변조

Modulation
이 기사는 통신 및 전기 공학에서 사용되는 캐리어에 데이터를 인쇄하는 방법에 관한 것입니다.다른 용도는 변조(동음이의)를 참조하십시오.
통과 대역 변조
아날로그 변조
디지털 변조
계층 변조
스펙트럼 확산
참고 항목
데이터 및 반송파 유형에 따른 신호 변조 분류

변조(ulation▁is, )는 전자 및 통신에서 반송파 신호라고 하는 주기적인 파형의 특성을 일반적으로 [citation needed]전송할 정보를 포함하는 변조 신호라는 별도의 신호로 변경하는 프로세스입니다.예를 들어, 변조 신호는 마이크의 소리를 나타내는 오디오 신호, 비디오 카메라의 움직이는 이미지를 나타내는 비디오 신호 또는 컴퓨터의 비트 스트림인 이진 숫자 시퀀스를 나타내는 디지털 신호일 수 있습니다.

이 반송파는 일반적으로 메시지 신호보다 훨씬 높은 주파수를 가집니다.이것은 낮은 주파수로 신호를 전송하는 것이 비현실적이기 때문입니다.무선 통신에서 변조된 반송파는 무선 수신기에 전파로 우주를 통해 전송됩니다.

변조의 또 다른 목적은 주파수 분할 다중화(FDM)를 사용하여 단일 통신 매체를 통해 여러 채널의 정보를 전송하는 것입니다. 예를 들어, 케이블 텔레비전(FDM 사용)에서는 각각 다른 텔레비전 채널로 변조된 많은 반송파 신호가 단일 케이블을 통해 고객에게 전송됩니다.각 반송파는 서로 다른 주파수를 차지하므로 채널은 서로 간섭하지 않습니다.목적지 끝에서 반송파 신호가 복조되어 정보 베어링 변조 신호를 추출합니다.

변조기는 변조를 수행하는 장치 또는 회로입니다.복조기(때로는 검출기)는 변조의 반대인 복조를 수행하는 회로입니다.양방향 통신에 사용되는 모뎀(변조기-복조기)은 두 가지 작업을 모두 수행할 수 있습니다.변조 신호에 의해 점유되는 낮은 주파수 대역을 베이스 대역이라고 하며 변조된 반송파에 의해 점유되는 높은 주파수 대역을 패스 [citation needed]대역이라고 합니다.

아날로그 변조에서는 아날로그 변조 신호가 반송파에 "인상"됩니다.예를 들어 반송파의 진폭(강도)이 변조 신호에 의해 변화하는 진폭 변조(AM)와 반송파의 주파수가 변조 신호에 의해 변화하는 주파수 변조(FM)가 있습니다.이것들은 가장 초기의 변조[citation needed] 유형이며 AM 및 FM 라디오 방송에서 소리를 나타내는 오디오 신호를 전송하는 데 사용됩니다.더 최근의 시스템은 전송될 이산 알파벳의 요소에 비트를 매핑하여 반송파에 비트 스트림인 이진 숫자(비트) 시퀀스로 구성된 디지털 신호를 인가하는 디지털 변조를 사용합니다.이 알파벳은 일련의 실수 또는 복잡한 숫자 또는 서로 다른 주파수의 진동과 같은 시퀀스로 구성될 수 있습니다. 이른바 주파수 편이 변조(FSK(Frequency Shift Keying) 변조.여러 반송파를 사용하는 더 복잡한 디지털 변조 방법인 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)는 WiFi 네트워크, 디지털 라디오 방송국 및 디지털 케이블 텔레비전 전송에 사용됩니다.

아날로그 변조 방식

저주파 메시지 신호(상단)는 AM 또는 FM 라디오파로 전달될 수 있습니다.
146.52MHz 무선 반송파의 폭포수 그림, 1,000Hz 사인파에 의한 진폭 변조.반송파 주파수에서 + 및 - 1kHz의 두 개의 강력한 사이드밴드가 표시됩니다.
1,000Hz 정현파에 의해 변조된 주파수의 반송파입니다.변조 지수가 약 2.4로 조정되었으므로 반송파 주파수는 진폭이 작습니다.몇 가지 강력한 사이드밴드가 분명합니다. 원칙적으로 FM에서는 무한한 수가 생성되지만 고차 사이드밴드는 무시할 수 있는 크기입니다.

아날로그 변조에서는 아날로그 정보 신호에 응답하여 변조가 연속적으로 적용됩니다.일반적인 아날로그 변조 기술은 다음과 같습니다.

  • 진폭 변조(AM)(여기서 반송파 신호의 진폭은 변조 신호의 순간 진폭에 따라 변경됨)
  • 각도 변조, 대략 일정한 엔벨로프
    • 주파수 변조(FM)(여기서 반송파 신호의 주파수는 변조 신호의 순간 진폭에 따라 변경됨)
    • 위상 변조(PM)(여기서 반송파 신호의 위상 편이는 변조 신호의 순간 진폭에 따라 변경됨)
    • 전치 변조(TM). 여기서 파형 변곡이 수정되어 각 쿼터 사이클이 변조 프로세스에서 전치되는 신호가 생성됩니다.TM은 유사 아날로그 변조(AM)입니다. 여기서 AM 반송파는 위상 가변 위상 f(ǿ)도 전달합니다.TM은 f(AM, ǿ)입니다.

디지털 변조 방식

디지털 변조에서 아날로그 반송파 신호는 이산 신호에 의해 변조됩니다.디지털 변조 방법은 디지털-아날로그 변환으로, 해당 복조 또는 검출은 아날로그-디지털 변환으로 간주할 수 있습니다.반송파 신호의 변화는 한정된 수의 M 대체 기호(변조 알파벳)에서 선택됩니다.

임의로 선택한 값을 포함하는 4보, 8비트/s 데이터 링크의 개략도

간단한 예: 전화선은 디지털 비트(0 및 1)가 아닌 소리(예: 톤)를 전송하도록 설계되었습니다.그러나 컴퓨터는 전화선을 통해 디지털 비트를 기호라고 하는 톤으로 나타내는 모뎀을 통해 통신할 수 있습니다.네 개의 대체 기호가 있는 경우(한 번에 하나씩 네 개의 다른 톤을 생성할 수 있는 악기에 해당), 첫 번째 기호는 비트 시퀀스 00, 두 번째 01, 세 번째 10 및 네 번째 11을 나타낼 수 있습니다.모뎀이 초당 1000 톤으로 구성된 멜로디를 재생하는 경우 기호 속도는 1000 심볼/초 또는 1000 보입니다.이 예에서 각 톤(즉, 기호)은 두 개의 디지털 비트로 구성된 메시지를 나타내므로 비트 전송률은 기호 전송률의 두 배, 즉 초당 2000비트입니다.

디지털 [1]신호의 일 정의에 따르면, 변조된 신호는 디지털 신호입니다.다른 정의에 따르면 변조는 디지털-아날로그 변환의 한 형태입니다.대부분의 교과서는 디지털 변조 방식을 데이터 전송과 동의어인 디지털 전송의 한 형태로 간주합니다. 매우 적은 사람만이 아날로그 전송으로 간주합니다.

기본 디지털 변조 방법

가장 기본적인 디지털 변조 기술은 키 입력에 기반합니다.

QAM에서 위상 신호(또는 I, 예를 들어 코사인 파형)와 직교 위상 신호(또는 Q, 예를 들어 사인 파형)는 유한한 수의 진폭으로 변조된 다음 합산됩니다.각 채널이 ASK를 사용하는 2채널 시스템으로 볼 수 있습니다.결과 신호는 PSK와 ASK의 조합과 동일합니다.

위의 모든 방법에서 이러한 각 위상, 주파수 또는 진폭에는 이진 비트의 고유한 패턴이 할당됩니다.일반적으로 각 위상, 주파수 또는 진폭은 동일한 수의 비트를 인코딩합니다.이 비트 수는 특정 위상, 주파수 또는 진폭으로 표시되는 기호로 구성됩니다.

알파벳이 M N = 개의 대체 기호로 된 경우 각 기호는 N 비트로 구성된 메시지를 나타냅니다.심볼 속도(보레이트라고도 함)가 심볼/초(또는 보)인 경우 데이터 는 비트/초입니다.

예를 들어 16개의 대체 기호로 구성된 알파벳의 경우 각 기호는 4비트를 나타냅니다.따라서 데이터 속도는 보드 속도의 4배입니다.

변조된 신호의 반송파 주파수가 일정한 PSK, ASK 또는 QAM의 경우, 변조 알파벳은 종종 각 기호에 대해 x축의 I 신호 진폭과 y축의 Q 신호 진폭을 보여주는 별자리 다이어그램에 편리하게 표시됩니다.

변조기 및 검출기 작동 원리

PSK와 ASK, 그리고 때로는 FSK도 QAM의 원리를 사용하여 생성되고 탐지됩니다.I 및 Q 신호는 복소수 값 신호 I+jQ(여기서 j는 가상 단위)로 결합될 수 있습니다.결과적으로 소위 등가 저역 통과 신호 또는 등가 기저 대역 신호는 실제 값으로 변조된 물리적 신호(이른바 통과 대역 신호 또는 RF 신호)의 복소수 값 표현입니다.

변조기가 데이터를 전송하는 데 사용하는 일반적인 단계는 다음과 같습니다.

  1. 수신 데이터 비트를 전송할 각 기호에 대해 하나씩 코드 워드로 그룹화합니다.
  2. 코드 워드를 예를 들어 I 및 Q 신호의 진폭(동등한 로우패스 신호) 또는 주파수 또는 위상 값과 같은 속성에 매핑합니다.
  3. 펄스 쉐이핑 또는 기타 필터링을 조정하여 대역폭을 제한하고 일반적으로 디지털 신호 처리를 사용하여 동등한 저역 통과 신호의 스펙트럼을 형성합니다.
  4. I 및 Q 신호의 DAC(Digital to Analog Conversion)를 수행합니다(오늘날 위의 모든 것은 일반적으로 DSP(Digital Signal Processing)를 사용하므로).
  5. 고주파 사인 반송파 및 코사인 직교 성분을 생성합니다.예를 들어 사인 및 코사인 파형에 I 및 Q 신호를 곱하여 해당 로우패스 신호를 변조된 통과 대역 신호 또는 RF 신호로 주파수를 전환하여 변조를 수행합니다.때로는 DSP 기술(예: 아날로그 신호 처리 대신 파형 테이블을 사용한 직접 디지털 합성)을 사용하여 이러한 작업을 참조하십시오.이 경우, 위의 DAC 단계는 이 단계 이후에 수행되어야 합니다.
  6. 고조파 왜곡 및 주기적 스펙트럼을 방지하기 위한 증폭 및 아날로그 대역 통과 필터링.

수신기 측에서 복조기는 일반적으로 다음을 수행합니다.

  1. 대역 통과 필터링.
  2. 자동 게인 제어, AGC(감쇠를 보상하기 위해, 예를 들어 페이딩).
  3. RF 신호에 로컬 오실레이터 사인파 및 코사인파 주파수를 곱하여 RF 신호를 동등한 베이스밴드 I 및 Q 신호 또는 중간 주파수(IF) 신호로 주파수 전환(슈퍼헤테로다인 수신기 원리 참조).
  4. 샘플링 및 아날로그-디지털 변환(ADC)(예: 언더샘플링을 통해 위의 포인트 이전 또는 대신).
  5. 등화 필터링, 예를 들어 일치 필터, 다중 경로 전파에 대한 보상, 시간 확산, 위상 왜곡 및 주파수 선택적 페이딩을 통해 심볼 간 간섭 및 심볼 왜곡을 방지할 수 있습니다.
  6. I 및 Q 신호의 진폭 또는 IF 신호의 주파수 또는 위상 감지.
  7. 진폭, 주파수 또는 위상을 허용되는 가장 가까운 기호 값으로 양자화합니다.
  8. 양자화된 진폭, 주파수 또는 위상을 코드 워드(비트 그룹)에 매핑합니다.
  9. 코드 워드를 비트 스트림으로 병렬에서 직렬로 변환합니다.
  10. 오류 수정 코드 제거와 같은 추가 처리를 위해 결과 비트 스트림을 전달합니다.

모든 디지털 통신 시스템에 공통적으로 적용되는 것처럼, 변조기와 복조기의 설계가 동시에 이루어져야 합니다.송신기-수신기 쌍이 통신 시스템에서 데이터가 인코딩되고 표현되는 방식에 대한 사전 지식을 가지고 있기 때문에 디지털 변조 방식이 가능합니다.모든 디지털 통신 시스템에서, 송신기의 변조기와 수신기의 복조기는 모두 역 연산을 수행하도록 구성되어 있습니다.

비동기식 방법에는 송신기 반송파 신호와 위상 동기화된 수신기 기준 클럭 신호가 필요하지 않습니다.이 경우 변조 기호(비트, 문자 또는 데이터 패킷 대신)가 비동기식으로 전송됩니다.그 반대는 동기 변조입니다.

일반적인 디지털 변조 기술 목록

가장 일반적인 디지털 변조 기술은 다음과 같습니다.

MSK와 GMSK는 연속 위상 변조의 특별한 경우입니다.실제로 MSK는 연속 위상 주파수 편이 변조(CPFSK)로 알려진 CPM 하위 계열의 특정 사례이며, 이는 1심볼 시간 지속 시간(총 응답 신호)의 직사각형 주파수 펄스(즉, 선형 증가 위상 펄스)로 정의됩니다.

OFDM은 주파수 분할 다중화(FDM) 개념을 기반으로 하지만 다중화된 스트림은 모두 단일 원본 스트림의 일부입니다.비트 스트림은 여러 병렬 데이터 스트림으로 분할되며, 각 데이터 스트림은 기존의 디지털 변조 방식을 사용하여 자체 서브 캐리어를 통해 전송됩니다.변조된 서브 반송파는 합산되어 OFDM 신호를 형성합니다.이 분할 및 재결합은 채널 장애를 처리하는 데 도움이 됩니다.OFDM은 소위 OFDM 심볼들의 하나의 시퀀스를 사용하여 하나의 통신 채널을 통해 하나의 비트 스트림을 전송하기 때문에 멀티플렉스 기술이 아닌 변조 기술로 간주됩니다.OFDM은 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 및 다중 반송파 코드 분할 다중 액세스(MC-CDMA) 체계에서 다중 사용자 채널 액세스 방법으로 확장될 수 있으며, 여러 사용자가 서로 다른 하위 반송파를 제공하거나 코드를 다른 사용자에게 전파하여 동일한 물리적 매체를 공유할 수 있습니다.

두 종류의 RF 전력 증폭기 중 스위칭 증폭기(Class D 증폭기)는 동일한 출력 전력의 선형 증폭기보다 비용이 적게 들고 배터리 전력을 덜 사용합니다.그러나 이들은 각도 변조(FSK 또는 PSK) 및 CDMA와 같은 상대적으로 일정한 진폭 변조 신호에만 작동하며 QAM 및 OFDM에는 작동하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 스위칭 증폭기는 일반적인 QAM 배치에 완전히 적합하지 않지만 종종 QAM 변조 원리는 이러한 FM 및 OFDM을 사용하여 스위칭 증폭기를 구동하는 데 사용됩니다.다른 파형 및 때때로 QAM 복조기를 사용하여 이러한 스위칭 증폭기에 의해 출력되는 신호를 수신합니다.

자동 디지털 변조 인식(ADMR)

지능형 통신 시스템의 자동 디지털 변조 인식은 소프트웨어 정의 라디오 및 인지 라디오에서 가장 중요한 문제 중 하나입니다.지능형 수신기의 점진적인 확장에 따라 자동 변조 인식은 통신 시스템 및 컴퓨터 엔지니어링에서 어려운 주제가 됩니다.이러한 시스템은 많은 민간 및 군사적 응용 프로그램을 가지고 있습니다.또한 변조 유형의 블라인드 인식은 상용 시스템, 특히 소프트웨어 정의 라디오에서 중요한 문제입니다.일반적으로 이러한 시스템에는 시스템 구성을 위한 추가 정보가 있지만 지능형 수신기의 블라인드 접근 방식을 고려하면 정보 과부하를 줄이고 전송 성능을 높일 수 있습니다.전송된 데이터에 대한 지식이 없고 수신기에서 신호 전력, 반송파 주파수 및 위상 오프셋, 타이밍 정보 등과 같은 많은 알려지지 않은 매개 변수가 있기 때문에 변조를 블라인드로 식별하는 것은 분명합니다.이는 다중 경로 페이딩, 주파수 선택 및 시간 변동 [2]채널이 있는 실제 시나리오에서 훨씬 더 어려워집니다.

자동 변조 인식에는 두 가지 주요 접근 방식이 있습니다.첫 번째 접근 방식은 우도 기반 방법을 사용하여 입력 신호를 적절한 클래스에 할당합니다.최근의 또 다른 접근 방식은 기능 추출을 기반으로 합니다.

디지털 베이스밴드 변조

디지털 베이스밴드 변조는 베이스밴드 신호의 특성을 변경합니다. 즉, 더 높은 주파수에서 반송파가 없는 신호입니다.

이 신호는 나중에 반송파 주파수로 주파수 변환되거나 베이스밴드에서 직접 통신을 위해 등가 신호로 사용될 수 있습니다.후자의 방법은 로컬 버스에서 자주 사용되는 비교적 간단한 라인 코드와 DSL에서 사용되는 것과 같은 복잡한 베이스 밴드 신호 방식을 모두 포함합니다.

펄스 변조 방식

펄스 변조 방식은 펄스 파형을 변조하여 아날로그 베이스밴드 채널을 통해 협대역 아날로그 신호를 2단계 신호로 전송하는 것을 목표로 합니다.또한 일부 펄스 변조 방식을 사용하면 협대역 아날로그 신호를 고정 비트 전송률을 가진 디지털 신호(즉, 양자화된 이산 시간 신호)로 전송할 수 있으며, 이는 기본 디지털 전송 시스템(예: 일부 라인 코드)을 통해 전송될 수 있습니다.이것들은 채널 코딩 체계가 아니기 때문에 전통적인 의미에서 변조 체계가 아니지만 소스 코딩 체계, 경우에 따라 아날로그-디지털 변환 기술로 고려되어야 합니다.

아날로그-오버-아날로그 방법
아날로그-오버-디지털 방식

다양한 변조 기법

참고 항목

위키미디어 공용에는 변조와 관련된 미디어가 있습니다.

레퍼런스

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진일보한 내용

외부 링크