위상편이변조 (Phase Shift Keying)
쉽게 풀면
진폭 변조나 주파수 변조가 아날로그 신호를 전송하는 데 주로 쓰인다면, 위상편이변조는 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 전송하는 대표적인 방법입니다. 전달할 비트가 0인지 1인지에 따라 반송파의 위상을 특정 각도만큼 다르게 바꾸어 보내고, 수신 측에서는 이 위상 변화를 읽어 원래의 비트 정보를 복원합니다.
왜 중요한가
위상편이변조는 잡음에 대한 저항력이 상대적으로 우수하고 구현이 비교적 간단해, 위성통신, 무선랜, 이동통신 등 다양한 디지털 통신 시스템에서 기본 변조 방식으로 널리 채택되고 있습니다. 구조가 비교적 단순하면서도 진폭 변화가 없어 비선형 증폭기를 사용해도 신호 왜곡이 적다는 점에서, 전력 효율이 중요한 위성통신 송신기에서도 오랫동안 선호되어 온 변조 방식입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
위상편이변조를 이용한 전송 효율 개선을 설명하는 문장입니다.
위상 잡음 환경에서의 성능을 평가한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
가장 기본적인 형태인 BPSK는 두 개의 위상만 사용해 1비트를 전송하며, QPSK는 네 개의 위상을 사용해 한 번에 2비트를 전송할 수 있습니다. 더 많은 위상 상태를 사용할수록 전송 효율은 높아지지만 잡음에 대한 민감도도 함께 증가하는 경향이 있습니다. 위상편이변조는 이전 심볼의 위상을 기준으로 위상 변화량에 정보를 싣는 차등 위상편이변조로 확장할 수 있으며, 이 방식은 절대적인 위상 기준 없이도 복조가 가능해 반송파 동기 부담을 줄여줍니다. 송신 필터의 대역폭을 제한하면서도 심볼간 간섭을 피하기 위해 위상편이변조 신호에도 나이퀴스트 조건을 만족하는 펄스 정형 필터가 함께 적용되는 경우가 많습니다.
주의할 점
위상편이변조는 정확한 위상 기준이 필요하기 때문에, 반송파 위상 동기가 제대로 이루어지지 않으면 복조 성능이 크게 저하될 수 있습니다. 위상 상태 수를 늘려 8PSK, 16PSK처럼 더 많은 비트를 실으려 하면, 인접한 위상 점 사이의 간격이 좁아져 동일한 신호대잡음비에서도 오류율이 급격히 늘어나는 한계가 있습니다. 동일한 심볼당 비트 수를 QAM으로도 얻을 수 있는데, 위상만 사용하는 PSK는 진폭까지 함께 사용하는 QAM보다 높은 차수에서는 상대적으로 오류 성능이 불리해지는 경향이 있습니다.