무선통신기술 7. 무선 통신 기기 원리(1)

(1) 무선통신 ( Radio Communication)
옛날에는 통신을 위하여 비둘기 또는 봉화를 이용하여 의사를 절달하였지만 점차 과학 기술적인 통신의 형태로 발달되었다. 커뮤니케이션(CFFF)은 대화나 편지 등 상대방과의 의사 소통이나 연락을 위한 모든 수단과 기술을 포함하는 매우 넓은 의미의 통신이다. 통신의 목적이나 일반적인 정의는 상대방과 정보를 서로 주고받는 것이다. 이를 위해서는 한 지점에서 다른 지점으로 정보신호를 전송할 때 정보를 효율적으로 보내고 받는 기술이 있어야 한다. 서로 간에 약속된 통신 규칙도 미리 정해져 있어야 한다. 통신 시스템의 기술 발전 목표는 짧은 시간 내에 최대한 많은 양의 데이터를 효율적으로 전송하는 데 있다. 또한 합리적인 비용으로 보다 많은 이용자가 통신 서비스를 누릴 수 있도록 해야 한다. 무선통신은 전자파라는 매체를 통해서 통신하기 때문에 사용하는 주파수에 따라 한계가 있고 주파수의 파장에 따라 전자파의 전파방법이 서로 다르다.
(2) 변조의 개념과 종류
1)변조의 개념

변조는 전기 신호나 데이터를 전달할 때 신호의 특성을 조작하는 과정을 말합니다. 이는 주파수, 진폭, 위상 등의 신호 특성을 변화시켜 원하는 형태로 전송하는 과정을 포함합니다. 변조는 다양한 통신 시스템에서 사용되며, 신호의 안정성과 효율성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.
변조는 주로 아날로그 신호와 디지털 신호에 적용됩니다. 아날로그 신호의 변조는 연속적인 값을 가지며, 주파수 변조(Frequency Modulation, FM), 진폭 변조(Amplitude Modulation, AM), 위상 변조(Phase Modulation, PM) 등이 일반적으로 사용됩니다. 디지털 신호의 변조는 이산적인 값을 가지며, 주로 진폭 변조, 위상 변조, 직교 변조(Quadrature Amplitude Modulation, QAM) 등이 사용됩니다.

- 아날로그(Analog) 통신과 디지털(Digital) 통신은 한마디로 전력의 전달과 비트의 전달이라고 할 수 있다. 아날로그 통신 신호는 신호의 크기 잡음을 아날로그 레밸의 변화로만 표한하기 때문에 잡음에 대비한 신호의 크기인 S/N비가 중요하다.
- 전송하고자 하는 정보를 표시하는 신호파에 따라 사인파 또는 주기적 펄스 등의 고주파 전류 또는 전압의 진폭, 주파수 그 밖에 시간적인 변화를 주는 조직을 말한다.
- 정보를 표시하는 신호를 변조(Modulation) 신호라 한다.
① 반송파(carrer wave) : 신호파를 먼 곳으로 운반하는 지속 전파인 무선주파
② 변조파(신호파 : modulating wave) : 전송하려고 하는 통신 내용인 음성파
③ 피 변조파(modulating wave) : 고주파에 신호파가 실려진 변조에 의해 얻어진 파. 송신 안테나에서는 이 피변조파가 발사된다.
2) 변조의 목적
변조의 주요 목적은 통신 시스템에서 데이터를 전송하는 과정에서 정보를 효율적으로 전달하고, 수신 측에서 원본 데이터를 정확하게 복원하는 데 있습니다. 변조는 다음과 같은 목적을 가지고 사용됩니다.
① 장거리 통신을 하기 위해
- 원 신호 그 자체로는 속도가 느리고 잡음에 약하여 원거리 전송이 불가능하다. 그러므로 주파수가 높은 반송파에 실어 보낼 경우 좀 더 빠르게 원거리까지 신호를 전달할 수 있다.
② 안테나 길이를 줄이기 위해
- 안테나의 길이는 사용 주파수의 파장에 비례한다. (l = λ/4, l: 길이[m], λ=파장[m]), 따라서 변조를 하게 되면 신호의 주파수가 높아져 파장이 짧아지게 되고 결국 안테나의 길이를 줄일 수 있다.
③ 다중화를 가능하게 하여 전송로를 늘리기 위해 : 변조를 통해 여러 개의 신호를 하나의 전송 매체를 통해 동시에 전송할 수 있습니다. 이를 통해 다수의 사용자나 장치 간에 데이터를 동시에 전송하고 수신할 수 있으며, 효율적인 대역폭 사용을 가능하게 합니다.
④ 각종 잡음과 혼선, 간섭으로부터 정보를 보호하기 위하여 : 변조된 신호는 인코딩된 형태로 전송되기 때문에 외부에서 데이터를 감지하거나 해석하기 어렵습니다. 이는 통신의 보안성을 향상시키고 데이터의 무단 접근을 방지하는 데 중요한 역할을 합니다.
⑤ 방해 방지 : 변조된 신호는 주파수, 진폭, 위상 등의 특성이 변화되어 있기 때문에 외부 잡음이나 간섭에 대해 더욱 강한 저항성을 가질 수 있습니다. 이는 통신 시스템이 환경의 변화나 외부 간섭에도 안정적으로 작동할 수 있도록 보장합니다.
이러한 목적들을 충족시키기 위해 변조 기술은 다양한 방식으로 구현되며, 통신 시스템의 요구에 맞춰 최적화됩니다. 변조는 효율적인 데이터 전송과 안정적인 통신을 보장하기 위해 중요한 기술적 요소로서 광범위하게 사용됩니다.
3) 변조의 종류
[연속변호(아날로그 변조 방식의 종류) : Continuous Wave Modulation]
- 아날로그 레밸의 정보신호로 반송파의 진폭, 주파수 위상을 변조하여 전송한다. 아날로그 변조 방식의 종류는 크게 진폭 변조(Amplitude Modulation)와 각도 변조(Angle Modulation), 복합 변조(Complex Modulation) 방식으로 나뉜다.
① 진폭변조 (AM ; Amplitude Modulation)
- 아날로그 신호파를 연속함수 형태를 갖는 반송파의 진폭에 실어 보내는 변조 방식을 말함
- 라디오 반소아를 통해 정보 송신에 쓰이는 기술(AM 라디오 방송, 아마추어 무선통신[HAM])
㉠ 기본파(Dominant Wave)
- 가장 낮은 차단 주파수를 갖는 전송파. 여기 주파수(Excitation Frequency) 가 가장 낮은 차단 주파수와 그 다음 높은 차단 주파수 사이에 있을 때 기본파가 에너지를 전송하는 유일한 파이다.
- 신호파의 크기에 따라 반송파의 진폭을 변화시키는 변조 방식을 진폭변조라 한다.