3장 변조의 개념
3.1 변조의 정의
무선
통신에서
전송하고자
하는
신호를
전자기파(Radio
Frequency)로 변환시켜 공중을 통해 전송하는 방식으로 사전에 신
호를
적절한
방법으로
조작한
다음
전송하며
이를
변조
(Modulation)라고 한다. 주로 변조 방식에 따라 통신 시스템의 전
송 통신방식 및 전송 용량이 결정된다. 여기서 변조란 전송하고자
하는 신호를 주어진 다양한 통신 채널(매체)에 적합하도록 처리하
는 과정으로 요약할 수 있다.
- 통신 시스템에서 신호를 변조하는 이유
∙ 안테나의 방사 효율 증대
∙ 다중화 및 잡음에 대한 내구성 증대
- 변조 방식은 아날로그 변조 방식과 디지털 변조 방식으로 분류
- 아날로그 변조 방식의 정의
∙통신방식의 종류로는 진폭 변조, 각 변조, 펄스 변조 등이 있다.
아날로그 변조 방식에서는 반송파의 진폭, 주파수, 위상 부분에
아날로그 신호의 변화량으로 정보신호를 실어 보내는 변조 방식
∙정보 신호가 반송파를 변조시키는 부분에 따라서 진폭 변조
(Amplitude
Modulation),
주파수
변조(Frequency
Modulation), 위상 변조(Phase Modulation)라고 부른다.
- 무선 통신에서는 전송하고자 하는 신호는 아날로그 형태의 전자
기파로 변환되고 증폭되어 안테나를 통해 방사된다. 이 때 방사
효율이 최대로 되는 안테나의 크기는 전송 신호의 주파수에 따라
결정된다. 만약 안테나 크기가 크다면 통신 시스템의 사용 편리성
및 효율성은 저하되게 된다.
3.2 아날로그 변조 방식의 종류
- 진폭 변조(Amplitude)
∙DSB-LC(Double Side Band-Large Carrier) : 반송파가 있는
양측대파 변조 방식으로 상업용 AM 방송에 사용됨
∙DSC-SC(Double Side Band-Suppressed Carrier) : 반송파
억압 양측파대 변조 방식으로 일반적으로 DSB라고 불림
∙SSB(Single Side Band) : 단측파대 변조
∙VSB(Vestigial Side Band) : 잔류 측파대 변조
- 각도 변조(Angle Modulation)
∙FM(Frequency Modulation) : 주파수 변조
∙PM(Phase Modulation) : 위상 변조
- 변조는 주파수 공간으로 신호를 전송하기 위해 시간영역에서 수
행하는 방법이므로 AM, FM, PM의 시간영역에서의 정의는 다음
과 같다.
(1) AM, FM, PM의 시간영역에서의 정의
- AM, FM, PM 신호는 정보신호
주파수, 위상을 변조시킨다.
의 크기에 따라 반송파의 진폭,
!"#$
- 반송파가 % ∙'(!)'# 일 때 AM 신호의 수학적 표현
*%+ "# $ , -% . ! "# $/cos)'#
- 반송파가 % ∙'(! -3' "# $/일 때 FM과 PM 신호의 수학적 표현
#
*4+ "# $ , % ∙'(! -)'# . 35 . 67
8 ! "9 $:9/
#5
*;+ "# $ , % ∙'(! -)'# . 35 . 6<! "# $/
- 통신 시스템에서 전송하고자 하는 신호 * "# $ , sin?( #가 있다고 가
정하자. 신호 주파수 7((?( , @A7( )보다 훨씬 높은 정현파 주파수
7' (?' , @A7')를 곱해보면 * "# $ 대신 * "# $cos?' # 를 전송하게 된다.
수신측에서는 신호 * "# $cos?' #가 수신되므로 다시 cos?' #를 다시
곱하여 저역통과 필터를 통과시키면 다음과 같이 원래의 신호 *"# $
를 쉽게 얻을 수 있게 된다.
1
1
x(t ) + x(t ) cos 2wc t
2
2
1
æLPF
æ
æÆ = x(t )
2
x(t ) cos wc2t =
- 변조의 정의에서 알 수 있듯이 전송 신호에 높은 주파수의 정현
파를 곱하여 전송함으로써 현실성 있는 안테나를 사용할 수 있으
며 동시에 수신측에서는 같은 주파수의 정현파를 다시 곱함으로써
원래 신호를 찾아낼 수 있다. 이 작업을 복조라고 한다.
- 변조와 복조 과정에서 사용되는 cos?' #의 정현파는 신호의 전송을
용이하게 하므로 반송파(carrier)라 하며 그 주파수를 반송파 주파수
(carrier frequency)라고 한다.
- 푸리에 변환의 성질 중에서 변조/천이 성질은 반송파를 곱하는
변조 작업은 바로 주파수상의 천이 작업이다. 복조 역시 다음과
같은 주파수상의 천이 작업이며 그 결과를 저역통과 시킴으로써
C"?$
*"#$
성분, 즉 B 를 얻을 수 있다.
B
@
@
C"? D ?'$ C"? . ?'$
4 -*"#$∙ cos"?'#$/ , B . B
@
@
3.3 양측파대 변조 신호
- 음성이나 텔레비전의 영상, 디지털 데이터 등 정보를 포함하는
신호는 대체로 유한하고 낮은 주파수 대역으로 제한되어 있으며
기저대역 신호(Base Band Signal) 혹은 간단히 저역 신호라 부
른다.
- 정보 신호를 변조 신호(Modulation Signal), 변조를 받은 반송
파를 피변조 신호(Modulated Signal)라고 한다.
- 변조 신호가 E7E≤ 7G 으로 대역 제한되어 있을 때 7G 을 최고 변
조 주파수라고 하며 전화 음성에서는 7G =3.4[KHz] 정도이다.
- 양측파대 변조는 변조 신호 G "# $와 변조 신호에 포함되어 있는 최
고 주파수 7G보다 충분히 높은 단일 주파수를 가지는 정현 반송파
cos@A7'#와의 곱을 수행하는 방식이다.
- 양측파대 변조 DSB(Double Side Band Modulation) 신호의 표현
식은 다음과 같다.
HIJK "# $ , G"# $cos@A7'#
- 변조 신호 G"#$의 푸리에 변환을 +"7$라고 하면 DSB 신호의 푸
리에 변환, 즉 주파수 스펙트럼의 밀도는 다음과 같다.
M
LIJK "7 $ , B -+ "7 D 7' $ . + "7 . 7' $/
@
- 위 식에서 DSB 변조에 의해 변조 신호의 주파수 스펙트럼의 크
기는 1/2배가 되고 반송파의 주파수 위치로 평행 이동된다는 것을
알 수 있다.
- DSB 변조의 파형과 주파수 스펙트럼의 밀도의 관계는 다음과
같다.
M( f)
m( t)
0
t
- fm
0
f
fm
( a) 정보 신호
v DSB( t)
0
V DSB( f)
½M( f+ fc)
t
- f c - f m - f c - f c+ f m
2f m
0
f c- f m
½M( f- fc)
fc
f c+ f m
2f m
( b) DSB 신호
그림 3.1 DSB 신호 파형과 주파수 스펙트럼 밀도
f
- DSB 신호의 스펙트럼은 반송파 주파수 7'의 상하에 대칭되게 분포
되어 있는데 각각 상측파대(Upper sideband : USB), 하측파대
(Lower sideband : LSB)라고 부른다.
- DSB 신호를 전송하기 위해서는 변조 신호의 최고 주파수의 2배
에 해당하는 @7G 의 대역을 필요로 한다.
- DSB 변조에서 반송파는 변조 신호를 선형 이동시키는 역할을
하는 보조 신호이고 반송파 그 자체는 출력으로서 나타나지 않는
다. 따라서 DSB 변조는 반송파 억압 양측파대(DSB-SC) 변조에
해당된다.
- DSB 변조기는 승산기 구조로써 입력에 변조 신호와 반송파를
가해 이들의 곱을 출력으로 뽑아내어 DSB 신호를 만든다.
입력
출력
DSB 신호
v DSB( t) = m( t) ws2π f ct
cos2π fct
반송파
그림 3.2 DSB 신호의 발생
- 수신기에서 피변조 신호로부터 변조 신호를 복원하여 원래의 정
보 신호를 빼내는 조작을 복조 혹은 검파라 한다.
- DSB 신호의 경우에는 수신기에서 변조 과정에서 잃었던 반송파
와 동일한 주파수와 동일한 위상을 가지는 국부 발진파를 재생하
여 수신된 DSB 신호와 곱을 취함으로서 복조를 수행한다. 이러한
과정을 동기 검파 또는 코히어런트 검파라고 부른다. DSB 신호의
복조에는 승산기와 저역 필터로 이루어지는 승적 검파기가 사용된
다.
- 전파 전송에 따르는 일정한 위상 지연은 고려하지 않은 수신된
DSB 신호의 표현식은 다음과 같다.
HIJK "# $ , G"# $cos@A7'#
- 수신된 HIJK "# $에 다음의 국부 발진 반송파 '"# $을 곱한다.
'"# $ , cos@A7'#
- 위 과정을 정리하면 다음과 같다.
HIJK "# $' "# $ , G "# $cos@@A7'#
M
M
, B G "# $ . B G "# $cosNA7'#
@
@
- 수신된 DSB 신호의 스펙트럼 밀도는 다음과 같다.
M
M
LIJK "7 $⊗P"7 $ , B + "7$ . B -+ "7 D @7' $ . + "7 . @7' $/
@
N
- 위 식에서 우변의 첫 번째 부분의 스펙트럼은 변조 신호이고 두
번째 부분의 스펙트럼은 주파수 @7' 의 양측에 집중하고 있다.
- 승산기 다음에 차단 주파수가 7G인 저역 필터를 통과시키면 원하
는 변조 신호를 빼낼 수 있다.
저역
필터
수신 DSB 신호
출력신호
m(t)
2
국부 반송파
( a) 승적 검파기
이상 저역필터의 특성
M( f )
2
- 2f c- f m - 2f c - 2f c+ f m - f m
½M ( f)
0
fm
2f c- f m 2f c 2f c+ f m
f
( b) 복조측의 주파수 스펙트럼 밀도
그림 3.3 DSB 신호의 동검파와 주파수 스펙트럼 밀도
- 동기 검파에서는 승적을 위해 수신기에서 발생시키는 국부 발진파
의 주파수와 위상은 변조에 이용했던 반송파의 주파수와 위상과 정
확히 일치하도록 제어해야 한다.
- 수신 DSB 신호에 국부발진 신호의 주파수가
∆7 만큼
위상이
∆Q
만큼 어긋난 경우의 국부 발진 신호 '"# $는 다음과 같다.
'"# $ , cos-@A "7' . ∆7 $# . ∆Q /
- '"# $가 DSB 신호와 곱해진 경우, 저역필터의 출력 신호는 다음과
같다.
M
H( "# $ , B G"# $cos"@A∆7# . ∆Q$
@
- 위 식에서
∆7를
주파수 옵셋,
검파기 출력은 주파수
∆7로
∆Q를
위상 옵셋이라고 하며 동기
완만하게 변동한다.
- 국부 발진 신호와 수신 반송파의 주파수가 완전히 일치하고 위
상만이
∆Q만큼
차이가 나면 동기 검파기의 출력은 위 식에서
=0라고 하고 저역필터의 출력 신호는 다음과 같다.
M
H5 "# $ , B G"# $cos∆Q
@
∆7
- 위 식에서 정보 신호는 왜곡 없이 재생되지만 출력은 cos∆Q가 곱
해진 만큼 감소하게 된다.
만약
∆Q ,
RA
"R , ±MT UT VT∙∙∙$가 되면 DSB 신호의 복조 출
B
@
력은 전혀 나타나지 않는다.
- 따라서 DSB 수신기는 국부 발진 신호와 수신 반송파와의 동기
유지가 엄격하게 요구되므로 복잡하고 고가의 제품이 되는 경향이
있다. 동기 검파에 필요한 반송파는 수신 DSB 신호로부터 반송파
재생회로를 이용하여 발생시키거나 혹은 작은 레벨의 파일럿 반송
파를 DSB 신호와 함께 전송하고 수신기에서 이 파일럿 반송파를
분리한 다음 증폭함으로서 재생하고 있다.
- DSB 변조는 텔레비전의 칼라 신호의 전송, FM 스테레오 방송
의 베이스밴드 신호 발생 과정 등에 이용되고 있다.
3.4 진폭 변조 신호와 복조 방식
- DSB 변조 방식에서 수신기 국부 발진기의 동기화를 위해 송신
측에서는 변조되지 않은 반송파를 별도로 전송할 수 있다. 반송파
가 삽입된 피변조 신호를 H%+"#$라고 하면 진폭 변조 신호는 다음
과 같이 표현될 수 있다.
H%+ "# $ , - % . G"# $ /cos@A7'#
, % ∙'(!@A7'# . G"#$∙ cos@A7'#
, % ∙ '(!@A7'# . HIJK "# $
- 여기서 % ∙'(!"?'#$ 부분이 송신측에서는 변조되지 않은 반송파를
별도로 추가하여 전송하는 부분이고 나머지는 앞에서 다룬 DSB 변
조 신호 HIJK"#$이다.
- AM 신호의 스펙트럼 파형은 DSB 신호의 스펙트럼 파형에 반송
파 스펙트럼을 추가로 합한 것과 같다. 추가로 삽입된 반송파는
아무런 정보도 들어 있지 않으며 수신기의 검파를 도와준다. 하지
만, 추가로 삽입된 반송파는 전체 통신 시스템의 전력을 낭비하는
문제로 작용한다.
- 추가로 삽입된 반송파가 수신기의 동기 검파를 돕는 것이 전부
라면 반송파의 진폭 A를 가능한 한 작게 하는 것이 유리하다.
ø
x ( t)
DSB ( t) =
x ( t) cos w ct +
ø
A M ( t) =
+
A cosw ct
A
cos w ct
스펙트럼
반송파
성분
X ( w)
LSB
0
W
W c- W
USB
Wc
W c+ W
w
그림 3.4 AM 변조 신호의 특성
{ x ( t) + A } cosw ct
- 추가 반송파의 진폭 A를 변조 신호 G"#$의 크기에 비해 크게 하면
동기 검파가 필요 없이 간단한 포락선 검파(envelope detector)가
가능해진다.
- 피변조 신호 H%+"#$의 포락선이 G"#$+A이므로 G"#$와 A의 상대적
인 크기에 따라 포락선 형태가 변화됨을 예측할 수 있다.
- 반송파와 변조 신호 *"# $의 상대적인 크기가 포락선에 미치는 영향
을 구체적으로 나타내기 위해 다음과 같은 변조도(modulation
index) m을 정의한다.
DSB 신호의 최대 진폭
G, B
반송파의 최대 진폭
- 위 식에서 변조도 G , M인 경우는 피변조 신호의 포락선과 변조
신호의 포락선이 일치하므로 포락선 검파가 가능하며 반대로 G Z M
인 경우를 과변조라 하며 포락선이 변조 신호와 달라지므로 포락선
검파가 불가능하다.
(1) AM 변조 회로 동작
- 진폭 변조와 주파수 성분
∙반송파 :
L' , L'Gsin@A7'# "L'G [
반송파의 최대값T
7' [ 반송파의
주파수 $
∙신호파 :
L! , L!Gcos@A7!# "L!G [
신호파의 최대값T
7! [
신호파의 주파수 $
∙진폭 변조파 :
L%+ , "L'G . L!Gcos@A7!# $sin@A7'#
, L'Gsin@A7'# . M\@L!Gsin@A "7' . 7! $# . M\@L!Gsin@A "7' D 7! $#
"7' [ 반송파
주파수T 7' . 7!
[
상측차 성분T 7' D 7!
[
하측파 성분 $
TR
L
c
fc
RL
Vo
반송파
Vc
C E1
C E2
+
E
신호파
F s[ H z]
Vs
Vs
VE
VE
E
E
vo
0
t
그림 3.5 AM 회로도 및 출력파형
성분의 크기 V
(2) 주파수 스펙트럼
f s[ Hz] 의 신호파를
f c[ Hz] 의 반송파로
진폭 변조 했을
때의 스펙트럼선도
V cm
V sm/2
f c- f s
fc
f c+ f s
포함된 주파수 성분 f
그림 3.6 주파수 스팩트럼 선도
(3) 점유 주파수 대역폭
- 하측파대에서 상측파대까지 피변조기파가 점유하는 주파수 대역
∙K , @7!G "단T 7!G [ 신호파의
V
최대주파수$
2f sm
V cm
V sm/2
f c- f sm
f c- f so f c f c+ f so
그림 3.7 점유대역폭
f c+ f sm
(4) 변조도
V sm
V cm
B
진폭 변조파
( b)
( a)
그림 3.8 AM 변조도
A
L!G
%DK
G , B , B × M55 -^ /
L(G
% .K
- 변조도 : 변조의 정도를 의미
∙G _ M : 이상 없음
∙G , M : 100[%] 변조
∙G Z M : 과변조 → 위상반전, 일그러짐이 생김, 순간적으로 음이
끊김
(5) AM 복조 회로
- 진폭 복조 회로
∙복조 : 변조파로부터 신호파를 얻어내는 것
신호파는 반송파의 주파수를 임의로 변화시켜도 변조파
에 접해 있는 곡선 즉, 변조파의 포락선과 일치
- 포락선 복조회로(지선 복조 회로)
vi
R
C
vo
출력
입력
그림 3.9 포락선 검파 회로
∙다이오드의 전압 전류 특성의 직선 부분을 이용하도록 입력 전
압을 충분히 크 게 하여 복조하는 방식
∙입력 전압의 피크가 증대할 때 출력전압이 입력 전압의 포락선
에 충실히 따르려면 시정수 RC(R : 저항, C : 콘덴서)를 크게
해주어야 함
∙비직선에 의한 일그러짐이 작다.
- 제곱 복조 회로(자승 검파 회로)
∙비직선 소자의 제곱 특성을 이용한 복조 방식
∙직선 검파기에 비해 검파 능률이 낮고 일그러짐도 크기 때문에
특수한 경우만 사용 → 비교적 진폭이 작은 진폭 변조파의 복조
에 사용
3.5 포락선 검파
비용이 많이 들고 복잡한 동기 검파를 대신할 수 있는 매우 간단
한 검파 방식이 포락선 검파이다. 포락선 검파의 문제는 입력 파형
의 포락선을 직접 찾아내는 회로를 구성하는 것이다. 포락선 검파
회로의 구성은 매우 간단하며 AM 수신기의 가격을 낮추기 위해
AM 상업용 방송에 채택되고 있다.
v i( t)
C
0
t
V i( t)
v o( t)
( a)
v o( t)
( b)
v o( t)
0
t
( c) RC값이 정확할 때
R
v o( t)
0
t
( d) RC값이 클 때
0
t
( e) RC값이 작을 때
그림 3.10 RC 값에 따른 포락선 검파 출력
- 포락선 검파기 동작원리
∙포락선 검파기의 동작은 다이오드가 동작(on)하는 동안은 다이
오드의 순방향 저항의 값은 매우 낮으나, 다이오드가 불통(off)
상태가 되면 역방향 저항의 값은 매우 크므로 반송파의 양(+)과
음(-)값에 따라 빠른 충전 시간과 느린 방전시간을 갖는다.
∙방전 시간은 커패시터와 병렬로 연결된 저항에 의하여 결정되므
로 시정수 9 , `P에 따라 포락선의 모양이 결정된다.
∙포락선 검파기에서는 복조하고자 하는 신호에 알맞은 시정수를
선택하는 것이 중요하며 검파된 파형을 저역통과필터에 통과시키
면, 불필요한 고조파 성분이 제거된다. 또한 검파 출력에 포함된
직류성분은 결합 캐패시터에 의해 제거된다.
∙포락선 검파기는 간단하고, 효율적이며, 가격이 저렴하므로
DSB-LC 신호를 검파하는데 널리 사용한다. 포락선 검파기를
DSB-SC 신호의 복조에도 사용할 수 있으나, DSB-SC 신호에
는 반송파가 없으므로 수신기에서 반송파를 재생하여야 한다. 이
러한 형태의 수신기를 반송파 주입 수신기라고 한다.
3.6 단측파대 변조 신호
- 일반적인 AM 변조의 경우 대역폭이 W인 신호파가 변조되면
2W로 대역폭이 늘어나게 된다. 이것은 원래 신호 파형이 가지고
있던 음의 주파수 성분, 즉 imaginary 성분이 주파수 대역을 이동
하면서 따라갔기 때문이다.
- 이러한 DSB 변조방식의 경우 주파수 효율이 나쁘기 때문에 어
느
한
쪽
주파수
대역을
잘라낸
AM
변조방법이
바로
SSB(Single Side Band) AM이다. 신호 주파수는 0점을 기준으
로서로 반대된 거울 같은 영상이기 때문에, 한 쪽만 있어도 모든
정보 전송이 가능하므로 상측파대 혹은 하측파대를 필터로 제거하
여 전송하게 된다.
- DSB 변조와 AM 에서는 전송 대역이 기저 대역의 두 배이며 반
송파를 중심으로 USB와 LSB가 서로 대칭적이다.
- DSB 변조 신호에서 두 측파대 중 한 쪽만 전송하여도 정보는
그대로 전송되며 한정된 주파수 대역에서 두 배 정도 더 많은 신
호를 다중화 하여 전송할 수 있다.
- 양측파대 중 한 쪽의 단측파대만 전송하는 방식을 단측파대 변
조라 하고 SSB (Single Side Band) 변조라고 부른다.
(1) SSB의 종류
- SSB는 일단 하측파대를 제거하느냐 혹은 상측파대를 제거하느
냐에 따라 두 가지로 분류되지만, 그 성능차이가 미미하기 때문에
대역 환경에 따라 사용자가 알아서 선택하게 된다.
- 반송파부분을 제거 유무에 따라서 세 가지의 SSB 방식이 존재
∙억압반송파 SSB : 반송파를 측파대 최대전력의 1/10000 이하로
억압하여 전송
∙저감반송파 SSB : 반송파를 측파대 최대전력의 1/100 이하로
저감시켜 전송
∙전반송파 SSB : 반송파를 전부 전송
(2) SSB의 특징
- 주파수대역이 좁아(DSB의1/2) 다중통신에 적합
- 반송파의 제거로 반송파에 의한 채널 사이의 혼변조가 제거
- 반송파가 제거되므로 송신기의 전력소비가 적음
- 신호의 수신인 경우 수신기의 복조는 동기검파를 수행해야 하므로
수신회로가 복잡
(3) SSB의 장단점
SSB가 DSB에 비해 가진 장점과 단점은 다음과 같다.
① 장점
∙주파수 이용효율이 높아진다.
∙적은 전력으로도 양질의 통신이 가능하다.
∙대역폭이 작아서 잡음영향이 줄어들어 SNR이 좋아진다.
∙전력효율이 좋다.
∙변조전력이 작아서 소형화가 쉽다.
② 단점
∙회로구성이 복잡해진다.
∙다단변조를 하게 되어 가격이 비싸진다.
∙복조기에 국부 발진기가 추가로 필요해진다.
∙동기가 잘 맞지 않으면 왜곡이 심해진다.
- AM 방식에서는 신호의 모든 정보가 변조된 신호의 양측파대에
포함되어 있으며 반송 수단인 반송파에는 정보가 포함되어 있지
않다. 따라서 반송파 전송에 소요되는 전력은 정보 전송과는 무관
하게 소모되는 전력이다.
- 양측파대 중 하나를 반송파와 함께 제거하게 되면 전송 대역폭
이 절반으로 줄어드는 것은 물론이고 동일한 신호를 전송하는데
필요한 전력도 AM 방식과 비교해 절감된다.
- SSB 신호를 발생시키는 가장 기본적인 방법은 SSB 필터를 이
용하여 DSB 신호의 스펙트럼 중 한 쪽 단측파대만 선택하는 것이
다.
반송파
하측파대
( L SB)
w c- w max
w c - w min
상측파대
( U SB)
wc
하측파대
( L SB)
w c- w max
w c - w min
w c + w min
w c + w max
w
w c + w max
w
w c + w max
w
상측파대
( U SB)
wc
w c + w min
상측파대
( U SB)
wc
w c + w min
하측파대
( L SB)
w c - w max
w c - w min
wc
w
그림 3.11 진폭 변조 방식의 전송 대역폭 비교
(a) AM (b) DSB (c) SSB(USB) (d) SSB(LSB)
DSB 발생
x ( t)
ø
DSB (
t)
ø
SSB (
t)
cosw ct
L SB
U SB
wc
0
w
600H z
L SB
0
U SB
wc
600H z
w
그림 3.12 필터 방법에 의한 SSB 신호의 발생
- SSB 파형의 포락선은 변조 신호와 상이하므로 포락선 검파가
허용되지 않으며 동기 검파 방식을 사용하여야 한다.
SSB 신호
ø
ø
DSB ( t)
LSB ( t)
x ( t)
v ( t)
cosw ct
LPF
국부 발진기
그림 3.13 SSB 신호의 동기 검파
- SSB 신호의 동기 검파 블록에서 반송파와 국부 발진기가 동기
된 상태에서는 SSB 신호를 정확히 복조할 수 있다. 그러나 SSB
신호에는 반송파에 대한 어떠한 정보도 들어있지 않기 때문에 정
확한 동기화가 쉬운 작업은 아니다. SSB의 동기 검파에서 동기화
에 따른 문제점을 해결하는 방안으로 송신측에서 SSB 신호와 함
께 반송파를 추가로 전송함으로써 수신기의 국부 발진기가 이를
기준으로 정확한 동기화를 잡게 된다. 이러한 방식을 파일럿 반송
파(pilot carrier) SSB 방식이라고 한다.
3.7 잔류 측파대 변조
DSB 신호의 한쪽 측파대만을 완전히 통과시켜서 SSB 신호를 발
생시키려면 차단주파수 특성이 매우 예민한 필터가 필요하다. 이러한
문제를 해결하기 위하여 SSB와 DSB의 절충 방식을 잔류측파대
(VSB : Vestigial Sideband) 통신방식이라고 한다.
- VSB 통신 방식은 SSB와 같이 한쪽 측파대를 완전히 제거하지
않고 한쪽 측파대의 일부를 남기도록 하는 필터를 사용한다.
- 주의할 사항은 하측대파에 있는 부분이 상측대파에서 제거된 부
분과 기(odd)대칭을 이루는 점이다.
- VSB 신호와 충분히 큰 반송파를 함께 전송하는 경우, 수신측에
서도 포락선 검파나 정류검파로 정보신호를 얻을 수 있다.
- TV 방송에서는 VSB의 영상신호와 큰 반송파를 포함하고 있으
므로 TV 수신기에서는 포락선 검파로 간단히 영상 신호를 얻을
수 있다. 따라서 이 방식은 SSB와 DSB의 장점만을 취하고 단점
은 하나도 취하지 않은 방식이다.
- 잔류 측파대는 선택성 페이딩(Selective Fading)에 대해서도 그
주파수 대역폭이 1/2이므로 SSB나 VSB는 DSB 보다 선택성 페
이딩의 영향을 적게 받는다. 참고로 TV 방송 신호의 스펙트럼을
도시하면 그림과 같다.
| H v ( f) |
u( f- f c)
fc
f
영상반송파
하측대파의
나머지
이상적인
수신기 특성
영상신호
1.25MH z
4MH z
음성
( FM)
색상버스트
0.75MH z
3.85MH z
4MH z
4.5MH z
6MH z
그림 3.14 TV 방송 신호의 스펙트럼
f
- SSB 방식이 DSB나 AM에 비해 유리한 점은 주파수 사용이 경
제적이라는 것이다. 동일한 정보를 전송함에 있어서 SSB는 DSB
나 AM에 비해 절반의 주파수 대역만이 필요하다.
- SSB의 단점은 송신기와 수신기의 구성이 복잡하다는 것이다. 이
러한 단점에도 불구하고 텔레비전 영상 신호와 같이 기저대역폭이
4.5MHz(전송대역폭은 9MHz)인 경우는 SSB의 대역폭 장점이 매
력적이다.
- 결과적으로 SSB 방식과AM 방식을 절충함으로써 SSB 방식의
대역폭 절감과 AM 방식의 송수수신기 단순성을 겸할 수 있도록
고안한 것이 잔류 측파대 방식이다. 이를 간단히 잔류 측파대 변
조(VSB : Vestigial Side Band)라고 한다.
- VSB 방식은 USB나 LSB 중 원하는 측대파의 전부가 아니고 대
부분을 전송하는 대신 나머지 측파대도 완전히 제거하지 않고 그
일부를 잔류시켜 함께 전송한다.
- 잔류 측파대 방식은 텔레비전 방송이나 팩시밀리 전송 등에 널
리 사용되고 있다. 잔류 측파대 방식은 VSB 필터를 반드시 송신
측에만 두어야 되는 것이 아니고 일부는 송신측에, 일부는 수신측
에 두어서 전체 전달 함수만 VSB의 특성을 만족하도록 통신 시스
템을 구성하면 된다.
V SB 필터
H V SB( w)
x ( t)
ø
DSB( t)
cosw ct
LPF
H LP( w)
ø
x ( t)
V SB( t)
cosw ct
그림 3.15 VSB 통신 시스템의 구성도