IQ modulation (변조) 란?

 

IQ Modulation(변조)

- 초기 변조 형식

  : 파형을 변조하는 기본적인 방법은 AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation) 및 PM(Phase Modulation) 이다.

   AM이 가장 먼저 나왔으며 구현하기 쉽고 이해하기 쉬웠다. 1933 년 에드윈 에이스트롬(Edwin H. Armstrong)은 AM보다 노이즈

   에 덜 취약한 것으로 입증 된 FM(Frequency Modulation)을 개발했다.

  

 

           그림 1. 진폭 변조 (a), 주파수 변조 (b) 및 위상 변조 (c)

   최신 통신 시스템은 더 많은 정보 용량, 높은 신호 품질, 더 강력한 보안 및 디지털 데이터 호환성을 요구한다. AM 및 FM은 소중한 변

   조 방식을 사용하는 동시에 대량 트래픽에 대한 오늘날의 요구 사항을 충족 시키기에는 부적합한 것으로 입증되었다. 수백만 명의

   휴대 전화 가입자가 더 많은 음성 대역폭을 사용하여 정보를 안정적으로 효율적으로 전송할 수있는 변조 방식이 필요하다.
   지난 몇 년 동안 새로운 변조 방식이 개발되었는데, 원래 3 가지 변조 방식을 단순히 조합 한 방식이다. 이러한 새롭고 저렴한 방법을

   사용하면 다른 디지털 기술과 결합하여 효율성을 높일 수 있으며 음성뿐만 아니라 디지털 데이터도 처리 할 수 있다는 이점이 있다.
   왜 디지털인가? 일단 기저 대역 음성 신호가 디지털화 되면 우리는 원하는 모든 것을 할 수 있다. 우리는 언제든지 그것을 보내거나,

   다른 메시지들 사이에서 버스트로 보내거나, 전송되는 비트 수가 더 적은 디지털 알고리즘으로 처리 할 수 있다.

   비트 수가 적으면 더 많은 사용자를 수용 할 수 있다.

 

  - IQ modulation이란?
   IQ modulation : 디지털변복조 방식 중에서 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 방식

   PSK는 진폭과 주파수 모두가 일정한 반송파를 이용하며 그 위상을 전송부호에 대응시켜 변화하는 방식으로,
   BPSK란 것은 입력한 비트(0 or 1)에 하나의 신호가 전송되는데 비해 QPSK는 입력 두 비트를 하나의 신호로 전송하는 것이다.

    (그러므로 QPSK의 전송대역폭은 BPSK의 절반이면 된다)
   QPSK는 입력비트의 홀수번째 비트 I(in phase)채널로 짝수번째 비트는 Q(quadrature)채널로 보내져서 "0"비트는 "-1"로

   "1" 비트는 "1"로 치환되게 된다.
   예를 들어 입력데이터가 " 1 0 1 1 0 1 " 인 경우 I 채널은 홀수비트로 "1 1 -1"로 Q 채널은 "-1 1 1" 로 된다.
   이렇게 해서 서로 다른 4가지 경우의 입력쌍(00,01,10,11)은 4개의 가능한 정현파위상 중 하나와 대응되게 된다.
   이 방식(QPSK)은 CDMA 시스템에서는 순방향 링크에서 사용되며, 역방향링크에서는 이 방식을 약간 변형시킨(Q 채널을 1/2 chip만큼
   지연시켜서 사용) OQPSK 방식을 사용한다.

   I, Q는 정현파의 크기와 위상을 직교좌표계로 대치하여 가로축은 I, 세로축을 Q로 잡는 것이며 디지털 신호전송을 위한 방법이다.
   왜 이런걸 사용하는가? 이것은 PSK/QAM 등의 위상변화에 대한 변조방식을 전송하기 위한 방법이다.
   BPSK는 그냥 1, 0 마다 180도 위상차를 나타내는 정현파 신호로 되며, 

   QPSK는 00, 01, 10, 11의 4가지 신호를 90도의 위상차로 보내는 것이고
   8PSK는 000,001,010,011,100,101,110,111 의 8가지 신호를 45도 위상차로 보내는 것이다.
   이걸 IQ 좌표로 보면 동그란 원을 그리게 되며 반경은 신호의 크기를 의미하고 각 좌표로 본 값이 신호의 위상이 된다.
   여기서 위상차에 대한 정보를 어떻게 보내냐면?
   I와 Q채널로 나누어 보내게 되는 것이다.
   즉 PSK를 좌표상에서 보면 각좌표계 말고, 가로 I, 세로 Q의 어떤 좌표값으로 읽을수 있다.
   그리고 이걸 I값(가로축)과 Q값(세로축) 값을 분리하여 전송하는 것이다.
   QPSK의 예) - 한꺼번에 두 비트를 보내는 방식으로써 그러면 결국 홀수 비트와 짝수비트 열을 나누어 보내는 것이다.

   결국 IQ채널이란건? 복소신호를 직교좌표계로 읽었을 때 가로축과 세로축의 좌표값을 나누어 송수신하는 것이며,
   IQ 모듈레이터는 수신신호를 분석해서 가로축과 세로축 좌표의 레벨로 변환해 주는 일은 하는 것이다.