제3장 : 진폭변조

3.1 진폭변조 변조(modulation) 변조의 필요성 변조의 목적 신호를 주어진 통신 채널에 적합하도록 신호를 조작하는 과정. 일반적으로 신호가 원래 가지고 있는 주파수 범위(기저대역 : baseband)보다 충분히 큰 주파수 대역으로 스펙트럼을 이동시켜 전송. Baseband Modulation Bandpass Modulation 변조의 필요성 변조의 목적 최적의 안테나 크기로 효과적 방사 및 수신. 잡음과 혼신 및 간섭 줄일 수 있다. 출력을 크게 할 수 있다. 다중통신이 가능. 복사가 용이. 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1 진폭변조 변조의 필요성 안테나 크기 반파장 - 다이폴(dipole) 안테나의 경우 안테나의 길이가 신호 파장의 절반 정도일 때 최대 방사 효율. 음성 신호를 기저대역으로 전송하는 경우, 4KHz 성분 가청 주파수(20[㎐]～20[㎑])를 수신할 수 있는 antenna길이 스펙트럼을 3GHz대로 이동시켜 전송하는 경우 잡음의 영향을 적게 받도록 하기 위하여 다중화/다중 접속 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB 변조 모델 Modulated Carrier 3 parameters: 진폭, 주파수, 위상 신호파 반송파 피변조파 3 parameters: 진폭, 주파수, 위상 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB 변조 모델 <진폭변조 파형> <진폭변조 주파수 spectrum> 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB 변조 모델 변조도(modulation factor) 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB 변조 모델 과 변조 현상 ① 수신신호가 일그러짐이 발생하여 명료도가 저하한다. ② 수신단에서 원신호 복원이 곤란하다. ③ 피변조파의 수신 대역폭이 넓어진다. ④ 불요(spurious)복사로 다른 통신에 방해를 준다. 과 변조 대책 <Clamp 회로> 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB 변조 모델 AM파의 전력 송신기의 부하는 공중선이므로 공중선의 실효저항을 , 반송파 전력을 , 송신기의 부하는 공중선이므로 공중선의 실효저항을 , 반송파 전력을 , 상측파대 전력을 , 하측파대 전력을 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB DSB 비동기 검파 정류 검파기(Rectifier Detector) 수신기에서는 수신 신호의 포락선만 추출함으로써 를 복원할 수 있으며, 여기서 직류 성분만 제거하면 원 신호를 복원할 수 있다. 포락선 검출기를 사용한 복조기는 반송파의 복구를 필요로 하지 않으므로 비동기 검파(noncoherent detection)라 한다. 정류 검파기(Rectifier Detector) AM 신호를 정류한 다음 저역통과 필터를 통하게 하는 방식. 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB DSB 비동기 검파 포락선 검파기(Envelope Detector) 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB DSB 비동기 검파 포락선 검파기(Envelope Detector) 대각선 일그러짐(diagonal clipping distortion) 캐패시터의 방전 현상에 의해 출력은 입력 신호의 정확한 포락선이 아니라 ripple 이 있는 파형을 만들어낸다. 충·방전 시정수 RC의 값을 적절히 선택. (a) RC값이 클 때 (b) RC값이 작을 때 (c) RC값이 적당할 때 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.1 DSB DSB 비동기 검파 포락선 검파기(Envelope Detector) 마이너스 첨두 일그러짐(negative peak clipping distortion) 검파기에서 부하 값이 직류시와 교류시에 상이한 값 때문에 발생하는 왜곡. 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.2 SSB SSB(single side band) SSB 종류 DSB의 한쪽 측파대만을 취하여 통신하는 방식   (a) DSB (b) 억압 반송파 SSB (c) 저감 반송파 SSB   (d) 전 반송파 SSB (e) 잔류측파대(VSB) (vestigial side band) 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.2 SSB SSB(single side band) SSB 특징 점유 주파수대폭이 ½ . 저 전력으로 양질의 통신이 가능. 선택성 페이딩 영향 및 잡음의 영향이 적어 이 개선. 비화성. 수신기에 동기용 국부 발진기가 필요. 반송파가 없어서 수신기에 AGC 및 AVC 부가가 어렵다. 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.2 SSB SSB(single side band) 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.2 SSB SSB(single side band) SSB 신호의 스펙트럼 (단일 정현파의 경우) 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.2 SSB SSB(single side band) 필터 방법(Frequency Discrimination) DSB-SC 신호를 발생시킨 후 필터를 사용하여 DSB 스펙트럼 중 한 쪽 단측파대만 선택하는 방법. 서로 붙어있는(보호대역이 없이) 두 개의 측파대 중 하나만 택하는 것이므로 매우 정교한 필터를 필요로 한다는 것이 단점. USB 신호를 얻고자 하는 경우 fc 이상의 성분은 완벽히 통과시키고 fc 이하의 성분은 완벽히 제거시켜 야 한다. 그러나 이러한 결과를 얻기 위해서는 이상적인 필터가 필요하며 따라서 실현 불가능. 만일 정보 신호가 아래 그림과 같이 0에 가까운 주파수 성분이 무시할 정도로 작다면(결과적으로 DSB 신호가 fc 근처의 성분이 무시할 정도라면) 날카롭지 않은 필터를 사용해도 큰 문제가 되지 않는다. Q 값이 보통 수십에 불과한 LC 필터로는 구현이 어렵고, 주로 crystal filter가 사용. 수정 필터로는 100,000에 이르는 Q 값을 얻을 수 있으나 일단 제작된 후에는 사양을 변경할 수 없으므로 가변 동조와 같은 기능을 가질 수 없다. 2020-01-26 Y.C.LEE

Frequency Division Multiplexing (FDM) 3.1.3 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기 Frequency Division Multiplexing (FDM) 주파수분할 다중화 기저대역 신호들을 높은 주파수(Radio Frequency: RF)의 반송파를 사용하여 스펙트럼 천이시키는데, AM 방송인 경우 555 KHz에서부터 1605 KHz까지의 RF 대역이 할당되어 있다. AM 변조에서는 음성 신호의 최대 주파수 성분을 4 KHz로 하며 전송대역은 그 두 배인 8 KHz가 된다. 신호간 간섭이 적게 일어나게 하고 수신기에서 대역통과 필터에 의한 신호의 분리를 쉽게 하기 위해 각 스펙트럼간에는 2 KHz 정도의 대역을 비워두는데 이를 보호 대역(guard band)이라 한다. AM 방송에서는 신호 별 반송 주파수 간격이 10 KHz로 정해져 있다. 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.3 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기 AM 방송수신기 AM 방송 신호의 수신 수신기의 안테나에 접수된 RF 신호에는 여러 채널의 스펙트럼이 존재하고 있는데, 수신기의 동작 과 정은 방송국의 분리(separation), 신호의 증폭 및 복조로 이루어진다. 수신기의 첫 번째 작업은 RF 대역에서 원하는 채널의 스펙트럼을 취하는 과정인데, 대역통과 필터를 사용하는 대신 LC 공진 회로의 대역통과 특성을 이용하면 구현이 간단. 공진 회로에서 C 값을 변화시키면 대역통과 특성의 중심 주파수가 변화한다. 이를 이용하여 채널을 선택하는데, 이 작업을 동조(tuning)라 한다. 수신기의 안테나에 유기되는 전압의 크기는 매우 작기 때문에 두 번째 과정에서 증폭. 동조 증폭기(tuned amplifier)를 사용하면 동조와 증폭을 동시에 할 수 있다. 2020-01-26 Y.C.LEE

3.1.3 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기 AM 방송수신기 동조(tuning) 공진 회로에서의 중심 주파수 C 값을 가변 시킴으로써 원하는 채널의 반송파 주파수에 동조시킬 수 있다. 바람직한 동조는 대역폭은 일정하고 중심 주파수만 가변인 대역통과 필터를 구현하는 것이다. 즉, 어떤 방송국이 선택되든지 고정된 협대역(10 KHz) 필터가 필요하다. LC 공진회로의 문제점은 중심 주파수의 변화에 따라 대역폭이 변화한다는 것이다. LC 공진회로에서 동조 주파수가 n 배로 증가하면 대역폭은 배 증가한다. AM 방송의 경우 최저 주파수가 555KHz이고 최고 주파수가 1605KHz이므로, 555 KHz에 동조시켰 을 때의 대역폭에 비해 1605 KHz에 동조시켰을 때의 LC 공진회로는 대역폭이 약 9배가 되어 신호를 처리하는데 문제가 있다. 2020-01-26 Y.C.LEE