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Electrical Engineering/디지털 로직

1. 변조방식, Modulation system (ASK, FSK, PSK)

by 사용자 UC우공 2021. 3. 21.

시작하기에 앞서, "왜 Modulation이 필요한가?"부터 알아보자.

데이터는 0, 1로 이루어져 있다. 하지만 Square Wave를 직접 보내면 중간과정에서 여러 노이즈로 인해 전송된 정보가 0인지 1인지 확인할 방법이 없다. 또한 현실적으로 Square Wave를 무선으로 전송하는 것 자체가 말이 되지 않는다. 어느 정도의 전파의 크기를 1로 받아야 할지 0으로 받아야 할지 거리에 따라 달라지기 때문에 애매하다. 그래서 Sinusoidal Wave를 전송하면서 진폭, 위상, 주파수를 의도적으로 변경해서 전송한다. 이 과정에서 의도적으로 변경되기 전의 Sinusoidal Wave와 비교해서 수신된 정보가 0인지 1인지 구분한다. 물론 이 과정에서도 오차가 발생한다, 하지만 직접적으로 Square Wave를 전송하는 것에 비하면 오차율이 엄청나게 낮다. 또한, 오차에 관해서 자세한 내용은 차후의 글에 자세하게 다루도록 하겠다.

3가지의 변조 방식 (Modulation system)

게임에서 기사, 마법사, 요정같이 직업 선택이 있듯이 변조 방식에서도 대표적인 3가지의 변조 방식이 존재한다. 물론 나중에 2차 전직으로 직업사이의 애매한 능력을 상쇄하는 합성된 전송방식도 존재한다. (QAM)

 

1. PSK, Phase Shift Keying (위상 변조)

게임 내 직업 선택에서도 대세가 있듯이 전송방식에서도 대세가 있다. 바로 PSK이다. 더 많은 데이터를 정해진 시간에 전송이 가능하며 데이터 전송량 대비 오차 비율도 다른 전송방식에 비해 낮다. 

위의 Carrier Frequency를 보면 일정하게 사인파가 시간에 따라 진행을 하는데 PSK를 보면 특정 부분에서 사인파의 위상이 틀어지는 걸 확인 할 수 있다. 즉 사인파의 phase에 변경이 생기면 그걸 신호로 받아들인다.

PSK를 기반으로 더 많은 데이터를 전송하는 방식이 (BPSK, QPSK) 있으며, 여러 가지를 다른 변조 방식과 추가해서 더 많은 데이터를 전송하는 기술도 존재한다. (16 QAM, 64 QAM 등등)

 

2. ASK, Amplitude Shift Keying (진폭 변조)

진폭의 크기로 데이터를 판별한다. 수신된 신호에서 1의 값이 0보다 더 큰 것을 위의 그림에서 확인 할 수 있다. 특정 시간내에 받아들여진 Voltage (Amplitude) 값이 더 크다면 1로 간주한다.


3. FSK, Frequency Shift Keying (주파수 변조)
이 부분은 수학적으로 어느 정도 이해가 필요하다. 각각의 사인파는 특정고유의 주파수를 가지고 있다. 물론 합성된 사인파도 존재하지만 하나씩 분해하다 보면 원소 단위로 쪼개듯이 분해할 수 있다. 서론이 길었고, 1-Cycle이 걸리는 시간을 변경하여 위의 사진에 FSK처럼 주파수가 (1초에 반복되는 횟수) 커지면 1, 느려지면 0으로 판단할 수 있다.

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