디지털 변조 (QAM)¶
규격 · 개정판
성상도 매핑: 802.11-2024 Clause 17 (OFDM: BPSK–64-QAM) · Clause 21 (VHT: 256-QAM) · Clause 27 (HE: 1024-QAM, DCM) · 802.11be Clause 36 (EHT: 4096-QAM)
한눈에 보기
변조는 비트를 전파의 진폭과 위상에 싣는 방법입니다. 가능한 신호 점들을 평면에 그린 것을 **성상도(constellation)**라고 합니다.
- BPSK: 점 2개 → 한 번에 1비트
- QPSK: 점 4개 → 2비트
- 16/64/256-QAM: 4/6/8비트
- 1024-QAM (Wi-Fi 6): 10비트
- 4096-QAM (Wi-Fi 7): 12비트
점이 많을수록 한 번에 더 많은 비트를 보내지만, 같은 전력 안에 점을 촘촘히 넣어야 해서 잡음에 쉽게 헷갈립니다. 그래서 신호가 강할 때(AP 가까이)만 높은 QAM을 쓰고, 멀어지면 낮은 QAM으로 내려갑니다. 이 선택이 MCS(변조·부호화 방식)입니다.
변조별 요구 품질¶
| 변조 | 비트/부반송파 | 도입 | 필요한 EVM (대략, 최고 부호율) | 필요한 SNR 감각 |
|---|---|---|---|---|
| BPSK | 1 | 11a | −5 dB | 2–5 dB |
| QPSK | 2 | 11a | −10 dB | 5–10 dB |
| 16-QAM | 4 | 11a | −16 dB | 12–17 dB |
| 64-QAM | 6 | 11a | −25 dB (3/4), −28 dB (5/6) | 20–25 dB |
| 256-QAM | 8 | 11ac | −32 dB (5/6) | 28–32 dB |
| 1024-QAM | 10 | 11ax | −35 dB (5/6) | 33–37 dB |
| 4096-QAM | 12 | 11be | −38 dB (5/6) | 38–42 dB |
EVM(Error Vector Magnitude)은 송신기가 이상적인 점에서 얼마나 벗어나게 보내는지를 나타냅니다. 4096-QAM을 쓰려면 송신기 자체의 왜곡(위상 잡음, PA 비선형성, IQ 불균형)이 −38 dB 수준보다 작아야 하므로, 고차 QAM은 무선 채널보다 하드웨어 품질에 먼저 막힙니다. 표의 EVM 값은 HT~EHT 송신기 요구 사항의 대략적인 크기입니다(정확한 값은 각 PHY 절의 Transmit constellation error 표).
그레이 매핑¶
이웃한 점끼리는 1비트만 다르게 비트를 배정합니다(그레이 코드). 잡음 때문에 옆 점으로 잘못 판단해도 비트 오류는 1개만 생기고, 채널 디코더가 고치기 쉬워집니다. 802.11의 QAM 매핑은 I와 Q 축 각각에 그레이 코드를 따로 적용합니다.
DCM — 같은 비트를 두 번¶
11ax는 DCM(Dual Carrier Modulation)을 도입했습니다. 같은 비트를 서로 멀리 떨어진 두 부반송파에 (다른 매핑으로) 실어, 한쪽이 페이딩돼도 다른 쪽으로 복구합니다. 전송률은 절반이 되지만 셀 가장자리와 실외(HE ER SU)에서 커버리지를 넓힙니다. DCM은 BPSK, QPSK, 16-QAM에만 적용합니다.
전문가 노트 — 정규화와 비트 매핑
정규화 계수. 평균 전력을 1로 맞추기 위해 각 점에 \(K_{MOD}\)를 곱합니다.
| 변조 | \(K_{MOD}\) |
|---|---|
| BPSK | 1 |
| QPSK | \(1/\sqrt{2}\) |
| 16-QAM | \(1/\sqrt{10}\) |
| 64-QAM | \(1/\sqrt{42}\) |
| 256-QAM | \(1/\sqrt{170}\) |
| 1024-QAM | \(1/\sqrt{682}\) |
| 4096-QAM | \(1/\sqrt{2730}\) |
일반식은 \(M\)-QAM(정사각형)에서 \(K_{MOD} = 1/\sqrt{\tfrac{2}{3}(M-1)}\)입니다. 예: \(M = 4096\) → \(\tfrac{2}{3} \cdot 4095 = 2730\).
최소 거리와 SNR. 정규화된 최소 거리는 \(d_{min} = 2K_{MOD}\)이므로, \(M\)이 4배가 될 때마다 \(d_{min}\)은 약 1/2(−6 dB)이 됩니다. 1024 → 4096-QAM의 차이도 약 6 dB입니다.
LLR 계산 비용. 소프트 디코딩을 위해 비트마다 LLR을 구해야 합니다. 4096-QAM은 축당 64레벨, 비트 6개이므로 max-log 근사와 구간 분할로 계산량을 줄이는 것이 구현의 핵심입니다. 위상 잡음 추적(파일럿 기반 CPE 보정)이 부족하면 외곽 점부터 회전 오차로 무너집니다.
802.11bn 논의. 1024·4096-QAM 사이를 촘촘히 채우기 위해 불균등 변조(UEQM), 중간 MCS 등이 논의되고 있습니다. 확정 내용은 Wi-Fi 8 (802.11bn UHR)에서 상태를 확인하세요.