비트를 전파에 실어 보내는 방법
디지털 변조(Digital Modulation)는 0과 1로 이루어진 디지털 데이터를 아날로그 전파 신호로 변환하는 과정입니다. 스마트폰의 데이터가 기지국까지 전달되려면 반드시 이 과정을 거쳐야 합니다.
변조 방식에 따라 전송 속도, 오류율, 전력 효율이 달라집니다. 5G/6G에서는 높은 전송률을 위해 고차 QAM을 사용합니다.
아래에서 다양한 변조 방식의 Constellation Diagram을 확인하세요. SNR을 조절하면 노이즈가 심볼 판정에 미치는 영향을 볼 수 있습니다.
한 번에 전송하는 신호 단위. 16QAM은 하나의 심볼로 4비트를 전송합니다.
I(동위상)와 Q(직교위상) 평면에 심볼을 표시한 그림. 점 사이 거리가 오류율을 결정합니다.
비트율 = 심볼율 × log₂(M). M이 클수록 같은 대역폭에서 더 많은 데이터 전송.
인접 심볼의 비트가 1개만 다르도록 배치. 오류 시 1비트만 틀리게 해 BER 개선.
| 변조 방식 | 비트/심볼 | 스펙트럼 효율 | 필요 SNR | 용도 |
|---|---|---|---|---|
| BPSK | 1 | 1 bps/Hz | 낮음 | 위성, 저SNR 환경 |
| QPSK | 2 | 2 bps/Hz | 낮음 | DVB-S, LTE 제어채널 |
| 16QAM | 4 | 4 bps/Hz | 중간 | WiFi, LTE |
| 64QAM | 6 | 6 bps/Hz | 높음 | 5G, WiFi 6 |
| 256QAM | 8 | 8 bps/Hz | 매우 높음 | 5G NR, WiFi 6E |
| 1024QAM | 10 | 10 bps/Hz | 극히 높음 | WiFi 7, 6G |
QAM 신호의 일반적인 수식:
여기서 Aᵢ는 In-phase 성분, Aᵩ는 Quadrature 성분입니다. 이 두 값의 조합으로 Constellation 상의 한 점(심볼)을 결정합니다.
비트 오류율(BER) 근사식 (AWGN 채널, M-QAM):
5G NR에서는 채널 상태에 따라 QPSK부터 256QAM까지 적응형 변조(AMC)를 사용합니다. 채널이 좋으면 256QAM으로 속도를 높이고, 나쁘면 QPSK로 안정성을 확보합니다.