변조

반송파라는 "빈 트럭"에 정보를 싣는 과정을 변조(變調, modulation)라고 합니다. 정보를 어디에 싣느냐에 따라 크게 두 가지 방법이 있습니다. 아래 시뮬레이션으로 두 방법을 비교해 봅시다.

진폭에 싣거나, 주파수에 싣거나

반송파는 진폭과 주파수라는 두 가지 성질을 가지고 있습니다. 정보 신호(예: 목소리)의 크기에 따라 반송파의 진폭을 변화시키는 방법을 AM(진폭 변조), 반송파의 주파수를 변화시키는 방법을 FM(주파수 변조)라고 부릅니다.

정보 신호 (예: 목소리)

변조된 반송파

AM: 정보 신호가 클수록 반송파의 진폭(파형의 굵기, 포락선)이 크게 출렁입니다.

각각 어떻게 다를까요?

AM은 진폭만 바뀌기 때문에 회로가 간단하지만, 번개나 전기기기에서 나오는 잡음도 대부분 진폭을 흔들어 놓기 때문에 잡음에 약합니다. FM은 진폭이 아니라 주파수를 바꾸므로 잡음의 영향을 덜 받아 음질이 더 깨끗합니다. 다음 장에서 AM과 FM을 각각 자세히 살펴봅니다.

핵심 정리

  • 변조는 반송파에 정보 신호를 싣는 과정입니다.
  • AM은 정보 신호에 따라 반송파의 진폭을 바꿉니다.
  • FM은 정보 신호에 따라 반송파의 주파수를 바꿉니다.
  • FM은 AM보다 잡음에 강해 음질이 더 좋습니다.

좀 더 알아보기 — 변조의 원리와 종류, 그리고 발전사

변조를 하나의 식으로

진폭 편에서 파동은 진폭·주파수·위상으로 완전히 나타낼 수 있다고 배웠습니다. 반송파를 이 세 값으로 쓰면 다음과 같고, 변조란 이 가운데 무엇을 정보에 따라 바꾸느냐의 문제입니다.

\[s(t) = A(t)\,\cos\!\big(2\pi f_c t + \phi(t)\big)\]
  • \(A(t)\)를 바꾸면 진폭 변조(AM)
  • 순간 주파수(\(f_c\) 주변)를 바꾸면 주파수 변조(FM)
  • \(\phi(t)\)를 바꾸면 위상 변조(PM). 위상을 계속 밀거나 당기면 결국 주파수가 바뀌는 것과 같아서, FM과 PM은 한 형제로 묶어 각 변조라고 부릅니다.
  • \(A(t)\)와 \(\phi(t)\)를 함께 바꾸면 Wi-Fi·5G가 쓰는 QAM(디지털 통신)
변조 방식의 종류
분류무엇을 싣나대표 방식쓰이는 곳
아날로그 변조연속적으로 변하는 소리·영상 AM, SSB, VSBAM 라디오, 항공 무선, 아마추어 무선, 옛 아날로그 TV 영상
FM, PMFM 라디오, 무전기, 옛 아날로그 TV 음성
디지털 변조0과 1 ASK, FSK, PSK, QAM, OFDM교통카드, 블루투스, 휴대전화, Wi-Fi, 디지털 방송
펄스 변조펄스의 높이·폭·위치·숫자 PAM, PWM, PCMLED 밝기·모터 속도 조절(PWM), 디지털 전화·CD(PCM, ADC)
변조 방식은 어떻게 발전해 왔을까?
시기변조 방식무엇이 달라졌나
1890년대불꽃 방전 켜고 끄기(모스 부호)마르코니 등이 전파로 점과 선을 보내는 무선전신을 시작
1906년 무렵AM연속적인 반송파에 사람의 목소리를 실어 보내기 시작
1920~30년대AM 방송, SSB라디오 방송국이 세계 곳곳에 생기고(우리나라는 1927년 경성방송국), 주파수를 아끼는 SSB가 개발됨
1933년광대역 FM암스트롱이 잡음에 강한 FM을 개발
1937~1960년대PCM소리를 숫자로 바꿔 보내는 디지털 전화의 토대 마련
1960~90년대FSK, PSK, QAM전화선 모뎀과 위성 통신에서 디지털 변조가 본격적으로 쓰임
2000년대 이후OFDM + 고차 QAMWi-Fi, LTE, 5G, 지상파 UHD 방송이 수많은 반송파를 동시에 쓰는 방식으로 발전

이런 발전은 새 아이디어만으로 된 것이 아니라, 그것을 실제로 만들 수 있는 회로가 함께 발전했기 때문에 가능했습니다. 각 페이지에서 그 이야기를 나누어 소개합니다.

  • 전파를 만들어 내보내는 송신 회로(불꽃 간극 → 진공관 → 반도체): 안테나의 전파 송신
  • AM 소리를 꺼내는 수신 회로(광석 라디오 → 슈퍼헤테로다인 → 트랜지스터 라디오): AM
  • 주파수를 정확히 붙잡는 PLL 회로: FM
  • 0과 1을 계산하는 디지털 칩(트랜지스터 → 집적회로 → 신호처리 칩): 디지털 통신
  • 아날로그를 숫자로 바꾸는 변환 회로: 디지털 변환 ADC

🧑‍🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말

비유로 설명하기

  • 반송파는 "손전등 빛", 변조는 "손전등으로 신호 보내기"입니다. 빛의 밝기를 바꾸면 AM, 빛의 색을 바꾸면 FM, 켰다 껐다 하면 디지털(ASK)에 해당합니다.
  • 같은 노래를 큰 소리·작은 소리로 부르면(AM), 높은 음·낮은 음으로 부르면(FM) 하는 식으로 몸으로 표현해 볼 수 있습니다.

자주 하는 오해

  • "변조하면 정보가 바뀐다" — 변조는 정보를 바꾸는 것이 아니라 반송파를 바꾸어 정보를 싣는 것입니다. 받는 쪽에서는 복조로 원래 정보를 그대로 꺼냅니다.
  • "AM·FM은 라디오에만 쓰는 옛날 기술" — 항공 무선은 지금도 AM을 쓰고, 자동차 레이더와 신시사이저 악기도 FM 원리를 씁니다. 디지털 변조 역시 AM·FM·PM의 원리를 0과 1에 적용한 것입니다.

함께 해 볼 질문·활동

  • 위 시뮬레이션에서 정보 신호 크기를 0으로 내리면 AM과 FM 파형이 어떻게 되나요? (둘 다 순수한 반송파로 돌아갑니다.)
  • 집에 있는 기기(라디오, 리모컨, 교통카드, 휴대전화)가 위 표의 어떤 변조 방식에 해당하는지 찾아보기

본 교육자료는 Anthropic(Claude) 및 OpenAI(ChatGPT)를 활용하여 제작하였으며, 제작자가 내용을 검토·편집하였습니다. 주요 참고자료와 출처는 각 페이지의 「참고 자료 및 출처」에 명시하였습니다. 출처가 별도로 표기되지 않은 페이지와 참고자료에 포함되지 않은 내용은 제작자가 직접 작성하거나 정리한 것입니다. 내용에 오류가 있거나 수정이 필요한 사항을 발견하시면 kvnsite@kasi.re.kr로 알려 주시기 바랍니다.