2-7장 :  QPSK / MPSK

1. QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying)

무선통신에서는 PSK 혹은 BPSK의 확장된 개념인 QPSK가 많이 사용된다. BPSK가 1과 0의 두가지 신호만을 구분하는 프로토콜인 반면, QPSK는 4가지의 디지털 신호를 구분한다. 다음장의 <그림 2-7-2>에서는 QPSK의 원리를 보여주고 있는데, 00, 01, 10, 11의 4가지 2bit 디지털 신호를 전송할 수 있기 때문에 이론적으로 같은 시간내에 BPSK보다 2배의 데이터를 전송할 수 있다. 결과적으로 BPSK가 반송파의 위상을 180도씩 바꾸어가면서 전송했다면 QPSK는 90도씩 위상을 변화시켜서 4개의 신호를 만들어내게 된다. 이렇듯 M=4인 MPSK 즉,  4 PSK와 같은 의미가 되기 때문에 QPSK 라고 불리운다.

PSK 계열의 전송방식은 반송파의 전압, 즉 I/Q 플롯에서 신호들이 원점에서 떨어진 거리를 의미하는 반지름이 일정하기 때문에 위상만으로 신호의 내용을 판단할 수 있다. <그림 2-7-1>에 보여진 QPSK의 일반적인 두가지 I/Q 플롯 형태는 초기 위상값만 다를 뿐 실제적으로는 동일한 성능을 가지고 있다.

 

  

 

2. MPSK (M-ary Phase Shift Keying)

MPSK는 BPSK와 QPSK를 포함한 M-ary PSK를 의미한다. M-ary 혹은 M진 변조라 함은 1과 0만으로 구성된 2진 디지털 신호가 아닌, 크기가 일정한 단계별로 분포하는 multilevel 신호의 level수를 의미한다고 이해하면 쉽다. 예를 들어 16단계로 양자화된 신호를 한번에 보내려면 적어도 16가지의 신호좌표를 가진 multilevel signaling 변조를 해야한다. 이러한 경우에는 하나의 반송파신호를 16가지의 위상차를 두게 만들어 16가지 서로 구분되는 신호를 보내는 16 PSK를 사용할 수 있다. MPSK에서 M=2인 경우, 즉 두 종류의 신호를 사용하면 BPSK, M=4인 경우를 QPSK라고 부르기 때문에 MPSK라 함은 이러한 PSK 계열을 모두 포함한 용어이다.

이렇듯 여러 단계로 양자화된 디지털 신호를 보낼 때는 이러한 multilevel signaling 변조법인 MPSK 혹은 다음 장에 언급될 QAM 방식을 사용함으로써 전송효율을 높일 수 있다.

<그림 2-7-3>에서 보여지듯이 Multilevel signaling을 복조할 때는 I/Q 플롯을 기준으로 각 신호 마다의 경계선을 기준으로 수신된 신호좌표의 위치를 통해 원래 신호를 찾아낸다. 채널을 통과하면서 위상이나 크기의 왜곡이 생기는데, MPSK를 이용하면 신호크기의 왜곡은 거의 무시되고 수신신호의 위상만을 주요한 구분 지표로 사용할 수 있다는 점이 큰 장점이다. <그림 2-7-3>에서 보여진 8 PSK의 8가지 신호가 잡음으로 인해 자기의 경계선을 넘어 다른 영역으로 넘어간 경우에는 다른 비트로 판단되어 에러를 유발하게 된다. <그림 2-7-4>에서는 일반적으로 사용되는 여러 M-PSK 시스템의 I/Q 플롯을 볼 수 있다.

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