디지털 변조는 비트 묶음을 유한한 반송파 상태에 대응하며, ASK는 진폭을, PSK는 위상을 바꾸고 수신기는 잡음이 섞인 관측을 기준 심볼과 비교해 판정한다.
비트 경계의 직각 변화는 이상화다. 실제 송신에서는 대역 제한 필터를 쓰며 수신기는 잡음 속에서 심볼 시간을 맞추고 상태를 판정한다.
비트열 1 0 1 1을 네 구간으로 나누고, 왼쪽 ASK에서는 1 구간에 큰 진폭 반송파와 0 구간에 무신호를, 오른쪽 BPSK에서는 모든 구간의 진폭은 같되 0과 1 사이에서 위상이 180도 달라지는 파형을 비교한 두 패널 그래프
두 패널 모두 0~25, 25~50, 50~75, 75~100의 네 구간에 비트 1, 0, 1, 1을 대응한다. ASK 패널은 1 구간에서 진폭 1의 반송파가 나타나고 0 구간은 기준선에 머문다. BPSK 패널은 모든 구간의 진폭이 같지만 비트 0 구간은 비트 1 구간과 시작 위상이 반대다. 경계의 순간 변화는 원리 설명을 위한 이상화이고 실제 송신 파형은 필터로 매끄럽게 제한된다.
디지털 변조는 비트 묶음인 심볼을 반송파의 진폭(ASK)이나 위상(PSK) 상태에 대응해 전송하고 수신기가 기준점과의 거리로 심볼을 판정하는 기술이다.
심볼 정보를 반송파의 진폭 상태에 싣는 ASK와 위상 상태에 싣는 PSK의 작동 원리와 민감 요인을 대조한다.
| 구분 | ASK | PSK |
|---|---|---|
| 정보를 싣는 물리량 | 반송파의 진폭 상태를 달리해 심볼을 나타낸다 | 기준 반송파와의 위상 상태를 달리해 심볼을 나타낸다 |
| 대표적인 이진·다진 방식 | 반송파 유무나 두 진폭을 쓰는 이진 ASK와 M진 ASK가 있다 | 두 위상을 쓰는 BPSK와 네 위상을 쓰는 QPSK, 여덟 위상의 8PSK가 있다 |
| 파형과 성상도 특징 | 구간별 파동의 높이가 달라지며 기준점의 진폭 크기가 구별된다 | 진폭이 같으면 성상도에서 같은 반지름 원 위의 각도로 점이 나뉜다 |
| 주요 취약 요인 | 채널 감쇠나 진폭 잡음이 판정 임계값을 직접 흔든다 | 위상 회전이나 다중경로, 동기 오차가 결정 영역 이탈을 부른다 |
가상 사례(hypothetical)로, 같은 평균 송신 전력과 심볼율을 쓰는 무선 장비에서 변조 방식을 네 위상 상태인 QPSK에서 여덟 위상 상태인 8PSK로 바꾸었다고 하자.
상태 수 M이 4에서 8로 늘어나면 한 심볼에 실리는 비트 수는 2비트에서 3비트로 증가한다. 하지만 같은 반지름 원 위에 찍히는 기준점 개수가 두 배가 되어 점 사이 거리가 가까워지므로, 잡음이 심한 채널에서는 인접한 영역으로 잘못 판정될 위험이 커진다.
기억할 것: 고차 변조는 심볼당 비트 수를 늘리지만 같은 전력에서는 성상도 점 간격이 좁아져 잡음에 더 취약해진다.
가상 사례(hypothetical)로, 'BPSK 파형에서 비트가 바뀌는 경계에 파형의 모양이 뒤집히는 것은 심볼에 따라 반송파의 주파수를 바꾸었기 때문이다'라는 선지가 제시됐다고 하자.
BPSK는 같은 진폭과 같은 주파수의 반송파를 쓰면서 두 심볼 상태를 180도 위상 차이로 구분하는 방식이다. 경계에서 파형 부호가 뒤집혀 보이는 것은 주파수가 바뀐 것이 아니라 위상이 반전된 것이므로 틀린 선지다.
기억할 것: BPSK 파형이 경계에서 뒤집히는 모양은 주파수 변화가 아니라 180도 위상 반전임을 기억한다.
M진 변조의 심볼당 비트 수 계산(log₂M), 파형 구간 판독, 성상도에서의 점 간 거리와 오류율의 맞바꿈 관계를 묻는 핵심 소재로 쓰인다.
함정: 비트율과 심볼율을 항상 같다고 놓거나, 상태 수 M을 키우면 전력과 잡음 조건에 상관없이 무조건 통신 품질과 속도가 모두 좋아진다고 서술한다.
정답: 2,000비트/초
QPSK는 상태 수 M이 4이므로 한 심볼당 log₂4 = 2비트를 담는다. 따라서 초당 1,000심볼이면 2,000비트/초가 된다.
디지털 변조는 비트 묶음인 심볼을 반송파의 유한한 상태에 대응해 채널로 보내는 과정이다. ASK는 진폭 상태를, PSK는 위상 상태를 바꾸어 정보를 나타낸다. 수신기는 잡음이 더해진 관측값을 미리 정한 기준점과 비교해 가장 가능성 높은 심볼을 결정한다. 심볼 상태 수, 전력, 대역폭, 잡음 사이에는 서로 맞바꾸는 관계가 있다.1
M진 변조는 한 심볼 구간마다 M개 후보 파형 가운데 하나를 보낸다. M이 2의 거듭제곱이면 심볼 하나가 log₂M개의 비트를 나타낸다. BPSK는 두 상태로 1비트, QPSK는 네 상태로 2비트, 8PSK는 여덟 상태로 3비트를 한 심볼에 담을 수 있다. 비트율과 심볼율은 같은 말이 아니며, 한 심볼에 여러 비트를 싣는다면 비트율이 더 크다.2
샘플링·양자화·부호화가 원 정보를 비트열로 바꾸면 변조기는 비트 묶음을 파형으로 매핑한다. 통신 시스템과 주파수 대역의 채널을 지난 뒤 복조기는 동기와 채널 특성을 추정하고 관측점을 심볼 후보에 대응한다.
이진 ASK에서는 비트 1에 큰 진폭의 반송파를, 비트 0에 작은 진폭이나 무신호를 대응할 수 있다. 파동의 높이를 비교하면 되므로 원리는 단순하지만 채널의 감쇠나 진폭 잡음이 판정 기준을 직접 흔든다. 수신기가 멀어져 전체 진폭이 줄어든 경우와 0 심볼을 보낸 경우를 구분하려면 동기·임계값·채널 추정이 필요하다.3
ASK가 반드시 ‘0이면 완전한 0, 1이면 하나의 고정 진폭’인 것은 아니다. 여러 진폭 상태를 쓰는 M진 ASK도 있고, 실제 파형은 필터링 때문에 비트 경계에서 갑자기 직각으로 끊기지 않는다.
BPSK는 보통 같은 진폭·주파수의 반송파 두 개를 180도 다른 위상으로 구분한다. 비트가 바뀌는 경계에서 파형의 부호가 뒤집힌 것처럼 보인다. QPSK는 네 위상을 사용해 한 심볼에 2비트를 담는다. 성상도에서는 같은 반지름 위의 점들이 각도 방향으로 나뉜다.4
PSK는 진폭이 아니라 기준 반송파에 대한 위상 차이가 정보다. 따라서 수신기가 위상 기준과 심볼 시간을 맞추는 동기 과정이 중요하다. 위상 회전이나 다중경로가 크면 관측점이 다른 결정 영역으로 넘어가 오류가 난다.
성상도는 각 심볼을 동상 성분 I와 직교 성분 Q의 평면 위 점으로 나타낸다. 잡음이 없으면 정해진 기준점에 도달하지만 실제 관측은 주변으로 흩어진다. 수신기는 보통 가장 가까운 기준점을 선택한다. 같은 평균 전력에서 점 사이 거리가 멀수록 잡음이 있어도 구별하기 쉽다.5
M을 키우면 한 심볼에 더 많은 비트를 실을 수 있지만, 같은 전력과 대역 조건에서는 점이 촘촘해져 오류에 취약해질 수 있다. 송신 전력을 높이면 오류율을 줄일 여지가 있지만 전력 소모와 간섭이 커진다. ‘고차 변조=언제나 더 빠르고 더 좋다’가 아니라 채널 상태에 맞춰 선택한다.
비트열과 파형을 볼 때 심볼 구간을 먼저 나눈다. ASK는 구간별 진폭 높이, BPSK는 같은 진폭에서 위상 반전 여부를 본다. 파형이 0선을 지나는 순간만 세어 주파수를 판정하면 위상 경계를 주파수 변화로 오인할 수 있다.
M진 계산에서는 심볼당 비트 수=log₂M을 적용한다. QPSK 1,000심볼/초라면 이상적 매핑 정보율은 2,000비트/초다. 실제 순전송률은 오류정정부호·동기·제어 정보 때문에 달라질 수 있다.
| 구분 | ASK | PSK |
|---|---|---|
| 정보 상태 | 진폭 | 위상 |
| 대표 이진형 | OOK·2ASK | BPSK |
| 주요 민감 요인 | 감쇠·진폭 잡음 | 위상 오차·동기 |
| 공통점 | 유한한 심볼 후보를 수신기가 판정 | 유한한 심볼 후보를 수신기가 판정 |
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