진폭 변조 (AM, Amplitude Modulation)

진폭 변조(Amplitude Modulation, AM), 아날로그 변조 방식 중 하나로, 신호(음성, 음악, 데이터 등)를 전송하기 위해 반송파(Carrier)의 진폭을 변화시키는 방식입니다. 이는 무선 통신, 라디오 방송, 아날로그 TV 송출 등에 널리 사용되어 왔습니다.

진폭 변조의 원리

진폭 변조는 기본적으로 세 가지 요소로 구성됩니다:

1. 반송파(Carrier Signal): 높은 주파수를 가지며, 변조될 기본 신호입니다.

2. 정보 신호(Message Signal): 변조할 원본 신호(음성, 데이터 등)입니다.

3. 변조 신호(Modulated Signal): 반송파의 진폭을 정보 신호에 따라 변조한 신호입니다.

AM에서는 정보 신호의 크기에 따라 반송파의 진폭이 변화하며, 그 변화를 통해 수신 측에서 원래 신호를 복원할 수 있습니다.

AM 수식 표현

AM 신호는 다음과 같이 표현됩니다:

s(t) = [A_c + A_m * m(t)] * cos(2π f_c t)

여기서,

• A_c : 반송파의 진폭

• A_m : 정보 신호의 진폭

• m(t) : 정규화된 메시지 신호 (-1 ≤ m(t) ≤ 1)

• f_c : 반송파 주파수

즉, 정보 신호 m(t) 에 따라 반송파의 진폭이 변화하는 형태를 보입니다.

AM의 특징

장점

✅ 구현이 간단함: AM 변조 및 복조 회로가 비교적 단순하여 구현 비용이 낮습니다.
✅ 장거리 전송 가능: 낮은 주파수 대역에서 전파가 멀리 도달할 수 있어 AM 라디오 방송 등에 적합합니다.
✅ 여러 채널을 하나의 주파수 대역에서 사용 가능: 주파수 분할 다중화(FDM, Frequency Division Multiplexing) 방식으로 여러 AM 신호를 하나의 스펙트럼에서 분할하여 사용 가능합니다.

단점

❌ 잡음(Noise)에 취약함: AM 신호는 주로 진폭에 의해 정보가 전달되기 때문에, 외부 잡음이나 간섭에 민감합니다.
❌ 효율성이 낮음: AM은 주어진 전력 중 반송파가 많은 비율을 차지하며, 실제 정보 신호에 사용되는 전력 비율이 낮습니다.
❌ 대역폭이 비교적 큼: AM의 대역폭은 기본적으로 정보 신호의 두 배가 필요하여, 주파수 자원 활용 측면에서 효율이 떨어집니다.

AM의 응용 분야

• AM 라디오 방송 (530kHz ~ 1700kHz)

• 아날로그 TV 전송 (구형 TV 시스템)

• 항공 및 해양 통신 (음성 전송에 사용)

• 모스 부호 및 신호 송신

• 무선 센서 및 레이더 기술

AM의 변형 방식

AM 방식에는 여러 가지 변형이 있습니다:

1. DSB-AM (Double Sideband AM): 일반적인 AM 방식으로, 반송파와 함께 양쪽 측파대(Sideband)를 포함하는 방식입니다.

2. SSB-AM (Single Sideband AM): 하나의 측파대만을 사용하여 대역폭을 절약하는 방식입니다.

3. VSB-AM (Vestigial Sideband AM): 영상 신호 전송에 사용되며, 한쪽 측파대의 일부만을 제거한 방식입니다.

4. QAM (Quadrature Amplitude Modulation): 디지털 변조에서 널리 사용되는 방식으로, 진폭과 위상을 함께 변조하여 데이터를 전송하는 방식입니다.

AM과 FM의 비교

결론

진폭 변조(AM)는 오래된 아날로그 통신 방식이지만, 여전히 여러 분야에서 사용되고 있습니다. 기술적으로 FM이나 디지털 변조 방식(DAB, DRM 등)이 더 우수한 신호 품질과 전력 효율성을 제공하지만, AM은 간단한 구현과 장거리 전송이 가능하다는 점에서 여전히 중요한 역할을 하고 있습니다.

AM의 개념을 이해하는 것은 아날로그 및 디지털 통신을 배우는 데 중요한 기초가 됩니다. 무선 통신 시스템을 깊이 있게 공부하려면 변조 방식뿐만 아니라 신호 처리 및 전파 특성에 대해서도 탐구해보는 것이 좋습니다.

신호 변조 및 변환