Chapter 5 아날로그 전송 (Analog Transmission)

1. Chapter 5 아날로그 전송 (Analog Transmission)

2. 5 장 아날로그 전송 5.1 디지털-대-아날로그 전환 5.2 아날로그 신호 변조 5.3 요 약

3. 5.1 디지털-대-아날로그 전환 Digital-to-analog변환은 디지털 데이터의 정보를 기반으로 아날로그 신호의 특성 중 하나를 변경하는처리이다. Topics discussed in this section: Aspects of Digital-to-Analog ConversionAmplitude Shift KeyingFrequency Shift Keying Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation

4. 디지털-대-아날로그 전환(계속)

5. 디지털-대-아날로그 전환 유형 • ASK (Amplitude Shift Keying) • FSK(Frequency Shift Keying) • PSK (Phase Shift Keying) • QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

6. 디지털 신호의 변조 • 비트율(Bit rate) : 초당 전송되는 비트의 수 • 보오율(Baud rate) : 초당 신호단위의 수 • S = N×baud, N : 데이터율(bps), r : 하나의 신호요소에 전달되는 데이터 요소의 수 • 반송파 신호(Carrier Signal) • 정보 신호를 위한 기본 신호, 반송 주파수(carrier frequency)

7. 디지털 신호의 변조(계속) 비트율은 초당 비트수이다. 보오율은 초당 신호 단위의 수이다. 보오율은 비트율과 같거나 적다. Bit rate is the number of bits per second. Baud rate is the number of signal elements per second. In the analog transmission of digital data, the baud rate is less than or equal to the bit rate.

8. Example 5.1 아날로그 신호가 각 신호요소에 4비트를 운반한다. 초당 1000개의 신호요소가 보내진다면 보오율과 비트율은 각각 얼마인가. Solution 이 경우에는 r = 4, S = 1000이며 N 은미지수이다. 다음과 같이N을 구할 수 있다.

9. Example 5.2 어떤 아날로그 신호의 비트율이 8000이고 보오율이 1000 보오이다. 각 신호 요소에는 몇 개의 데이터 요소가 실려 보내지는가? 또한 몇 개의 신호 요소가 필요한가? Solution 이 경우에는 S = 1000, N = 8000이며 r과 L은 미지수이다. 다음과 같이 먼저 r의값을 구하고 L의 값을 구한다.

10. 디지털 신호의 변조(계속) • 반송파 신호 • 반송파 신호 • 아날로그 전송에서 정보 신호의 기반이 되는 고주파 신호 • 반송파 신호의 특성 • 진폭 • 주파수 • 위상 • 변조 • 반송파 신호의 특성 중 한가지 이상을 변화시키는 방식

11. 디지털 신호의 변조(계속) • 진폭편이 변조(ASK: Amplitude Shift Keying) • 진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다 • ASK의 대역폭 • B(대역폭) = (1 + d (0 과 1 사이의 값)) × S(신호율)

12. 디지털 신호의 변조(계속) • 2진 ASK의 구현

13. Example 5.3 200 kHz에서부터 300 kHz에 걸치는 100 kHz의 대역을 사용할 수 있다. d = 1인 ASK를 사용하는 경우의 반송파의 주파수는 무엇인가? Solution 대역의 중간 지점은 250 kHz이다. 이는 반송파의 주파수 fc는 250 kHz인 것을 말한다. 비트율을 구하기 위해 다음 식을 사용할 수 있다.

14. Example 5.4 데이터통신에서는 양방향으로 통신하기 위해 보통 전이중 링크를 사용한다. 그림 5.5와 같이 두 개의 반송파를 사용하고 두 개 구간으로 대역을 나누어야 한다. 그림은 두 개 반송파의 위치와 대역폭을 보여주고 있다. 각 방향에 사용 가능한 대역폭은 이제 50 kHz이며, 각 방향 25 kbps의 데이터율을 제공한다.

15. Figure 5.5 Bandwidth of full-duplex ASK used in Example 5.4

16. 주파수편이 변조(FSK, Frequency Shift Keying) • 신호의 주파수가 2진 1 또는 0에 따라 변경

17. 디지털 신호의 변조(계속) • FSK의 대역폭 • B = (1 + d) × S + 2Δf • B : Bandwidth • d : 0과 1사이 • S : 신호율 • 2Δf : 요구 대역폭

18. Example 5.5 100 kHz의 가용 대역이 영역 200 kHz부터 300 kHz에 걸쳐 있다. FSK를 사용하고 d = 1 이라면 반송파의 주파수와 비트율은 얼마이어야 하겠는가? Solution 이 문제는 예제 5.3과 유사하지만 FSK를 사용해야 한다. 중간점은250 kHz이다. 2Δf를 50 kHz가 되도록 하자. 그런 경우에는 다음과 같다.

19. 디지털 신호의 변조(계속) • BFSK의 구현

20. Example 5.6 비트율 3 Mbps의 속도로 동시에 3비트를 보내야 한다. 반송파 주파수는 10 MHz이다. 준위의 개수(서로 다른 주파수의 개수)와 보오율과 대역폭을 구하라. Solution L = 23 = 8이다. 보오율은 S = 3 MHz/3 = 1000 Mbaud이다. 이는 반송파 주파수는 서로 1 MHz씩 떨어져야 하는 (2f = 1 MHz)것을 의미한다. 대역폭은 B = 8 × 1000 = 8000이다. 그림 5.8에 각 주파수와 대역을 배당한 그림이 있다.

21. Figure 5.8 Bandwidth of MFSK used in Example 5.6

22. 위상편이 변조 (PSK:Phase Shift Keying) • 위상이 2진1 또는 0에 따라 변경

23. 디지털 신호의 변조(계속) • BPSK의 구현

24. 디지털 신호의 변조(계속) • QPSK and its implementation

25. Example 5.7 12 Mbps로 전송하는 QPSK의 대역폭을 구하라. d값은 0이다. Solution QPSK에서는한 신호요소가 2비트를 전송하므로 r = 2이다. 따라서 신호율(보오율) S = N × (1/r) = 6 Mbaud이다. d 값이 0 이므로 B = S = 6 Mbaud.

26. 디지털 신호의 변조(계속) • 성운그림(Constellation diagram) • 수평선 X축은 동위상 반송파 • 수직선 Y축은 구상 반송파

27. Example 5.8 ASK(OOK), BPSK 그리고 QPSK 신호의 성운 그림을 그리시오. Solution 그림 5.13은 이 세 가지 성운 그림이다.

28. Figure 5.13 Three constellation diagrams

29. 디지털 신호의 변조(계속) 구상진폭변조(QAM)는 ASK와 PSK를 조합한 것을 의미한다. Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK.

30. 구상진폭 변조 (QAM, Quadrature Amplitude Modulation) • ASK와 PSK의 조합 • QAM의 성운도

31. 5.2 아날로그 신호 변조 아날로그-대-아날로그 변환은 아날로그 신호로 아날로그 정보를 표현하는 것이다. 어쩌면 왜 이미 아날로그 신호인데 아날로그 신호를 보조 하는가 하는 의문을 가질 것이다. 매체가 띠대역 통과 특성을 갖고 있거나 띠대역만이 사용 가능한 경우에 변조가 필요하다. Topics discussed in this section: Amplitude ModulationFrequency ModulationPhase Modulation

32. Figure 5.15 Types of analog-to-analog modulation

33. 5.2 아날로그 신호 변조 • 진폭 변조(AM) • 신호의 진폭에 따라 반송파의 진폭이 변화한다.

34. 아날로그 신호 변조(계속) • AM 대역폭 AM에 필요한 총 대역폭은 음성신호의 대역폭에 따라 결정된다. The total bandwidth required for AM can be determined from the bandwidth of the audio signal: BAM = 2B.

35. 아날로그 신호 변조(계속) • AM 라디오의 표준 대역 할당 • 오디오 신호(음성과 음악)의 대역폭은 5kHz • 각 방송국은 10kHz씩 할당 • AM 대역 할당

36. 아날로그 신호 변조(계속) • 주파수 변조(FM) • 변조신호의 전압 준위 변화에 따라 반송 주파수가 변화한다.

37. 아날로그 신호 변조(계속) • FM 대역폭 FM의 전체 요구 대역폭은 음성대역 대역폭으로 결정된다. The total bandwidth required for FM can be determined from the bandwidth of the audio signal: BFM = 2(1 + β)B.

38. 아날로그 신호 변조(계속) • FM 라디오의 표준 대역할당 • 스테레오로 방송되는 오디오 신호 대역폭 15kHz • 각 FM 방송국은 최소 150kHz 대역폭 필요 • 각 방송국에 200kHz(0.2MHz) 할당 • FM 대역 할당

39. 아날로그 신호 변조(계속) • 위상 변조 • 정보 신호의 진폭에 따라 반송파의 위상이 비례하여 변화한다.

40. 아날로그 신호 변조(계속) • 위상 변조 대역폭 PM의 전체 요구 대역폭은 변조되는 신호의 대역폭과 최대 진폭에 따라 결정된다 The total bandwidth required for PM can be determined from the bandwidth and maximum amplitude of the modulating signal:BPM = 2(1 + β)B.

41. 5.3 요약 Q & A

42. Report • 연습 문제 풀이 • 다음주 이 시간까지