변조 기술의 기초

"디지털-아날로그 변환은 디지털 데이터의 정보를 기반으로 아날로그 신호의 특성 중 하나를 변경하는 프로세스입니다. 사인파는 진폭, 주파수 및 위상의 세 가지 특성으로 정의됩니다. 이러한 특성을 변경하면 다른 버전의 해당 웨이브를 만듭니다. 따라서 간단한 전기 신호의 특성 중 하나를 변경하여 디지털 데이터를 나타내는 데 사용할 수 있습니다. ----- FMUSER"


디지털 데이터를 아날로그 신호로 변조하는 XNUMX 가지 메커니즘이 있습니다. 진폭 편이 키잉 (청하다), 주파수 편이 방식 (FSK) 및 위상 편이 방식 (PSK). 또한 진폭과 위상의 변화를 결합하는 네 번째 (더 나은) 메커니즘이 있습니다. 직교 진폭 변조 (QAM).

대역폭
디지털 데이터의 아날로그 전송에 필요한 대역폭은 반송파 신호 간의 차이를 추가해야하는 FSK를 제외하고 신호 속도에 비례합니다.

참조 : >> 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 비교 

캐리어 신호
아날로그 전송에서, 송신 장치는 정보 신호의 기본으로 작용하는 고주파 신호를 생성합니다. 이 기본 신호를 반송파 신호 또는 반송파 주파수라고합니다. 수신 장치는 발신자에게 기대되는 반송파 신호의 주파수로 조정됩니다. 그런 다음 디지털 정보는 특성 (진폭, 주파수 또는 위상) 중 하나 이상을 수정하여 반송파 신호를 변경합니다. 이런 종류의 수정을 조정 (시프트 키잉).

1. 진폭 시프트 키잉 :
진폭 시프트 키잉에서, 반송파 신호의 진폭은 신호 요소를 생성하도록 변화된다. 진폭이 변하는 동안 주파수와 위상은 모두 일정하게 유지됩니다.

이진 ASK (BASK)
ASK는 일반적으로 두 가지 수준 만 사용하여 구현됩니다. 이를 이진 진폭 시프트 키잉 또는 OOK (On-Off Keying)라고합니다. 한 신호 레벨의 피크 진폭은 0입니다. 다른 하나는 반송파 주파수의 진폭과 동일합니다. 다음 그림은 이진 ASKS의 개념을 보여줍니다.

 

참조 : >> AM과 FM의 차이점은 무엇입니까? 

구현 :
디지털 데이터가 1V의 고전압 및 0V의 저전압을 갖는 단 극성 NRZ 디지털 신호로 제공되는 경우, 구현은 NRZ 디지털 신호에 오실레이터에서 나오는 반송파 신호를 곱하여 다음 그림에 표시됩니다. NRZ 신호의 진폭이 1이면, 반송 주파수의 진폭이 유지된다; NRZ 신호의 진폭이 0 일 때, 반송 주파수의 진폭은 XNUMX이다.




ASK의 대역폭 :
반송파 신호는 하나의 단순한 사인파에 불과하지만 변조 과정에서 비주기적인 복합 신호가 생성됩니다. 이 신호에는 연속적인 주파수 세트가 있습니다. 예상 한대로 대역폭은 신호 속도 (보드 속도)에 비례합니다.

그러나 일반적으로 변조 및 필터링 프로세스에 따라 d라는 또 다른 요소가 관련됩니다. d의 값은 0과 

●이는 대역폭이 그림과 같이 표현 될 수 있음을 의미합니다. 여기서 S는 신호 속도이고 B는 대역폭입니다.

이 공식은 필요한 대역폭의 최소값이 S이고 최대 값이 2S임을 나타냅니다. 여기서 가장 중요한 점은 대역폭의 위치입니다. 대역폭의 중간은 반송파 주파수 fc가있는 곳입니다. 즉, 대역 통과 채널을 사용할 수있는 경우 변조 된 신호가 해당 대역폭을 차지하도록 fc를 선택할 수 있습니다. 이것은 사실 디지털-아날로그 변환의 가장 중요한 장점입니다.

참조 : >>QAM : 직교 진폭 변조 

2. 주파수 편이 키잉

주파수 시프트 키잉에서, 반송파 신호의 주파수는 데이터를 나타내도록 변화된다. 변조 된 신호의 주파수는 한 신호 요소의 지속 시간 동안 일정하지만 데이터 요소가 변경되면 다음 신호 요소에 대해 변경됩니다. 피크 진폭과 위상은 모든 신호 요소에 대해 일정하게 유지됩니다.

이진 FSK (BFSK)
이진 FSK (또는 BFSK)를 생각하는 한 가지 방법은 두 개의 반송파 주파수를 고려하는 것입니다. 다음 그림에서는 두 개의 반송파 주파수 f1 및 f2를 선택했습니다. 데이터 요소가 0이면 첫 번째 캐리어를 사용합니다. 데이터 요소가 1 인 경우 두 번째를 사용합니다.




위 그림은 한 대역폭의 중간이 f1이고 다른 대역폭의 중간이 f2임을 보여줍니다. f1과 f2는 두 밴드 사이의 중간 지점과 떨어져 Δf입니다. 두 주파수의 차이는 2∆f입니다.

참조 : >> QAM 변조기 및 복조기  

구현 :
BFSK에는 비 일관성 및 일관된 두 가지 구현이 있습니다.. 비코 히어 런트 BFSK에서 한 신호 요소가 종료되고 다음 신호 요소가 시작될 때 위상이 불연속적일 수 있습니다. 코 히어 런트 BFSK에서 위상은 두 신호 요소의 경계를 통해 계속됩니다. 비 일관성 BFSK는 BFSK를 두 개의 ASK 변조로 취급하고 두 개의 반송파 주파수를 사용하여 구현할 수 있습니다. 코 히어 런트 BFSK는 입력 전압에 따라 주파수를 변경하는 하나의 전압 제어 발진기 (VCO)를 사용하여 구현할 수 있습니다.

다음 그림은 두 번째 구현의 간단한 아이디어를 보여줍니다. 발진기에 대한 입력은 단극 NRZ 신호입니다. NRZ의 진폭이 XNUMX이면 발진기는 규칙적인 주파수를 유지합니다. 진폭이 양수이면 주파수가 증가합니다.

BFSK의 대역폭 :

위 그림은 FSK의 대역폭을 보여줍니다. 다시 반송파 신호는 단순한 사인파이지만 변조는 연속 주파수를 가진 비 주기적 합성 신호를 생성합니다. FSK는 각각 고유 한 반송파 주파수 f1 및 f2를 갖는 두 개의 ASK 신호로 생각할 수 있습니다. 두 주파수의 차이가 2∆f이면 필요한 대역폭은

3. 위상 변이 키잉 :
위상 시프트 키잉에서, 캐리어의 위상은 XNUMX 개 이상의 상이한 신호 요소를 나타내도록 변화된다. 위상 변화에 따라 피크 진폭과 주파수가 일정하게 유지됩니다.

이진 PSK (BPSK) :
가장 간단한 PSK는 이진 PSK로, 위상이 0 °이고 위상이 180 ° 인 신호 요소가 두 개뿐입니다. 다음 그림은 PSK의 개념을 보여줍니다. 이진 PSK는 하나의 큰 장점을 가진 이진 ASK만큼 간단하지만 잡음에 덜 민감합니다. ASK에서 비트 감지의 기준은 신호의 진폭입니다. 그러나 PSK에서는 단계입니다. 노이즈는 위상을 변경하는 것보다 진폭을 더 쉽게 변경할 수 있습니다. 즉, PSK는 ASK보다 잡음에 덜 민감합니다. PSK는 두 개의 반송파 신호가 필요하지 않기 때문에 FSK보다 우수합니다.

밴드폭 :
대역폭은 이진 ASK의 대역폭과 동일하지만 BFSK의 대역폭보다 작습니다. 두 개의 반송파 신호를 분리하기 위해 대역폭이 낭비되지 않습니다.

참조 : >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM 변조 유형

구현 :
BPSK의 구현은 ASK의 구현만큼 간단합니다. 그 이유는 위상이 180 ° 인 신호 요소가 위상이 0 ° 인 신호 요소의 상보로 볼 수 있기 때문입니다. 이것은 우리에게 BPSK를 구현하는 방법에 대한 실마리를 제공합니다. 다음 그림과 같이 단 극성 NRZ 신호 대신 극성 NRZ 신호를 사용합니다. 극성 NRZ 신호에는 반송파 주파수가 곱해집니다. 1 비트 (양의 전압)는 0 °에서 시작하는 위상으로 표시되고 0 비트 (음의 전압)는 180 °에서 시작되는 위상으로 표시됩니다.

 

4. 직교 진폭 변조 (QAM)
PSK는 작은 위상차를 구별 할 수있는 장비의 능력에 의해 제한됩니다. 이 요소는 잠재적 인 비트 전송률을 제한합니다. 지금까지는 한 번에 사인파의 세 가지 특성 중 하나만 변경했습니다. 그러나 우리가 두 가지를 바꾸면 어떻게 될까요? 왜 ASK와 PSK를 결합하지 않습니까? 각 반송파에 대해 서로 다른 진폭 레벨을 갖는 두 개의 반송파 (위상 및 다른 직교 행)를 사용한다는 아이디어는 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)의 개념입니다.

QAM의 가능한 변형은 다양합니다. 다음 그림은 이러한 구성표 중 일부를 보여줍니다. 다음 그림에서 Part a는 단극 NRZ 신호를 사용하여 각 반송파를 변조하는 가장 간단한 4-QAM 방식 (4 가지 신호 요소 유형)을 보여줍니다. 이것은 우리가 ASK (OOK)에 사용한 것과 같은 메커니즘입니다. 파트 b는 극성 NRZ를 사용하는 또 다른 4-QAM을 보여 주지만 이는 QPSK와 정확히 동일합니다. Part c는 두 개의 반송파 각각을 변조하기 위해 두 개의 양의 레벨을 가진 신호를 사용한 또 다른 QAM-16를 보여줍니다. 마지막으로 Part – d는 XNUMX 개의 레벨, XNUMX 개의 포지티브 및 XNUMX 개의 네거티브 신호의 XNUMX-QAM 성상도를 보여줍니다.

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