PSK (Phase-Shift-Keying : 위상 천이 변조)

[sunyeongan]

1. 사전지식

1.1 디지털 통신 순서도

1.2 변조 (Modulation)

데이터를 담은 신호를 채널 특성에 적합한 전송 파형으로 변환하는 과정

1.3 복조 (Demodulation)

변조되어 전송되면서 손상된 파형을 원래의 정보신호 파형으로 복원하는 과정

1.4 디지털 변조 (Modulation)

디지털 신호를 채널에 맞게 여러 가능한 신호 중 하나와 대응시켜 전송

주파수 대역 구분에 따른 변조

• 기저대역 변조(Baseband)
  • 기저대역 신호 → 변조를 거치지 않은 원본 신호
  • 보내려는 시그널(저주파) 그 자체를 전송한다.
• 대역통과 변조(Bandpass)
  • 대역통과 신호 → 변조를 거쳐 고주파가 된 신호
  • 시그널이 가진 주파수를 jumping(주파수 축을 이동해서)해 변조. (고주파)
    • 아날로그 대역통과 변조 : AM, FM, PM
    • 디지털 대역통과 변조 : ASK, FSK, PSK

1.6 기본 신호의 형태

• 신호란 정보를 표현하는 형태로 시간에 따른 함수로 표현한다.
• 하나의 정현파 신호는(cos, sin) 진폭(Amplitude), 위상변위(Phase shift), 주파수 ( frequency)로 표현된다.

1.7 반송파

대역통과변조를 위해서는 정보가 실린 저주파 신호를 고주파 신호로 바꾸어야 한다. 고주파 파형을 반송파라고 한다.

2. PSK : Phase shift Keying

디지털 신호(0,1)의 값에 따라 반송파의 위상이 여러가지 상태로 천이 되도록 하는 변조 방법

2.1 BPSK (Binaray Phase shift Keying)

주파수 하나에 0,1을 표현해서 보내는 방식이다. 즉, 한 구간의 Signal에 1 bit 의 정보를 표현할 수 있다.

BPSK 변조

1일 때는 0도 위상, 0일 때는 180도 위상을 가지고 있는 것을 위의 식에서 확인할 수 있다.

디지털 신호는 0,1이 많이 섞인 형태로 들어온다.

위 그래프를 보면 1일 때 0도 위상, 0일 때 180도 위상으로 하나의 반송파(Spsk(t))를 만들게 된다.

Phase(위상)을 2등분하여 2가지 정보 (0, 1)를 구분하고 1bit의 정보를 표현 할 수 있다.

0,1을 명확히 구분하기 위해서는 두 신호의 값이 완전히 정 반대의 파형으로 나타내는 것이 좋다.

BPSK 복조

동기 검파(Coherent Detection) 를 이용한다.

수신 받은 반송파의 위상을 추출 후 다시 0,1의 신호로 나타내야 한다.

방법은

1. 위상이 변하지 않은 기준 반송파를 만든다.

2. 기준 반송파로 수신 받은 반송파의 위상을 추출한다.

더 자세한 내용은 생략하겠습니다...!

2.2 QPSK (Quternary Phase shift Keying)

주파수 하나에 00, 01, 10 또는 11을 표현해서 보내는 방식이다. 즉, 한 구간의 Signal에 2 bit 의 정보를 표현할 수 있다.

1. 대역통과신호를 직교성분(CosWct, SinWct)으로 분해. CosWct, SinWct은 90도의 위상차이를 두어 직교성을 가진다.

2. 직교성분을 2비트의 신호로 나타낼 수 있다.

2.3 M-PSK(M-array Phase Shift Keying)

한 구간의 Signal에 k bit 의 정보를 표현할 수 있다.

• 여러 비트씩(k 개) 심볼을 구성하여 가능한 M = 2k 개의 심볼 상태를 반송파의 위상에 대응시켜 심볼 단위로 전송하는 방식
• M-array(멀티비트)로 전송하는 이유는 M이 증가할 수록 대역폭을 효과적으로 사용할 수 있기 때문이다.
• 하지만 M이 증가하면 심볼을 구별하는 신호 간의 위상차가 감소하여 복조 시 오류가 발생하기 쉽다.

M = 8인 경우

3bit 정보를 표현할 수 있다.

참고

psk
psk2
위상그림

2021-2 한림대학교 디지털통신 강의자료