위상(Phase)

위상(Phase)이란?

1. 개념
   위상(Phase)은 주기적인 파동(신호)에서 특정 시점의 위치를 나타내는 개념이다. 일반적으로 사인파(Sinusoidal Wave)에서 기준점(예: 0초 또는 파형의 시작점)과 비교하여 현재 파형이 얼마나 진행되었는지를 각도로 표현한다.

2. 수학적 정의
   사인파는 다음과 같은 수식으로 표현된다.
   [
   x(t) = A \cos(2\pi f t + \theta)
   ]

   • ( A ) : 진폭(Amplitude) - 파형의 크기
   • ( f ) : 주파수(Frequency) - 1초 동안 진동하는 횟수
   • ( t ) : 시간(Time)
   • ( \theta ) : 위상(Phase) - 기준점과의 상대적인 위치

   여기서 위상(Phase, (\theta))는 신호가 시작하는 기준점을 결정하는 요소이며, 단위는 라디안(Radian) 또는 도(Degree)로 표현된다.

3. 위상의 의미
   같은 주파수를 가지는 두 개의 신호가 있을 때, 위상이 다르면 두 신호의 시작점이 다르게 된다. 예를 들어:

   • 위상이 0도(0 라디안)면 두 신호가 같은 위치에서 시작됨
   • 위상이 90도(π/2 라디안)면 한 신호가 다른 신호보다 1/4주기 앞서거나 늦게 시작됨

4. 위상의 변화와 정보 전송

   • 위상을 변조(변경)하면 정보 전달이 가능하다.
   • 일반적인 광통신의 IM•DD(Intensity Modulation • Direct Detection) 방식에서는 광의 세기(진폭)만을 변조하기 때문에 위상 정보는 활용되지 않는다.
   • 반면, 코히런트(Coherent) 광통신은 광파의 위상 정보를 활용하여 더 많은 데이터를 전송할 수 있다.
   • 대표적인 변조 방식으로 위상편이변조(Phase Shift Keying, PSK)가 있으며, 이는 위상을 특정 값으로 변화시켜 정보를 표현하는 기법이다.

5. 위상의 시각적 표현

   • 두 개의 사인파가 같은 주파수를 가지지만 위상이 다르면 아래와 같이 보인다.
     • 0도(0 라디안): 같은 위치에서 시작
     • 90도(π/2 라디안): 하나의 신호가 다른 신호보다 1/4 주기 앞서감
     • 180도(π 라디안): 하나의 신호가 다른 신호보다 반 주기(1/2주기) 늦음 (즉, 정반대의 위치)

6. 결론
   위상은 주기적인 신호의 상대적인 진행 정도를 나타내는 중요한 개념이다. 광통신에서 위상을 활용하면 데이터 전송 효율을 높일 수 있으며, 이는 코히런트 광통신의 핵심 기술 중 하나이다.