 주파수대역의 효율적 이용
           - 특징 : 전송 용량 높임, 고속 정보전송에 사용
           - 정보의 전송속도
              ; Rb = 2B log2M (Rb:전송속도, M:다원레벨 수, B:대역폭)
                ☞ 다원레벨 수 높을수록 전송속도 증가

2원 전송시    (0,1)	[12bps, 12baud]                  ☞전송속도는 Rb = 12 log22 = 12 bps(대역폭을 6이라 했을경우)
다원 전송시    (000~111)	[36bps, 12baud]    ☞같은속도로 전송시 2원 전송의 1/3 대역폭 필요       전송속도는 Rb = 12 log28 = 36bps(2원 전송의 3배:대역폭이 6일경우)

  o 반송대역 전송( Bandpass Transmission)
      - 디지털 신호에 따라 반송파의 진폭, 주파수, 위상의 어느 하나 또는 조합을 전송하는 방식
        (예) ASK, FSK, PSK, QAM 등

▶I/Q변조 방식을 이용한 정보 전송

   o 크기(magnitude)와 위상(phase)의 동시표기 - 극 좌표 디스플레이
     - 진폭과 위상을 보는 간단한 방법으로 극 좌표를 이용할 수 있으며  이 두가지의 변수는
         디지털 통신 시스템에서 사용되고 있다.
      - 신호 벡터를 표시할 때는 I(동위상에서의 값)와 Q(직각의 값)를 두 축으로 하는 직교
         좌표로 나타내는 것이 일반적인 디스플레이 방식이며 이와 같은 극 좌표는 디지털
         통신 시스템에서 자주 사용하는 여러 형태의 디스플레이의 기본이 되고 있다.

   o 극좌표상에서의 신호 Change
      - 크기는 중심으로부터의 거리, 위상은 중심으로부터의 각도를 나타냄

크기(magnitude)	위상(phase)
크기+위상	주파수(frequency)

   o I/Q 포맷     

                                   

  o I/Q 방식의 기술을 사용하는 이유
    ① 디지털 변조는 I/Q변조기를 사용했을 때 용이
    ② 대역폭 효율 좋음
    ③ 무한대 위상변이 구현 가능
     - 대부분의 디지털 변조에서는 각 데이터를 I/Q평면상에 개별적인 점들로 매핑하는
        형식을 취함(이 점들을 별자리 포인트라고 부름)
      - 신호를 한 점에서 다른 점의 위치로 이동하게 되며, 보통 진폭과 위상 변조가 동시에
         일어난 것임.
      - 진폭 변조 장치와 위상 변조 장치를 이용하여 이 과정을 수행하기는 까다롭고 복잡,
         게다가 기존의 위상 변조 장치로는 이러한 동시 변조 실행 어려움.
      - 신호는 중심점을 축으로 한 쪽 방향으로 영구히 회전 가능 하므로 때문에 무한대의
         위상 변이가 가능하고 I/Q변조기 사용시 AM과 위상의 동시 변조 용이.
      -  I와Q 제어 신호에는 경계가 따르게 되지만 I와Q신호간에 적절한 위상 각을 부여하면
         무한대의 위상변이 가능