< 펄스변조와 동기화 >

1. < 펄스변조와 동기화 >

2. 1.1 펄스 변조 1. 펄스 변조 - 입력신호에 따라 펄스의 진폭, 위치, 폭 등을 변화시켜 정보를 아날로그적 으로 전송할 수 있다. - 한 펄스 열 사이에 등간격 펄스열 을 삽입 시킬 수가 있기 때문에 시분할 다중(Multiplexing:TDM)전송이 가능 하다. 그림 1) 펄스 변조기 반송파(carrier), P(t)로 펄스열을 사용한다.

3. 2. 아날로그 펄스 변조 : 정보신호의 값(진폭)을 양자화하여 부호화하는 펄스부호변조(PCM)와 구별하기 위하여 아날로그 펄스 변조라 하며 다음과 같은 종류가 있다. 1) 펄스 진폭 변조(PAM) ; 펄스의 주기, 폭은 일정하고 펄스의 진폭을 신호파의 크기에 비례하여 변화시키 는 방법 2) 펄스 폭 변조 (PWM or PDM) ; 펄스의 주기 진폭은 일정하고 그 시간 축상의 위치를 입력 신호의 크기에 비례하 여 변화시키는 방법 3) 펄스 위상 변조(펄스 위치 변조 ; PPM) ; 펄스의 진폭과 폭은 일정하고 그 시간 축상의 위치를 입력 신호의 크기에 비례하 여 변화 시키는 방법 4) 펄스 밀도 변조(PNM) ; 변조 신호파의 진폭에 따라 진폭이나 폭이 일정한 단위 펄스를 일정한 시간 내에 그 수를 변화 시켜서 변조하는 방법 5) 펄스 부호 변조(PCM) ; 표본화 된 펄스 신호를 양자화하여 이것을 N개의 2진화 펄스를 써서 부호로 하는 방법으로 현재 쓰이는 변조 방식 중 가장 우수한 방법이다.

4. ** 아날로그 펄스변조 -PAM,PDM,PPM 등은 펄스의 파라미터를 변조 신호값에 따라 연속적으 로 변화시키는 변조방식 이다. -메시지 파형을 주기적인 샘플치로 적당히 잘라낸 다면 아날로그 펄스변조 를 이용하여 전송시킬 수 있다. -펄스열의 파라미터(펄스 폭, 위치 등)를 변조신호 에 따라 변화시키면 정보 신호에 따라 변화시키면 정보신호를 전송시킬 수 있다. 그림 2) PAM, PDM, PPM

5. 3. 심볼간의 간섭(Intersymbol Interference: ISI) 그림 3) 인접 신호간의 상호 간섭 - 대부분의 통신시스템에 사용되는 정보원은 음성 또는 영상등과 같은 아날로그 형태이다. 이같은 아날로그 정보원에 대한 디지털 통신시스템의 첫번째 과정은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 것(A/D변화)이며 수신측에서는 이와 반대의 과정으로 아날로그 신호로 복원(D/A 변화)한다. 여기서 디지털 신호란? 일반적으로 시간축상과 진폭축상에서 이산적인 값을 갖 는 신호로 정의하는데..시간축상에서 표본화, 양자화, 부호화 과정을 통한 일정 한 법칙에 따라 펄스 부호열로 변환된다.

6. 1.2 펄스 부호 변조(Pulse Cose Modulation : PCM) - PCM은 펄스변조의 일종인 디지털 전송방식이며 표본화된 펄스열의 진폭을 부화화하는 아날로그 신호의 디지털화(A/D converter) 기술이다. 1. PCM 변조과정 그림 4) PCM의 3단계 과정

7. 1) 표본화(Sampling) ; Shannon의 표본화 정리에 따라 아날로그 신호를 PAM 펄스로 변환하는 과정이다. 2) 양자화(Quantization) ; 표본화된 PAM 진폭을 가장 가까운 이산적인 양자화레젤(2n)에 근사화시키는 과정이며 양자화는 레벨간격에 따라 3선형(균일) 양자화와 비선형(불균일) 양자화로 나뉜다. 비선형 양자화는 입력신호에 따라 양자화 간격을 변화시키는 것으로 입력신호가 크면 양 자화 간격을 넓게하고, 입력신호가 비교적 작으면 양자화간격을 좁게 한다. 3) 부호화(Encoding) ; 양자화된 pam 펄스의 진폭크기를 2진부호(0 또는 1)로 변환시키는 과정이며 2n의 양자 화 레벨을 갖는다면 각 PMA펄스는 n bit로 표현한다. 그림 5) PCM 변조 과정

8. 2. 양자화의 문제점 및 해결책 1) 양자화잡음(quantization error) 발생 ; 양자화 과정에서 샘플된 입력과 양자화된 출력간에 차이에 의해서 발생한다. ; 해결방법 - 양자차 레벨간격을 좁게 한다. - 비선형 양자화한다. 2) 과부하잡음(overload noise) 발생 ; 입력신호의 진폭레벨이 최대를 초과해도 일정한 값 이상은 되지 않으며 초과된 입력신호는 모두 잡음화되는것을 과부하잡음이라 한다. ; 과부화 잡음(No)식은 ; 부호화 잡음(보) : 양자화 잡음(Nq)+과부하잡음(No)

9. 3) 비선형 양자화 ; 양자화잡음을 최소화한다. ; 비선형 양자화기 - 압축기와 신장기를 합쳐서 압신기(compander)라 한다. * 송신측 : 부호화하기 전에 입력샘플치가 큰 진폭은 억누르고 작은 진폭은 확대시켜주는 특성을 갖는 압축기(compressor)를 통과하고 그 출력이 등간격 양자화 되도록 한다. 그림 6) 비선형 양자화기의 특성

10. * 수신측 : 선형복조기 다음의 신장기(expander)는 압축된 값을 다시 신장하여 원래의 표 본값을 갖게 한다. 그림 7) 압신기술

11. 3. PCM의 복조 1) 신호를 복원하기 위해 PCM변조의 역과정을 거친다. 2) 복조기는 PCM 신호를 다시 진폭레벨로 대응시킨후 fm(Hz)의 대역폭을 갖는 저역필터를 통과시키면 원래의 예측신호를 얻는다. 그림 8) PCM 복조 과정

12. 4. PCM 통신시스템의 구성 그림 9) PCM 통신시스템 1) 동기(Synchronization) ; 송신단에서 표본화, 부호화의 조작과 수신단에서의 복호화 등의 조작을 시간적으로 완전 히 일치시키는 과정이다. 2) 재생중계기(regenerative repeater) ; 장거리 전송시 전송로에서 발생되는 누화, 잡음등의 영향을 감소시키기 위해 선로사이에 위치하여 전송신호의 감쇄를 보정한다. ; 재생중계기의 3가지 기능 - 정형(reshaping) - 식별재생(regeneration) - 타이밍재생(retimlng)

13. 5. PCM 통신방식의 특징 ; PCM 방식은 광대역 전송특성이라는 최대 약점을 갖고 있으나 고품질의 장거리 통신에 적합하여 현대의 통신으로 각광을 받고 있다. 1) 장점 - 장거리 통신이 가능 : 재생중계기에 의해 전송로의 영향을 제거할 수 있어 잡음누화 등이 가산되지 않기 때문이다. - 잡음, 누화에 강하다. : 신호 펄스의 유무 판정으로 통신하기 때문에 품질이 나쁜 회로도 사용할 수 있다. - 전송로의 손실, 레벨 변동에 강하다. : 전송로의 종류, 거리에 관계없이 2~3(dB)정도의 낮은 회로손실을 생성 2) 단점 - 광대역 전송선로가 필요 : 24 channel의 경우, FDM 보다 약 15배의 광대역이 필요하다. - PCM 고유의 잡음 발생 : PCM 통신 고유의 과정인 양자화에 의해 잡음이 발생하며 압신 기의 사용과 양자화레벨의 세분으로 개선되고 있다.

14. 6. TDM과 FDM 개요 1) 다중통신(multiplex-communication)의 정의 - 하나의 전송로에 여러 개의 독립된 정보신호를 전송하여 통신하는 방식 - 주어진 통신로에 되도록 많은 신호를 보낼 수 있는 경제적이고 효율적인 통신방식 2) 다중통신방식 : 다중화방식의 차이는 신호를 전송하는데 사용하는 통신공간이다. - 시분할 다중(Time-division Multiplexing : TDM) 통신 ; 일정한 시간간격의 펄스열을 서로 중복되지 않도록 시간축상에 차례로 배열하여 신 호파를 다중 전송하는 방식 - 주파수분할 다중(Frequency-division Multiplexing : FDM) 통신 ; 주파수가 다른 반송파를 각 신호파로 변조하여 이들의 스펙트럼이 서로 겹치지 않도 록 주파수 축상에 배열하여 신호를 다중 전송하는 방식 그림 11) TDM

15. 그림 12) FDM과 TDM

16. ** TDM과 FDM의 비교 ; 시분할 다중통신방식이 주파수 분할 다중통신방식보다 여러가지로 유리하기 때문에 오늘날 장거리 전화 통신에서 널리 사용된다. TDM FDM 사용분야 디지털 다중 통신 아날로그 다중 통신 회로구성 간단 복잡 누화의 영향 적다 많다

17. 7. PCM/TDM의 개요 ; 잡음이 있는 통신로에 신호를 전송할 때 아날로그 신호를 PCM 파형으로 변환하여 많은 PCM신호를 공통 통신로에 전송할 경우 PCM신호를 시분할 다중화(TDM) 시 켜야 한다. 1) PCM/TDM ; 각 아날로그 입력신호를 PCM 파형으로 변환시킨 후 시분할 다중화(TDM)하여 하 나의 전송로에 보내는 방식 그림 13) PCM/TDM

18. 2) PCM/TDM 시스템 ; 디지털 다중전송이란 시분할 방식이며, 디지털 신호의 다중화는 시간당의 부호화율로 표시 한다. ; 디지털 다중화를 위한 전송로의 구성은 프레임(frame)을 기본으로 한다. ; 종류로는 북미방식 : 1.544(M bit/s),24(ch) 방식과 유럽방식 : 2.048(M bit/s0, 32(ch) 방식

19. 2.1 동기화 ; 시간 개념을 말하는 것으로 여러 매체들 사이의 시간적인 관계성을 말하지만, 멀티미디어 시스템에서의 동기화란 연속 매체와 비연속 매체들 사이의 내용적, 시간적, 공간적인 관계 를 모두 일컫는 말이다 1) 연속매체와 비연속매체 - 연속 매체는 시간에 따라 변하는 매체로서 연속되인 매체열로 표현되는데, 연속되는 매체열사이에는 시간적인 관계성이 있다. 즉 매체열 사이에 시간적인 순서가 있는 것 이다. 예로서 비디오 매체를 생각해 보면, 비디오는 순서가 잇는 여러 개의 프레임들로 구성되며, 이들 프레임은 각각 고정된 출력시간을 갖는다. 예를 들면 한 프레임이 1/60초 동안 출력된다면, 이어지는 프레임도 그 다음1/60초 동안 출력되는 방식이다. 비연속 매체는 시간이 지나도 변하지 않는 매체로서 텍스트나 그래픽 같은 매체를 말한다. - 이들 사이의 동기화의 예로 TV를 예로 들 수 있는데, TV는 비디오 정보와 오디오 정보 사이의 동기화를 이룬 것이다. 멀티미디어 시스템에서의 예로는 슬라이드와 슬라이드에 대한 설명을 미리 녹음된 형태로 발표하는 것을 예로 들 수 있는데 이 때 발표하는 슬라이드 자료는 그 발표 자료에 대해 설명하는 오디오 부분과 동기화가 이루어진다. 슬라이드를 통한 발표에서의 동기화를 이루기 위해서는 슬라이드 자료가 음향 매체인 오디오의 적당한 데이터 열과 동기화가 이루어져야 한다.

20. 2) 동기화의 관계 ; 멀티미디어 시스템내의 연속매체와 비연속매체들 사이에는 내용, 시간, 공간적인 관계를 갖는다. - 내용 관계성 ; 한 매체와 다른 매체들의 의존성을 정의한 것이다. 예를 들면 스프레드쉬트의 데이터와 그 데이터를 그랲픽으로 나타낼 때, 스프레드 쉬트의 데이터와 그래픽 사이의 의존성을 내용 관 계성이라 말하며 이 같은 경우 하나의 데이터를 2개의 다른 방식으로 표현한 것이다. 일반적으로 멀티미디어 시스템에서 내용 관계성의 구현은 공통의 자료구조의 사용과 서로 다른 2개 이상의 매체를 사용하여 객체들을 표현하는 객체 인터페이스의 사용에 기반을 둔 것이다. - 공간 관계성 ; 일반적으로 위치 관계성이라고도 하며 이것은 멀티미디어 프리젠테이션의 어떤 한 시점에서 출력 기기에 표현되는 매체들의 위치를 지정하는 것이다. 종이나 모니터와 같이 2차원 출력기 기에서 각 매체들의 위치는 2차원으로 명시되며 보통 문서내(페이지 내)에서의 위치를 정하는 배치 프레임을 사용하여 표현한다. - 시간 관계성 ; 매체의 객체들 사이의 시간적인 의존관계를 정의하는 것으로 연속매체가 존재할 때는 항상 시간 관계성을 고려해야 한다. 앞에서 예를 들었듯 슬라이드를 통해 어떤 내용을 설명할 때, 슬라이드라는 비연속 매체와 슬라이드를 설명해 주는 연속매체인 음향이 동기화 되어야 하 는데 슬라이드의 내용을 설명하고 있는 부분이 슬라이드와 같은 시간과 동시에 출력되어야 한다.

21. 3. 객체내에서의 동기화와 객체들 사이에서의 동기화 1) 객체내에서의 동기화 - 하나의 연속 매체 객체에서 출력될 연속 프레임들 사이의 시간적인 관계성을 말하며 하나의 비 디오 매체에서 시간 관계성의 예를 들면, 비디오 매체를 보여 주기 위해서 매초 30프레임의 비율 로 비디오가 출력된다면 각 프레임은 매 33.3ms마다 출력되어야 한다. 그림 1) 공이 튀는 모습을 비디오의 연속적인 프레임들을 사용한 예

22. 2) 객체들 사이에서의 동기화 - 서로 다른 두 매체들 사이의 동기화를 말하며 아래 그림은 오디오/비디오가 먼저 출력되고 후에 3개의 그림이 출력되며, 애니매이션과 함게 애니매이션에 대한 설명이 같이 출력되는 멀티미디어의 동기화 시간적 관계를 보여주는 예이다. 그림 2) 멀티미디 동기화의 시간적 관계