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Chapter 5 아날로그 전송 (Analog Transmission)

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Presentation Transcript

  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-analog conversion is the process of changing one of the characteristics of an analog signal based on the information in digital data. 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 An analog signal carries 4 bits per signal element. If 1000 signal elements are sent per second, find the bit rate. Solution In this case, r = 4, S = 1000, and N is unknown. We can find the value of N from

  9. Example 5.2 An analog signal has a bit rate of 8000 bps and a baud rate of 1000 baud. How many data elements are carried by each signal element? How many signal elements do we need? Solution In this example, S = 1000, N = 8000, and r and L are unknown. We find first the value of r and then the value of L.

  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 We have an available bandwidth of 100 kHz which spans from 200 to 300 kHz. What are the carrier frequency and the bit rate if we modulated our data by using ASK with d = 1? Solution The middle of the bandwidth is located at 250 kHz. This means that our carrier frequency can be at fc = 250 kHz. We can use the formula for bandwidth to find the bit rate (with d = 1 and r = 1).

  14. Example 5.4 In data communications, we normally use full-duplex links with communication in both directions. We need to divide the bandwidth into two with two carrier frequencies, as shown in Figure 5.5. The figure shows the positions of two carrier frequencies and the bandwidths. The available bandwidth for each direction is now 50 kHz, which leaves us with a data rate of 25 kbps in each direction.

  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 We have an available bandwidth of 100 kHz which spans from 200 to 300 kHz. What should be the carrier frequency and the bit rate if we modulated our data by using FSK with d = 1? Solution This problem is similar to Example 5.3, but we are modulating by using FSK. The midpoint of the band is at 250 kHz. We choose 2Δf to be 50 kHz; this means

  19. 디지털 신호의 변조(계속) • BFSK의 구현

  20. Example 5.6 We need to send data 3 bits at a time at a bit rate of 3 Mbps. The carrier frequency is 10 MHz. Calculate the number of levels (different frequencies), the baud rate, and the bandwidth. Solution We can have L = 23 = 8. The baud rate is S = 3 MHz/3 = 1000 Mbaud. This means that the carrier frequencies must be 1 MHz apart (2Δf = 1 MHz). The bandwidth is B = 8 × 1000 = 8000. Figure 5.8 shows the allocation of frequencies and bandwidth.

  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) • BASK의 구현

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

  25. Example 5.7 Find the bandwidth for a signal transmitting at 12 Mbps for QPSK. The value of d = 0. Solution For QPSK, 2 bits is carried by one signal element. This means that r = 2. So the signal rate (baud rate) is S = N × (1/r) = 6 Mbaud. With a value of d = 0, we have B = S = 6 MHz.

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

  27. Example 5.8 Show the constellation diagrams for an ASK (OOK), BPSK, and QPSK signals. Solution Figure 5.13 shows the three constellation diagrams.

  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 Analog-to-analog conversion is the representation of analog information by an analog signal. One may ask why we need to modulate an analog signal; it is already analog. Modulation is needed if the medium is bandpass in nature or if only a bandpass channel is available to us. 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