18. Modulation : 변조

 

지난 포스팅에서 주파수 경매를 통해 통신사들이 주파수를 정부로부터 대여하고 그 주파수 대역을 가지고 사업을 진행한다고 했었다. 그만큼 전파는 매우 비싸고 소중한 자원이다. 

 

비싼 전파인 만큼 많은 데이터를 효율적으로 싦어서 보내는 것이 중요해졌는데, 그때 중요한 개념이 바로 이 Modulation이다. Modulation은 뭘까??

 

1. 변조

Modulation(변조)의 사전적 정의는 다음과 같다.

 

변조 : 파동 형태의 신호 정보를 신호의 진폭, 주파수, 위상 등을 바꾸어 원하는 특성에 맞는 파형으로 변환하는 것. 

 

이렇게 데이터를 싦기 위해 진폭, 주파수, 위상 등을 바꾸는 것을 변조라고 하며,  변조에는 다양한 방법들이 있다.

비싸게 돈 주고 빌린만큼 이득을 봐야지

 

영상 속에서는 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM을 소개하고 있다. 이 변조 방식들은 모두 디지털 변조에 속하며 아날로그 변조에는 AM, FM, PM 등이 있다.

 

영상 속 QPSK 설명 그림

QPSK에 대해 간단히 알아보겠다.

 

QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)은 이름에서 알 수 있듯 Phase에 변화를 주어 4가지의 데이터를 싦을 수 있도록 하는 변조 방식이다. 45도부터 시작해서 90도씩 밀어서 총 4가지의 다른 phase를 만든다. 이후 각 파형마다 00, 01, 10, 11의 데이터를 넣어준다. 각 파형마다 다른 정보가 있으므로 BPSK(Binary Phase Shift Keying)보다 더 많은 데이터를 실어 보낼 수 있다.

 

Constellation diagram는 왼쪽의 그래프를 원안에 amplitude와 phase를 표시해둔 것으로 각도가 phase를 길이가 amplitude를 나타낸다. Amplitude가 같은 걸로 보아 phase만 shift했다는 것을 알 수 있다.

 

영상 속 QAM 설명 그림

다음은 QAM이다.

 

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)은 amplitude와 phase 둘 다 변화를 주어 데이터를 신호에 싦는 방식이다. 그림에서는 16QAM 방식을보여주고 있다. 1사분면을 보면 각 점마다 길이(amplitude)와 위치(phase)가 다른 것을 확인할 수 있다. 1사분면당 4개의 점, 총 16개의 다른 데이터를 파형에 실어 보낼 수 있게 된다.

 

256QAM의 경우 256가지의 다른 데이터를 파형에 실어 보낼 수 있다. 이때 BPS는 2의 n제곱으로 표현되고 16QAM의 경우 2의 4제곱이기 때문에 BPS가 4인 것을 확인할 수 있다. (256QAM의 경우 2의 6제곱이므로 BPS는 6)

 

2. 장,단점

이렇게 한 파형에 많은 데이터를 실어서 보내면 속도가 빠르다는 장점이 있다. 하지만 단점도 있다.

한 파형에 많은 데이터를 넣기 위해서는 그만큼 세밀한 phase와 amplitude의 변화가 필요하다. 예를 들어, 256QAM의 경우 한 파형에 256개의 구분되는 데이터를 넣는다고 생각하면 복잡도가 높아지겠는가??

 

영상 속 Modulation 장,단점 설명 그림

간섭이 심하거나, 파워가 약해지면 정확한 데이터를 보내기 힘들어 진다. 따라서 거리가 멀거나, 간섭이 심한 채널에서는 low modulation 방식을 채택하는 것이 신뢰성을 높일 수있다. 데이터를 적게 보내더라도 일단 통신이 되어야 modulation을 적용할 수 있으니..

 

추가공부

Q. 5G랑 연관지어서 고주파수에 높은 변조방식을 더하면 데이터를 많이 보낼 수는 있지만 그만큼 채널의 신뢰성이 떨어질 것 같은데.. 어떻게 해결할 수 있을까?

 

A. 결국 경로에 의한 간섭 문제, 파워 세기의 약화는 커버리지 안에 있는 여러 사람에게 신호를 보내려고 하기 때문에 일어나는 문제일 것이다. 따라서 빔포밍, Massive MIMO, Small cell과 같이 단일 UE에게만 집중되는 신호를 보내면 해결 할 수 있을 것 같다.

 

다음 포스팅은 3GPP에 대해 알아보겠다.

 

이 블로그는 수익형 블로그가 아니며, 개인 공부 기록을 위해 운영되는 블로그입니다.
원작자의 동의를 받고 출처를 밝히며 적습니다.

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=_KsxN2NkVfM&list=PLdjcO8otM2M-uJRGgmv3rHRqMInwHRwMd&index=17