bit rate는 초당 전송되는 비트의 수를 의미하지만, baud rate는 그 비트들을 표현하는데 필요한 초당 신호 요소의 수를 의미한다. baud rate는 bit rate보다 클 수 없으며, 데이터 통신에서는 bit rate보다 baud rate가 더 중요하다.
변조(Modulation)란 무엇인가? 변호는, 이진 데이터 또는 낮은 대역 통과 아날로그 신호를 띠 대역 통과 신호로 전화하는 것을 말한다. 여기서, 아날로그 신호는 진폭, 주파수, 위상의 세가지 요소를 사용하여 정의 할 수 있다. 이들을 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조할 수 있다. 진폭 변화를 사용하는 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying), 주파수 변화를 사용하는 주파수편이변조, (Frequency Shift Keying), 그리고 위상 변화를 사용하는 위상편이변조(Phase Shift Keying)가 있다. 마지막으로, 진폭과 위상 변화를 동시에 사용하는 구상진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation) 방식이 있다. QAM 방식은 가장 효과적이며, 현대의 모든 모뎀에서 사용하는 방식이다.
송수신 장치는 무엇을 근거로 Amplitude, Frequency, Phase 변조를 수행하는가? 다시 말해서 진폭이나 주파수, 위상을 변화시키기 위해서는 기준이 어떤 값이 존재해야 송신 쪽에서 변화를 가하더라도 수신 쪽에서 이를 알아 낼 수 있다. 여기서, 기준이 되는 것이 반송파(Carrier Signal)다. 즉, 송수신 장치가 이 신호에 맞추어 신호를 바꾸는 것을 변조라 하며, 반송파를 기반으로 해서 바뀐 신호를 변조 신호라 한다.
ASK 방식은, 진폭을 변화하는 방식이기 때문에 잡음에 대단히 취약하며, ASK에 필요한 대역폭 BW = (1 + d) * N(baud)로 표현된다. d는 회선의 상태와 관련된 계수인데, 최소값은 0이며, 이 경우 전송에 필요한 최소 대역폭은 baud rate와 동일하다. 물론, 반송 주파수는 하나이며, 변조 과정은 각각 다른 주파수를 가진 간단한 신호 여러개가 조합되어 복합 신호를 만든다.
FSK는, 주파수 변화를 이용하여 신호를 변조하는 방식이다. 다시 말해서, 0과 1을 나타내기 위해서 신호의 주파수가 변한다. 신호 요소의 주파수는 어떤 비트를 나타내느냐에 따라 달라지며, 해당 진폭의 위상이 일정하게 유지된다. FSK 방식은 ASK 방식의 단점 대부분을 해결하며, 반송파의 물리적인 용량에 의해서만 제한 받는다. 그리고, 0과 1을 표현하기 위한 주파수가 달라야 한다고 하지만, 반드시 0을 표현하는 주파수와 1을 표현하는 주파수 사이에 특정 관계가 있을 필요는 없다. 두 주파수를 충분히 구별 할 수 있도록 떨어져 있기만 하면 된다.
FSK 방식에서 대역폭은 어떻게 되는가? FSK가 두 반송파 사이를 왔다갔다 하지만, FSK 스펙트럼은 fc0와 fc1을 중심으로 하는 두 개의 ASK를 조합한 것이다. FSK에 요구되는 대역폭은 신호의 baud rate와 주파수 변화의 합과 같다.
예를 들어서, 매체의 대역폭이 12000Hz이고, 두 반송파 사이의 간격이 최소한 2000Hz가 되어야 한다면, 전송 방식이 전이중 방식으로 이루어진다고 했을 때, FSK 신호의 최대 비트율은 얼마인가? 이 경우, 전이 방식이기 때문에 한 방향에서 사용 가능한 대역폭이 반으로 줄어든다. 따라서, 6000Hz가 한 방향의 통신에 할당되며, 두 반송파 사이에 최소한 2000Hz를 두어야 하기 때문에 남는 나머지 대역폭은 4000Hz가 된다. 따라서, 1Hz를 소모하는 신호가 0이라면 최대 4000개의 연속적인 비트를 전송 할 수 있다.
변조(Modulation)란 무엇인가? 변호는, 이진 데이터 또는 낮은 대역 통과 아날로그 신호를 띠 대역 통과 신호로 전화하는 것을 말한다. 여기서, 아날로그 신호는 진폭, 주파수, 위상의 세가지 요소를 사용하여 정의 할 수 있다. 이들을 사용하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조할 수 있다. 진폭 변화를 사용하는 진폭편이변조(Amplitude Shift Keying), 주파수 변화를 사용하는 주파수편이변조, (Frequency Shift Keying), 그리고 위상 변화를 사용하는 위상편이변조(Phase Shift Keying)가 있다. 마지막으로, 진폭과 위상 변화를 동시에 사용하는 구상진폭변조(Quadrature Amplitude Modulation) 방식이 있다. QAM 방식은 가장 효과적이며, 현대의 모든 모뎀에서 사용하는 방식이다.
송수신 장치는 무엇을 근거로 Amplitude, Frequency, Phase 변조를 수행하는가? 다시 말해서 진폭이나 주파수, 위상을 변화시키기 위해서는 기준이 어떤 값이 존재해야 송신 쪽에서 변화를 가하더라도 수신 쪽에서 이를 알아 낼 수 있다. 여기서, 기준이 되는 것이 반송파(Carrier Signal)다. 즉, 송수신 장치가 이 신호에 맞추어 신호를 바꾸는 것을 변조라 하며, 반송파를 기반으로 해서 바뀐 신호를 변조 신호라 한다.
ASK 방식은, 진폭을 변화하는 방식이기 때문에 잡음에 대단히 취약하며, ASK에 필요한 대역폭 BW = (1 + d) * N(baud)로 표현된다. d는 회선의 상태와 관련된 계수인데, 최소값은 0이며, 이 경우 전송에 필요한 최소 대역폭은 baud rate와 동일하다. 물론, 반송 주파수는 하나이며, 변조 과정은 각각 다른 주파수를 가진 간단한 신호 여러개가 조합되어 복합 신호를 만든다.
FSK는, 주파수 변화를 이용하여 신호를 변조하는 방식이다. 다시 말해서, 0과 1을 나타내기 위해서 신호의 주파수가 변한다. 신호 요소의 주파수는 어떤 비트를 나타내느냐에 따라 달라지며, 해당 진폭의 위상이 일정하게 유지된다. FSK 방식은 ASK 방식의 단점 대부분을 해결하며, 반송파의 물리적인 용량에 의해서만 제한 받는다. 그리고, 0과 1을 표현하기 위한 주파수가 달라야 한다고 하지만, 반드시 0을 표현하는 주파수와 1을 표현하는 주파수 사이에 특정 관계가 있을 필요는 없다. 두 주파수를 충분히 구별 할 수 있도록 떨어져 있기만 하면 된다.
FSK 방식에서 대역폭은 어떻게 되는가? FSK가 두 반송파 사이를 왔다갔다 하지만, FSK 스펙트럼은 fc0와 fc1을 중심으로 하는 두 개의 ASK를 조합한 것이다. FSK에 요구되는 대역폭은 신호의 baud rate와 주파수 변화의 합과 같다.
예를 들어서, 매체의 대역폭이 12000Hz이고, 두 반송파 사이의 간격이 최소한 2000Hz가 되어야 한다면, 전송 방식이 전이중 방식으로 이루어진다고 했을 때, FSK 신호의 최대 비트율은 얼마인가? 이 경우, 전이 방식이기 때문에 한 방향에서 사용 가능한 대역폭이 반으로 줄어든다. 따라서, 6000Hz가 한 방향의 통신에 할당되며, 두 반송파 사이에 최소한 2000Hz를 두어야 하기 때문에 남는 나머지 대역폭은 4000Hz가 된다. 따라서, 1Hz를 소모하는 신호가 0이라면 최대 4000개의 연속적인 비트를 전송 할 수 있다.