변조를 하는 이유

개요

변조(變調)는 정보를 효과적으로 저장하거나 전송하기 위해 전기적 신호를 변환하는 과정입니다.

이는 정보 신호를 고주파수의 반송파(carrier wave)에 실어 보내는 것으로, 반송파의 진폭, 주파수, 위상 등을 변화시켜 정보를 전달합니다.

변조를 수행하는 장치를 변조기(modulator), 반대로 변조된 신호에서 원래 정보를 추출하는 과정을 복조(demodulation)라 하며, 이를 수행하는 장치를 복조기(demodulator)라고 합니다.

변조기와 복조기의 기능을 모두 수행하는 장치는 모뎀(modem)이라고 불립니다.

 

변조의 필요성

변조가 필요한 이유는 다음과 같습니다:

1. 장거리 전송: 낮은 주파수의 신호는 에너지가 적어 장거리 전송 시 감쇠가 크지만, 높은 주파수의 반송파에 실어 전송하면 에너지가 증가하여 장거리 전송이 용이해집니다.
2. 다중화: 여러 개의 신호를 각각 다른 반송파 주파수에 실어 하나의 전송 매체를 통해 동시에 전송할 수 있습니다. 이를 통해 주파수 분할 다중화(FDM)나 시분할 다중화(TDM) 등이 가능해집니다. 
3. 안테나 크기 감소: 안테나의 길이는 수신하려는 신호의 파장에 비례합니다. 주파수가 높을수록 파장이 짧아져 안테나의 크기를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 3kHz 신호를 직접 전송하려면 약 25km 길이의 안테나가 필요하지만, 900MHz의 반송파를 이용하면 약 8cm의 안테나로도 충분합니다. ​
4. 잡음 및 간섭 감소: 변조를 통해 신호의 주파수를 전송 매체의 특성에 맞게 조정하면 잡음과 간섭의 영향을 줄일 수 있습니다.

변조의 종류

변조는 전송하고자 하는 신호의 형태와 반송파의 특성에 따라 다음과 같이 분류됩니다:

1. 아날로그 변조: 아날로그 신호를 아날로그 반송파에 실어 전송하는 방식입니다.​
   • 진폭 변조(AM, Amplitude Modulation): 반송파의 진폭을 정보 신호에 따라 변화시키는 방식입니다. 라디오 방송 등에 사용됩니다. ​
   • 주파수 변조(FM, Frequency Modulation): 반송파의 주파수를 정보 신호에 따라 변화시키는 방식입니다. FM 라디오 방송 등에 사용됩니다.
   • 위상 변조(PM, Phase Modulation): 반송파의 위상을 정보 신호에 따라 변화시키는 방식입니다.
2. 디지털 변조: 디지털 신호를 아날로그 반송파에 실어 전송하는 방식입니다.​
   • 진폭 편이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying): 디지털 정보 신호에 따라 반송파의 진폭을 변화시키는 방식입니다. ​
   • 주파수 편이 변조(FSK, Frequency Shift Keying): 디지털 정보 신호에 따라 반송파의 주파수를 변화시키는 방식입니다.
   • 위상 편이 변조(PSK, Phase Shift Keying): 디지털 정보 신호에 따라 반송파의 위상을 변화시키는 방식입니다. ​
   • 직교 진폭 변조(QAM, Quadrature Amplitude Modulation): 반송파의 진폭과 위상을 동시에 변화시켜 정보를 전송하는 방식으로, 고속 데이터 통신에 사용됩니다.

     

3. 펄스 변조: 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 방식입니다.​
   • 펄스 부호 변조(PCM, Pulse Code Modulation): 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화하여 디지털 신호로 변환하는 방식입니다.
   • 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation): 펄스의 폭을 정보 신호에 따라 변화시키는 방식입니다. ​
   • 펄스 진폭 변조(PAM, Pulse Amplitude Modulation): 펄스의 진폭을 정보 신호에 따라 변화시키는 방식입니다. 
   • 펄스 위치 변조(PPM, Pulse Position Modulation): 펄스의 위치를 정보 신호에 따라 변화시키는 방식입니다. ​