자격증/정보통신기사

기본이론 - 정보전송(3) - AM, FM, FHSS

슈케르 2025. 4. 28. 20:43

아래 내용중 중요한 개념과 단어 설명은 TTA 한국정보통신기술협회 및 용어 설명 사이트를 참고하였습니다.

https://terms.tta.or.kr/main.do

http://www.ktword.co.kr/index.php

 

  1. Digital Modulation
  2. AM
  3. FM
  4. FHSS

 

1. Digital Modulation (디지털 변조)

기본이론 - 정보전송(1) 의 표를 다시 가져와 봤다. 

디지털 변조 방식을 잘 보자.



아날로그 변조 방식 디지털 변조 방식
연속 변조 AM (Analog Modulation)
FM (Frequency Modulation)
PM (Pulse Modulation)
QAM, SM, SSB

PDM : 펄스 폭 변조
   Pulse Duration Modulation
PPM : 펄스 위상 변조
   Pulse Position Modulation
PFM : 펄스 주파수 변조
   Pulse Frequency Modulation
 - 두 가지 레벨(1과 0)만을 사용하여 아날로그 신호를 표현하는 변조 방식
ASK(Amplitude Shift Keying)
OOK
   - 디지털 신호에 따라 반송파의 진폭을 변경
   - 구조가 간단
   - 저속

   - 잡음, 간섭에 약함
FSK(Frequency Shift Keying)
MFSK
   - 디지털 신호에 따라 반송파의 주파수를 변경
   - 잡음에 강하지만 대역폭이 더 필요
   - 중속
   - 잡음, 간섭에 강함
PSK(Phase Shift Keying)
BPSK, QPSK
   -
디지털 신호에 따라 반송파의 위상을 변경
   - 높은 신호 품질을 제공하며, 다양한 변형 방식이 존재
   - 중속

   - 잡음, 간섭에 강함
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)
16QAM, 64QAM
   -
반송파의 진폭위상동시에 변경하여 데이터를 전송
   - 효율성이 높아 고속 데이터 전송에 적합

   - 잡음, 간섭에 약함


MSK
TCM
CDMA
WCDMA
OFDM
SC-FDE
APSK
ΔΣ
CCK
불연속 변조 PWM : 펄스 폭 변조
    Pulse Width Modulation
PAM : 펄스 진폭 변조
    Pulse Amplitude Modulation
PNM : 펄스 수 변조
   Pulse Number Modulation
PCM : 펄스 부호 변조

DM : 델타 변조
DPCM

 

2. AM

carrier 주파수(반송파)의 진폭(Amplitude)을 analog 신호파에 따라 변화시키는 방식

 

3. FM

carrier 주파수(반송파)의 주파수(Frequency)를 analog 신호파에 따라 변화시키는 방식

   

 

출처: https://en.wikipedia.org/wiki/AM_broadcasting

 

비교 AM FM
장점 회로가 간단하다.
약전계에서도 수신이 가능하다.
원거리 전송이 가능하다.
잡음, 간섭에 강하다.
AM보다 신호 품질이 우수하다.
SNR이 AM보다 좋다.
단점 잡음, 간섭에 약하다.
SNR을 개선하려고할때 송신 전력이 커진다.
회로가 복잡하다.
넓은 대역폭이 필요하다.
Bandwidth
(대역폭)
BW = 2Fm

10Khz
BW = 2( Δ F + Fm) : 주파수편이 + 최대주파수

200Khz
변조지수 반송파를 어느 정도 변화시키며 원 정보 신호를 담아낼 수 있는 정도
 * a = (원래 정보신호의 최대 진폭 크기) / (반송파의 최대 진폭 크기)
 * 무차원 상수 임
 * 백분율일 경우에, 백분율 변조라고 함 
   백분율 = a x 100 %
   변조도가 1이라면 100% 변조이다.
 * 과변조를 피하기 위해, a < 1 이하로 유지해야 함 

* a = (최대주파수편이) / (신호의 최대주파수)
전송 전력 P = Pc + 2Psb
     (Pc : 반송파전력, Psb:측파대별 전력)
P, Ac
피변조파전력 Pm = Pc{1 + (m^2)/2} Pm = (Pc^2)/2  =  반송파의 평균전력
다중화방 FDMA FDMA + TDM

AM의 정상변조
AM 과변조

 

FM 주요 회로 설 명
프리엠파시스
(Pre-emphasis)
FM 송신기에 포함되는 회로.
- 신호 전송 과정에서 높은 주파수 성분이 감쇠되는 현상을 보완하기 위해,
  고주파 대역의 신호를 강조(증폭).
- 주파수에 따라 신호 전력을 조절하여
  신호 대 잡음비(SNR)를 향상시키는 것이 목적.
- 강조 정도는 일반적으로 50µs 또는 75µs의 시정수를 사용.
디엠파시스 (De-emphasis) FM 수신기에 포함되는 회로.
송신기에서 강조된 고주파 성분을 복원하여 원래의 신호 특성을 재현.
프리엠파시스와 정확히 반대되는 작용을 수행하여 신호 품질을 유지.
주파수 변별기
(Frequency Discriminator)
FM 수신기의 핵심 부품으로, FM 변조된 신호를 복조하는 데 사용.
- 변조된 주파수 신호를 입력받아 원래의 아날로그 신호로 변환.
- 주로 한 가지 유형인 포스터-실리(discriminator) 또는
  검파기(demodulator) 방식으로 구현.
AFC
(Automatic Frequency Control)
- FM 송수신기 모두에 사용될 수 있는 기술.
- 주파수 변동을 자동으로 조정하여 안정적인 반송파 주파수를 유지합니다.
- 송신기의 정확도를 높이고 수신기가 신호를 더 잘 포착하도록 돕습니다.
잡음 억제 회로
(Noise Limiter/Squelch)
- FM 수신기에 포함되어 있는 중요한 회로.
- 배경 잡음을 억제하거나 약한 신호를 차단하여
  사용자가 명확한 신호만 들을 수 있도록.
- 특히 수신 환경이 열악한 경우에 유용.
RF 필터 회로 - FM 송수신기의 신호 품질을 향상시키기 위해 사용.
- 불필요한 주파수를 차단하고 원하는 주파수 대역을 선택적으로 통과.
- 이를 통해 송신기의 효율을 높이고, 수신기의 신호 품질을 개선.
IF 필터 회로 - FM 수신기에서 사용되며, 중간 주파수 대역의 불필요한 신호를 제거.
- 원하는 주파수 대역의 신호를 선택적으로 증폭하며 신호의 잡음비를 향상.
컴포넌트 필터링
(Component Filtering)
- 높은 주파수 또는 특정 잡음을 더 세밀하게 제거할 수 있는 필터링 시스템.
- 수신기의 신호 처리 단계에서 구현되며, 주파수 구분 능력을
  높이는 데 중요한 역할.

 

 

4. FHSS (Frequency-hopping spread spectrum, 주파수 도약 확산 스펙트럼)

  - 정해진 시간에 따라 주파수를 이동하면서 통신하는 방법.

  - 반송파 주파수가 일정하지 않고 마치 토끼처럼 깡충깡충 뛴다고 해서

    ‘주파수 도약’이라고 한다.

  - 최근 군사용 무전기나 레이더는 주파수 도약 방식을 사용

    적의 전파 방해나 도청으로부터 보호하는 대전자전 기능을 갖고 있다.

  - 의사랜덤성 부호계열에 의해 정해진 패턴에 따라 불연속적으로 반송파 주파수

    편이시킴 여러 주파수들을 무작위로 호핑하며(여기저기 뛰어다니며) 전송

 

  1) 동기화 필요
    - 송신부와 수신부는 같은 시간대에 같은 주파수에 위치토록 동기화가 필요하게됨
      즉, 수신측은 신호를 수신하기 위하여 송신시 사용한 호핑 코드와 동일한 코드를
      이용하여 특정 시간에 특정 주파수로 튜닝하여야 함
  2) 전파방해나 잡음간섭에 강인
     - 전파방해나 잡음간섭을 최대한 방지하고, 같은 주파수를 사용하더라도 호핑 코드만
       다르면 여러 확산대역 시스템을 동일 장소에 사용 가능
  3) 동일 지역에서 서로 다른 도약 시퀸스(Hopping Sequence,의사랜덤수열)에 의해
     네트워크를 분리 가능
  4) 저가 생산 운용
     - 부품이 상대적으로 저렴하고 높은 출력을 요구하지 않음

  5) 주요 응용
     - WLAN : 무선랜 초기의 802.11 물리계층
     - WPAN : Bluetooth
     - 재밍에 강한 내성이 필요한 군용