비록 멸종과는 거리가 멀지만, 아날로그 변조는 단순히 디지털 세계와 양립할 수 없습니다. 우리는 더 이상 아날로그 파형을 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 데 노력을 집중하지 않습니다. 오히려 우리는 무선 네트워킹, 디지털화된 오디오 신호, 센서 측정 등 데이터를 옮기고 싶어합니다. 디지털 데이터를 전송하기 위해 디지털 변조를 사용합니다.
하지만 이 용어에는 주의해야 합니다. 이 맥락에서 "아날로그"와 "디지털"은 전송되는 정보의 유형을 의미하며, 실제 전송되는 파형의 기본 특성을 의미하지 않습니다. 아날로그와 디지털 변조는 모두 부드럽게 변하는 신호를 사용합니다. 차이점은 아날로그 변조 신호는 아날로그 기저대역 파형으로 복조되는 반면, 디지털 변조 신호는 디지털 데이터로 해석되는 심볼이라는 이산 변조 단위로 구성된다는 것입니다.
세 가지 변조 유형에는 아날로그와 디지털 버전이 있습니다. 진폭과 주파수부터 시작해 보겠습니다.
디지털 진폭 변조
이러한 유형의 변조를 진폭 편이 변조(ASK)라고 합니다. 가장 기본적인 경우는 "온-오프 키잉"(OOK)이며, [[아날로그 진폭 변조]]에 대한 페이지에서 논의된 수학적 관계에 거의 직접적으로 대응합니다. 디지털 신호를 기저대역 파형으로 사용하는 경우 기저대역과 캐리어를 곱하면 로직 하이에서는 정상이고 로직 로우에서는 "오프"인 변조 파형이 생성됩니다. 로직 하이 진폭은 변조 지수에 해당합니다.
시간 도메인
다음 플롯은 10MHz 캐리어와 1MHz 디지털 클록 신호를 사용하여 생성된 OOK를 보여줍니다. 우리는 여기서 수학적 영역에서 작업하고 있으므로 논리 하이 진폭(및 캐리어 진폭)은 단순히 차원이 없는 "1"입니다. 실제 회로에서는 1V 캐리어 파형과 3.3V 논리 신호가 있을 수 있습니다.

이 예와 [[진폭 변조]] 페이지에서 논의한 수학적 관계 사이에 한 가지 불일치가 있음을 알아차렸을 것입니다. 우리는 기저대역 신호를 이동하지 않았습니다. 일반적인 DC 결합 디지털 파형을 다루는 경우 신호가 y축의 양의 부분에 남아 있기 때문에 위쪽으로 이동할 필요가 없습니다.
주파수 도메인
해당 스펙트럼은 다음과 같습니다.

이것을 1MHz 사인파의 진폭 변조 스펙트럼과 비교해보세요.

스펙트럼의 대부분은 동일합니다. 즉, 캐리어 주파수(f C )에서의 스파이크와 f C 플러스 기저대역 주파수와 f C 마이너스 기저대역 주파수에서의 스파이크입니다. 그러나 ASK 스펙트럼에는 3차 및 5차 고조파에 해당하는 더 작은 스파이크도 있습니다. 기본 주파수(f F )는 1MHz이고, 이는 3차 고조파(f 3 )가 3MHz이고 5차 고조파(f 5 )가 5MHz임을 의미합니다. 따라서 f C 플러스/마이너스 f F , f 3 , f 5 에서 스파이크가 발생합니다 . 실제로 플롯을 확장하면 이 패턴에 따라 스파이크가 계속되는 것을 볼 수 있습니다.
이것은 완벽한 의미입니다. 사각파의 푸리에 변환은 기본 주파수의 사인파와 홀수 고조파의 감소 진폭 사인파로 구성되며, 이 고조파 함량은 위에 표시된 스펙트럼에서 볼 수 있는 것입니다.
이 논의는 우리를 중요한 실제적 요점으로 이끕니다. 디지털 변조 방식과 관련된 갑작스러운 전환은 (바람직하지 않은) 더 높은 주파수 콘텐츠를 생성합니다. 변조된 신호의 실제 대역폭과 다른 장치를 방해할 수 있는 주파수의 존재를 고려할 때 이를 염두에 두어야 합니다.
디지털 주파수 변조
이러한 유형의 변조를 주파수 편이 키잉(FSK)이라고 합니다. 우리의 목적을 위해 FSK의 수학적 표현을 고려할 필요는 없습니다. 오히려 기저대역 데이터가 논리 0일 때 주파수 f 1을 갖고 기저대역 데이터가 논리 1일 때 주파수 f 2를 갖도록 간단히 지정할 수 있습니다 .
시간 도메인
전송 준비된 FSK 파형을 생성하는 한 가지 방법은 먼저 디지털 데이터에 따라 f 1 과 f 2 사이를 전환하는 아날로그 기저대역 신호를 만드는 것입니다. 다음은 f 1 = 1 kHz 및 f 2 = 3 kHz인 FSK 기저대역 파형의 예입니다. 심볼이 논리 0과 논리 1에 대해 동일한 지속 시간을 갖도록 하기 위해 1 kHz 사이클 하나와 3 kHz 사이클 세 개를 사용합니다.

베이스밴드 파형은 (믹서를 사용하여) 캐리어 주파수까지 이동한 후 전송됩니다. 이 접근 방식은 특히 소프트웨어 정의 무선 시스템에서 유용합니다. 아날로그 베이스밴드 파형은 저주파 신호이므로 수학적으로 생성한 다음 DAC를 통해 아날로그 영역에 도입할 수 있습니다. DAC를 사용하여 고주파 전송 신호를 만드는 것은 훨씬 더 어려울 것입니다.
FSK를 구현하는 개념적으로 더 간단한 방법은 서로 다른 주파수(f 1 및 f 2 )를 갖는 두 개의 캐리어 신호를 갖는 것입니다. 이진 데이터의 논리 레벨에 따라 하나 또는 다른 하나가 출력으로 라우팅됩니다. 그 결과 두 주파수 사이에서 갑자기 전환되는 최종 전송 파형이 생성되는데, 이는 위의 기저대역 FSK 파형과 매우 유사하지만 두 주파수 간의 차이가 평균 주파수에 비해 훨씬 작습니다. 즉, 시간 영역 플롯을 보고 있다면 f 1 섹션과 f 2 섹션을 시각적으로 구별하기 어려울 것입니다. f 1 과 f 2 의 차이가 f 1 (또는 f 2 ) 의 아주 작은 부분에 불과하기 때문입니다.
주파수 도메인
주파수 영역에서 FSK의 효과를 살펴보겠습니다. 우리는 동일한 10MHz 캐리어 주파수(또는 이 경우 평균 캐리어 주파수)를 사용하고, 편차로 ±1MHz를 사용합니다. (이것은 비현실적이지만, 현재 목적에는 편리합니다.) 따라서 전송된 신호는 논리 0의 경우 9MHz, 논리 1의 경우 11MHz가 됩니다. 스펙트럼은 다음과 같습니다.

"캐리어 주파수"에는 에너지가 없다는 점에 유의하세요. 변조된 신호가 결코 10MHz가 아니라는 점을 고려하면 이는 놀라운 일이 아닙니다. 항상 10MHz에서 1MHz를 뺀 값 또는 10MHz에서 1MHz를 더한 값이며, 바로 여기서 두 개의 주요 스파이크인 9MHz와 11MHz가 나타납니다.
하지만 이 스펙트럼에 존재하는 다른 주파수는 어떨까요? 글쎄요, FSK 스펙트럼 분석은 그렇게 간단하지 않습니다. 주파수 간의 갑작스러운 전환과 관련된 추가 푸리에 에너지가 있을 것이라는 것을 알고 있습니다. FSK는 각 주파수에 대해 sinc 함수 유형의 스펙트럼을 생성합니다. 즉, 하나는 f 1 에 중심을 두고 다른 하나는 f 2 에 중심을 둡니다 . 이는 두 개의 지배적인 스파이크의 양쪽에서 볼 수 있는 추가 주파수 스파이크를 설명합니다.
요약
- 디지털 진폭 변조는 이진 데이터에 따라 개별 구간에서 캐리어파의 진폭을 변화시키는 것을 포함합니다.
- 디지털 진폭 변조에 대한 가장 간단한 접근 방식은 온-오프 키잉입니다.
- 디지털 주파수 변조에서는 캐리어 또는 기저대역 신호의 주파수가 이진 데이터에 따라 개별 구간에서 변화합니다.
- 디지털 변조와 아날로그 변조를 비교해 보면, 디지털 변조로 인해 발생하는 갑작스러운 전환으로 인해 반송파에서 더 먼 주파수에서 추가 에너지가 발생한다는 것을 알 수 있습니다.