통신 시 디지털 신호를 아날로그로 전송
네트워크 공부를 하다가 생긴 궁금증에서 출발했다. IDE에서 작성하는 "Hello" 같은 문자열이 실제로 어떻게 변환되어 다른 컴퓨터에 전달될 수 있는 걸까. 어떤 물리적인 신호로 바뀌는 건지가 처음엔 너무 추상적이었다.
왜 디지털을 아날로그로 바꾸나
디지털 신호는 0과 1의 이진수다. 그런데 인터넷 케이블, 공기 중 전파, 전화선 같은 물리적 매체는 아날로그 신호를 전송하도록 설계되어 있다. 그래서 0과 1의 데이터를 아날로그 파형으로 변환해서 보내야 한다. 이 변환 과정을 **변조(Modulation)**라고 한다.
변조 방식은 크게 세 가지다.
ASK (진폭 편이 변조)
1일 때는 진폭을 높이고, 0일 때는 진폭을 낮춘다. AM 라디오와 같은 원리다. 구조가 가장 단순하지만, 신호 진폭 자체에 데이터가 담겨 있어 전송 중 신호가 약해지는 감쇄에 취약하다. 장거리·대용량 전송에는 부적합하다.
FSK (주파수 편이 변조)
0일 때는 낮은 주파수, 1일 때는 높은 주파수를 전송한다. FM 라디오와 같은 원리다. 주파수에 정보가 담겨 있어 신호 감쇄에 상대적으로 강하다. 다만 1Mbps 이하의 저속 통신에 주로 쓰인다. 블루투스나 해양·항만 컨테이너 관리 시스템에서 사용한다.
PSK (위상 편이 변조)
반송파의 위상을 변화시켜 데이터를 전달한다. 예를 들어 0은 0도, 1은 180도 위상 변화로 표현한다. 진폭은 일정하게 유지되므로 전송로의 레벨 변동에 강하고, 변복조 회로가 단순하다. 이동통신과 위성통신에서 주로 쓰인다.
BPSK vs QPSK
- BPSK: 변조 1회에 1비트 전송
- QPSK: 변조 1회에 2비트 전송. 같은 대역폭으로 두 배 많은 데이터를 보낼 수 있다
QPSK가 빠르지만 오류율이 약간 높다. 실제 통신 환경에서는 오류율을 개선한 OQPSK 같은 변형 방식을 쓰기도 한다.
비트가 많아지면 파장을 계속 쏘나?
원래 가졌던 질문이었다. “비트 수가 늘어나면 파장을 계속 오래 전송하는 건가?”
답은 아니다. 고정된 주파수 내에서 위상·진폭·주파수의 변화 패턴이 복잡해질 뿐이다. 전송 시간은 데이터 양과 대역폭의 관계로 결정된다. 비트가 많아진다고 주파수를 더 오래 쏘는 게 아니라, 더 많은 정보를 같은 시간 안에 더 촘촘하게 담는 방식으로 해결한다.