무선통신의 꽃, 변조에 대해서 알아보자….txt

우리는 매일 통신기기를 사용한다

우리 생활에서 꼭 필요하고 없어서는 안 될 기기인 통신기기.

특히 무선통신은 20세기 후반 인터넷과 위성통신의 발전에 힘입어

우리의 생활을 엄청나게 윤택하게 만들어 주었다.

그렇다면 이 통신의 원리는 무엇일까?

다들 변조라는 말을 한 번 쯤은 들어보았을까 싶다.

무선통신의 핵심 그 자체라고 할 수 있는 변조.

이 변조기술이 없었다면 지금과 같은 통신은 불가능 했을 것이다

나는 변조의 방식과 원리에 대해 간략하게 설명하려고 한다.

(1899년 이탈리아의 물리학자 마르코니는 최초로 대서양 횡단 무선통신에 성공한다. 마르코니는 이 무선통신 기술 개발을 공로로 노벨 물리학상을 수상하게 된다)

우선 변조를 왜 할까?

첫번째. 안테나의 길이를 줄일 수 있다

우리가 파장이 10M인 전파를 쏘아보내고 수신하려면 10M 길이의 안테나가 필요하다

그러나 변조를 하게 되면 이를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

두번째. 잡음에 강해진다

무선통신은 그 특성상 매우 많은 잡음이 낄 수 밖에 없다.

이를 변조를 하지 않고 보낸다면

수신 측에서는 전혀 알아볼 수 없는 신호를 받게 된다.

세번째. 다중화가 가능해진다.

쉽게 말해서 변조를 하면 여러가지 신호를 동시에 보낼 수 있게 된다.

물론 그만큼 송수신 기기의 복잡도는 증가한다.

그럼 변조의 종류에는 무엇이 있을까?

AM (Amplitude Modulation , 진폭 변조)

쉽게 말해서 고주파 캐리어 신호에 저주파인 메세지를 싣는 것이다.

둘을 합성하게 되면, 변조된 신호는 포락선이 원래 신호의 진폭을 따라가는 양상을 보이게 된다.

그 신호를 수신해서 포락선 끝 부분만 쭈욱 따라가면 원 신호를 재생할 수 있는 것이다

이 AM 방식은 매우 간단하며, 초창기 무선통신에 주로 쓰였던 방식이다.

그러나 AM 신호는 강력한 캐리어 신호가 필요하며, 이 캐리어 신호는 말 그대로 실어 보내는 케리어에 불과하기 때문에

송신 측에서는 복조를 하고 나면 전혀 쓸모 없는 부분이 되어버린다.

AM 신호는 최대 전력효율이 33%밖에 되지 않는데, 말인 즉 아무리 애를 써도 66%의 전력은 버려진다는 뜻이다

그럼 AM은 지금 안쓰냐?

그렇지는 않고, 이 방식의 단점을 개선하고자 개조 변형한 방식 또한 많다.

위에서 설명한 방식은

양측파대 반송파 변조 (Double Side Band Large Carrier , DSB – LC) 라고 부르며

응용 변조 방식으로는 DSB – SC , VSB , SSB 등이 있다

여기서 VSB는 텔레비전 방송에 쓰인다. 물론 이것도 옛날 얘기긴 하다

FM (Frequency Modulation , 주파수 변조)

AM 방식은 진폭으로 신호를 구별해 낸다면, FM은 주파수로 신호를 구별해 낸다.

그렇기 때문에 함수의 진폭이 아닌 주파수에 신호가 들어있으며, 당연히 AM보다 기술적 복잡도가 높다

AM은 그냥 신호에다가 캐리어를 곱해버리면 되지만

FM은 적분기를 이용해 메세지를 적분하고 이를 캐리어에 실어서 보내는 과정이 필요하다

그리고 복조기 또한 이 신호를 미분하여 원 신호를 읽어내야 하니 당연히 더 고등 기술이다

그렇다면 FM이 AM보다 좋은 점은 무엇일까?

그냥 다 좋다고 보면 된다.

커다란 캐리어가 필요하지 않으므로 필요 전력이 줄어들고

잡읍에도 강하고, 효율도 좋고, 등등 그냥 다 좋다

전력 효율 또한 95%까지 

원리까지 설명하자면 너무 길고 난잡해지므로 굳이 설명은 안하겠다. 

그나마 단점이 존재하는데, FM 신호는 어느 임계점 이상으로 신호가 약해지면

AM에 비해 잡음이 엄청나게 끼게 되고,

급격하게 효율이 떨어진다. 이를 임계효과라고 하고, 스켈치 회로 등으로 방지할 수 있다

또, FM은 송신 과정에서 주파수 대역에서 무한개의 복사본이 생기게 되는데

이를 다 쓸 순 없으니까 필연적으로 잘라내야 하고,

그 과정에서 오류가 발생한다

물론 원하는 주파수 대역에 대부분의 에너지가 있으니까 사람 눈과 귀로는 구별하기 어렵다

그리고 대역폭이 넓어서 주파수 대역에서 차지하는 크기가 크다는 단점이 있는데

요즘같이 기술이 엄청나게 발전되어 Ghz 쓰는 시대에서 그건 사실상 의미 없는 단점이다.

PM (Phase Modulation , 위상 변조)

PM은 캐리어의 모양에 정보를 싣는 방법이다.

PM은 FM과 다르게 주파수가 아닌 위상에 정보를 싣는다.

그렇기 때문에 FM보다 좀 더 간단한 방법이라고 할 수 있다.

PM은 FM이 가지고 있는 모든 장점과 단점을 다 가지고 있으며

심지어 효율이 FM보다 높다!

그런데 왜 PM을 쓰지 않을까?

여러분은 AM FM 방송은 들어봤어도 PM 방송은 못 들어보지 않았는가?

그 이유는 PM은 송신기가 FM에 비해서 간편한데, 수신기가 복잡하다

FM도 수신기가 AM에 비하면 복잡한데, PM은 수신기가 그보다 더 복잡하다

방송국은 비싸도 된다. 하나만 만들면 되니까

근데 수신기는 수십만개 수백만개를 만들어야 하는데

당연히 수신기가 더 간단한 FM이 더 많이 쓰일 수 밖에 없었다.