성상도
반송파의 진폭과 위상을 평면 위의 점 하나로 나타낼 수 있을까?
진폭만 바꾸는 신호 는 한 줄 위의 점으로 나타낼 수 있다. 가 커지면 점이 원점에서 멀어진다(강의 자료 WE4 19쪽). 여기에 위상이 90° 다른 반송파 를 더하면 새 축이 생긴다(강의 자료 WE4 20쪽). 두 반송파는 한 심볼 동안 서로 직교해서 섞여도 수신기에서 다시 가를 수 있고, 그래서 서로 다른 축으로 그린다.
일반적으로 한 심볼 동안의 신호를 두 성분으로 나누어 쓴다.
를 동상(in-phase) 성분, 를 직교(quadrature) 성분이라 하고, 복소수 를 복소 포락선(complex envelope)이라고 한다. 를 시간에 따라 이은 가 복소 기저대역 신호이고, RF 신호에서 를 꺼내는 방법은 뒤의 '주파수 변환' 절과 그다음 절에서 본다. 의 크기가 반송파의 진폭이고 각이 위상이다. 를 복소평면에 찍은 그림이 성상도(constellation diagram)이다. 이 교재는 실수 RF 신호를 늘 로 쓴다. 그래야 축의 양의 방향이 위상 +90°와 같다. 복소수의 극형식과 정현파의 위상은 신호 및 시스템 교재 4장에서 다룬다.
성상도의 예는 다음과 같다(강의 자료 WE4 21쪽).
- BPSK: 점이 두 개이다. 위상 0°와 180°가 비트 1과 0이다.
- QPSK: 점이 네 개이다. 위상 0°, 90°, 180°, 270°의 배치와 45°, 135°, 225°, 315°의 배치 모두 QPSK이다. 성상도 전체를 45° 돌린 것이라 성질은 같다. 이 장은 뒤의 배치를 쓴다.
- 8PSK, 16QAM: 점이 여덟, 열여섯 개이다. 16QAM은 진폭도 세 가지로 바꾼다.
FSK는 성상도의 축이 다르다(강의 자료 WE4 22쪽). 두 톤 와 를 두 축으로 두고, 비트 1은 , 비트 0은 로 쓴다.
두 톤이 한 비트 동안 직교해야 두 축이 서로 섞이지 않는다. 한 비트 동안 두 톤의 위상 차이가 정수 바퀴만큼 벌어지면(가 정수) 반송파 위상을 몰라도 직교한다. 잡음이 섞인 점은 대각선 를 경계로 판정한다. 직교의 뜻은 신호 및 시스템 교재의 '직교성'에서 본다.
강의 노트