변조를 하는 이유

목표 신호를 전송하기 위해 정보 신호를 고주파수 반송파에 실어 보내는 과정이 변조이다. 반송파의 진폭, 주파수, 위상을 변화시켜 정보를 전달하며 변조를 수행하는 장치를 변조기라고 하고, 변조된 신호에서 원래 정보를 추출하는 과정을 복조라고 한다. 이를 모두 수행하는 장치는 모뎀으로 불린다.

변조가 필요한 이유는 크게 네 가지로 정리된다. 먼저 장거리 전송이다. 낮은 주파수 신호는 감쇠가 커 전송 거리가 길어질수록 신호가 약해지지만 높은 주파수 반송파에 실어 보내면 에너지가 증가해 전송 거리가 길어진다. 둘째, 다중화 방식이다. 서로 다른 반송파 주파수에 여러 신호를 실어 하나의 매체로 동시에 전송할 수 있어 주파수 분할 다중화나 시분할 다중화를 가능하게 한다. 셋째, 안테나 크기의 감소이다. 안테나 길이는 수신 신호의 파장에 비례하는데, 주파수가 높을수록 파장이 짧아져 작은 안테나로도 충분하다. 예를 들어 3kHz 신호를 직접 전송하면 약 25km 길이의 안테나가 필요하지만 900MHz 반송파를 이용하면 약 8cm의 안테나로도 가능하다. 넷째, 잡음 및 간섭의 감소이다. 변조를 통해 신호의 주파수를 전송 매체 특성에 맞게 조정하면 잡음과 간섭의 영향을 줄일 수 있다.

변조의 종류는 전송 신호의 형태와 반송파 특성에 따라 나뉜다. 아날로그 변조에는 아날로그 신호를 아날로그 반송파에 실어 전송하는 방식이 포함되며, 진폭 변조(AM)나 주파수 변조(FM), 위상 변조(PM) 등이 있다. 디지털 변조에는 디지털 신호를 아날로그 반송파에 실어 전송하는 방식이 포함되며, 진폭 편이 변조(ASK), 주파수 편이 변조(FSK), 위상 편이 변조(PSK), 직교 진폭 변조(QAM) 등이 있다. 또한 펄스 변조 역시 중요한 범주로, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해 전송하는 방식이다. 펄스 부호 변조(PCM)로 아날로그 신호를 표본화하고 양자화한 뒤 부호화하며, 펄스 폭 변조(PWM)로 펄스의 폭을, 펄스 진폭 변조(PAM)으로 펄스의 진폭을, 펄스 위치 변조(PPM)로 펄스의 위치를 정보 신호에 따라 변화시킨다.