통신시스템 공학 < 강의 자료 > 제 4 장 : AM (DSB-SC,DSB-LC) 2004. .
4. AM – 4.1 기저대역과 통과대역 통신 변조과정 : 주파수 영역에서 신호의 스펙트럼을 이동시키는 현상 통신방식 변조과정 : 주파수 영역에서 신호의 스펙트럼을 이동시키는 현상 통신방식 1) 기저대역 통신 : 주파수 상에서 신호의 스펙트럼이 이동되지 않은 채로 전송 예) 저주파 영역신호로 주로 유선매체 이용, PCM 2) 통과대역 통신 : 변조기법을 사용한 방식, FDM 예) 무선 링크를 이용한 장거리 통신 방식에서 적절한 크기의 안테나와 효율적인 전력 사용을 위해서 신호의 주파수를 고주파 대역으로 이동, FDM 방식 기저대역(Baseband) : 신호가 원래 가지고 있는 주파수의 범위 반송파 통신 : 변조를 통하여 신호의 주파수 대역을 옮겨서 전송 AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation)
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) 진폭변조(AM) : 반송파 신호 의 크기 값 A 가 전송하고자 하는 신호 에 비례한 변화 변조된 신호와 스펙트럼 변조과정은 변조신호를 만큼 좌우측으로 이동시키는 과정 의 대역폭 : B [Hz], 변조신호 대역폭 : 2B[Hz] (그림 4.1 a, b, c) 변조신호의 Non-overlap 조건 : Upper Sideband : USB, Lower Sideband : LSB. Double-sideband : DSB DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier Modulation) (4.1)
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) 복조(Demodulation) : 변조된 신호로부터 원래의 신호 를 복원하는 과정 변조과정 후 에 위치한 신호들을 저역통과하여 신호를 얻음 (그림 4.1 d, e) 동기검파(Synchronous Detection, or Coherent Detection) : 변조시 사용한 sin 함수와 같은 주파수와 위상을 갖는 sin 함수를 사용 (4.2a) (4.2b) 그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) 변조기(Modulator) 곱셈 변조기(Multiplier Modulator) : 에 를 직접 곱하는 아날로그 곱셈기를 사용하는 변조기 증폭기의 비선형성과 고가의 단점 비선형 변조기(Nonlinear Modulator) : 다이오드나 트랜지스터와 같은 비선형 소자를 이용 (그림 4.3) 비선형 소자의 입출력 관계 이용 single balanced modulator (4.3) 그림 4.3 비선형 DSB-SC 변조기
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) 변조기(Modulator) 스위칭 변조기(Switching Modulator) : 곱셈기를 간단한 스위치 동작으로 대치, 를 하나의 sin 함수로 곱하는 것이 아니라 기본 주파수가 인 임의의 주기함수를 곱해서 변조시킴 그림 4.4a : 신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가 인 BPF를 통과시켜 변조신호 구함 그림 4.4b : 직각 펄스열을 이용한 변조신호 신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가 인 BPF를 통과시켜 변조신호 구함 스위치 변조기 구성(그림 4.5) : 1) 다이오드-브릿지 변조기 2) 직렬 브릿지 다이오드 변조기 3) Shunt-브릿지 변조기 (4.4a) (4.4b) (4.5) (4.6)
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) 그림 4.5 다이오드-브릿지 변조기
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) 링 변조기 (Ring Modulator) (스위치 변조기 일종) : double balanced modulator 원리 : 의 양(+) 반주기에는 다이오드 D1과 D3가 “On”되어 출력이 에 비례하고 음(-) 반주기에는 다이오드 D2과 D3가 “On”되어 출력이 에 비례 (4.7a) (4.7b) 그림 4.6 링 변조기
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) DSC-SC 신호의 복조 : 변조과정 후 LPF 적용과정과 동일 수신된 신호의 반송파의 주파수와 위상을 이용한 동기검파(검출)(Coherent demodulation) DSB-LC 적용 이유 DSB-SC : 수신기는 송신기에서 보낸 반송파의 주파수와 위상을 정확히 알고 있어야 함. 수신기 복잡, 고가 예) 일대일 통신의 경우 수신기 복잡해도 송신기의 단순화 목적으로 적용 DSB-LC : 반송파 전송 수신기의 반송파 복원 불필요, 송신기 고출력 및 고가 장비 필요 예) 방송 시스템의 경우 수신기는 간단하고 저가 제작해야 하며, 송신기는 고가가능 시스템
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier) 신호와 스펙트럼 : 와 을 그린 후 사이에 반송파 주파수의 정현파를 그리면 변조된 신호 : 수신신호의 포락선을 통해 송신신호 검출가능(그림 4.8b,d) : 수신신호의 포락선을 검출 불가능(그림 4.8c,e) AM 신호의 포락선 수신 조건 : 포락선 검출을 위한 반송파 크기의 최소값 : 변조지수 (modulation index) : : 과변조(overmodulation) => 포락선 수신 불가 => 동기수신 포락선 검출( )은 동기검출보다 간단하고 저가 구현가능 (4.8a,b) (4.8c) (4.9b) (4.10a) (4.10b)
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier) 측파대와 반송파 전력 AM 변조신호 : 반송파 전력 : ( 의 자승평균값), 소모성 전력 반송파 전력 : , 유용한 전력 전력 효율(power efficiency) : 톤 변조의 경우 : 송신전력의 1/3 정도만 유용한 전력 (음성신호의 경우 25% 정도)
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier) AM 신호의 생성 : 반송파 신호를 없애지 않아도 되므로 DSB-SC 변조기보다 간단 스위치 변조기(그림 4.10) : 회로 입력신호 ( ) 의 제어로 다이오드의 스위칭이 이루어지고, 와 가 곱해지는 효과 그림 4.10 AM 신호 생성기
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier) AM 신호의 복조 : AM 신호의 동기검출은 AM변조 목적을 위반하므로 사용빈도 낮음. 비동기 검출방법 사용 : 1) 정류 검출, 2) 포락선 검출 정류 검출(Rectifier Detection) : 그림 4.11 다이오드와 저항으로 AM 신호의 반파 정류 AM 신호에 곱한 것과 동일효과 B[Hz] LPF =>
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier) 포락선 검출 (Envelope Detection) : 그림 4.12 변조된 신호의 포락선을 찾는 방법, 신호의 양 값동안 다이오드를 통해 콘덴서에 첨두치로 충전되고 첨두치 후 저항을 통해 방전하는 과정을 반복함. Ripple을 줄이기 위한 방전시간 계수 RC 값 조건 : 포락선 검출기 출력 : 직류성분 A 는 C나 RC의 HPF 로 제거, Ripple 성분은 RC LPF 제거 검출기의 차이점 정류 검출 : 동기 검출형태, LPF는 에서 을 검출하며, 값에 영향받지 않음 포락선 검출 : 비선형 검출형태, LPF의 경우 RC 값이 값에 영향받음
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)