5 장 아날로그 전송 5.1 디지털 신호의 변조 5.2 전화 모뎀 5.3 아날로그 신호 변조 5.4 요약

5.1 디지털 신호의 변조 변조(modulation) 디지털 대 아날로그 변조 2진 데이터 또는 낮은 대역 통과 아날로그 신호를 띠 대역 통과 신호로 전환하는 것 디지털 대 아날로그 변조

디지털 신호의 변조(계속) 디지털-대-아날로그 부호화 유형 ASK(Amplitude Shift Keying) FSK(Frequency Shift Keying) PSK(Phase Shift Keying) QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

디지털 신호의 변조(계속) 비트율(Bit rate) : 초당 전송되는 비트의 수 보오율(Baud rate) : 초당 신호단위의 수  비트율은 각 신호단위에 표현되는 비트 수와 보오율의 곱이므로 보오율은 비트율보다 적거나 같다. 반송파신호(Carrier Signal) 정보신호를 위한 기본 신호

비트율은 초당 비트수이다. 보오율은 초당 신호 단위의 수이다. 보오율은 비트율과 같거나 적다. 디지털 신호의 변조(계속) 비트율은 초당 비트수이다. 보오율은 초당 신호 단위의 수이다. 보오율은 비트율과 같거나 적다.

디지털 신호의 변조(계속) 예제 1 아날로그 신호가 각 신호 요소에 4 비트를 전달한다. 초당 1,000개의 신호요소가 보내진다면 보오율과 비트율은? 풀이 보오율 = 신호요소의 수 = 1,000 bauds per second 비트율 = 보오율 * 신호요소당 비트 수 = 1,000 * 4 = 4,000 bps 예제 2 신호의 비트율이 3,000이다. 각 신호의 요소가 6비트를 전달한다면 보오율은? 보오율 = 비트율/신호요소당 비트의 수 = 3,000/6 = 500 bauds per second

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

디지털 신호의 변조(계속) 진폭편이 변조(ASK:Amplitude Shift Keying) 진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다

디지털 신호의 변조(계속) 보오율과 ASK 대역폭의 관계 ASK에 요구되는 대역폭 BW = (1+d) * Nbaud BW:대역폭, Nbaud:보오율, d:회선의 상태와 관련된 계수 fc: 반송파

디지털 신호의 변조(계속) 예제 3 풀이 예제 4 2,000bps로 전송되는 ASK신호의 최소 대역폭은? 전송은 반이중 방식 따라서 보오율 2,000, 대역폭 2,000Hz 예제 4 5,000Hz의 대역폭을 갖는 ASK신호의 보오율과 비트율은? ASK에서 보오율은 대역폭과 같다. 보오율: 5,000 , 비트율: 5,000 bps

디지털 신호의 변조(계속) 예제 5 10,000Hz(1,000~11,000Hz)의 대역폭에 대해 시스템의 전이중 ASK 다이어그램을 그리시오. 각 방향의 반송파와 대역폭을 구하라. 풀이 각 방향의 전이중 ASK는 BW = 10,000/2 = 5,000Hz 반송주파수는 각 대역의 중간지점 fc(forward) = 1,000 + 5,000/2 = 3,500Hz fc(backward) = 11,000 – 5,000/2 = 8,500Hz

디지털 신호의 변조(계속) 주파수 편이 변조 (FSK:Frequency Shift Keying) 신호의 주파수가 2진 1 또는 0에 따라 변경

디지털 신호의 변조(계속) FSK의 보오율과 대역폭의 관계

디지털 신호의 변조(계속) 예제 6 2,000bps로 전송되는 FSK신호의 대역폭을 구하라. 전송은 반이중이고, 반송파는 3,000Hz만큼 분리되어야 한다. 풀이 fc1과 fc0가 반송주파수라면 BW = 보오율 + (fc1 – fc0) BW = 비트율 + (fc1 – fc0) = 2,000 + 3,000 = 5,000Hz

디지털 신호의 변조(계속) 예제 7 매체의 대역폭이 12,000Hz이고, 두 반송파 사이의 간격이 최소 2,000Hz가 되어야 할 때, FSK 신호의 최대 비트율은? 전송은 전이중이다. 풀이 BW = 보오율 + (fc1 – fc0) 보오율 = BW – (fc1 – fc0) = 6,000 – 2,000 = 4,000Hz 보오율은 비트율과 같으므로 4,000bps

디지털 신호의 변조(계속) 위상편이 변조 (PSK:Phase Shift Keying) 위상이 2진 1 또는 0에 따라 변경

디지털 신호의 변조(계속) PSK성운 (Constellation)

디지털 신호의 변조(계속) 4-PSK

디지털 신호의 변조(계속) 4-PSK의 특성

디지털 신호의 변조(계속) 8-PSK의 특성

디지털 신호의 변조(계속) PSK에서 요구되는 대역폭

디지털 신호의 변조(계속) 예제 8 2,000bps의 속도로 전송하는 4-PSK신호 전송에 요구되는 대역폭은? 전송은 반이중 방식이다. 풀이 4-PSK에서 보오율은 비트율의 반이므로 1,000이다. PSK 신호는 보오율과 같은 대역폭을 필요하므로 1,000Hz 예제 9 8-PSK신호에 5,000Hz의 대역폭이 주어졌을 때, 보오율과 비트율은? PSK에서 보오율은 대역폭과 같으므로 5,000 8-PSK에서 비트율은 보오율의 3배이므로 15,000bps

디지털 신호의 변조(계속) 구상진폭변조(QAM)는 각각의 비트, 이중비트, 삼중비트 등의 사이에 최대한의 대비를 갖도록 ASK와 PSK를 조합한 것을 의미한다.

디지털 신호의 변조(계속) 구상 진폭변조(QAM:Quadrature Amplitude Modulation) ASK와 PSK의 조합 4-QAM과 8-QAM 성운

디지털 신호의 변조(계속) 8-QAM 신호의 시간 영역

디지털 신호의 변조(계속) 16-QAM 성운

디지털 신호의 변조(계속) 비트와 보오

디지털 신호의 변조(계속) 비트율과 보오율 비교 ASK, FSK, 2-PSK Bit 1 N 4-PSK, 4-QAM Dibit Modulation Units Bits/Baud Baud rate Bit Rate ASK, FSK, 2-PSK Bit 1 N 4-PSK, 4-QAM Dibit 2 2N 8-PSK, 8-QAM Tribit 3 3N 16-QAM Quadbit 4 4N 32-QAM Pentabit 5 5N 64-QAM Hexabit 6 6N 128-QAM Septabit 7 7N 256-QAM Octabit 8 8N

디지털 신호의 변조(계속) 예제 11 성운다이어그램이 하나의 원 위에 같은 간격으로 위치한 8개의 점으로 구성되어 있다. 비트율이 4,800bps이면 보오율은? 풀이 성운으로 부터 45도씩 떨어진 점으로 구성된 8-PSK변조 이므로 23=8, 3비트가 1개의 신호요소에 의해 전송 된다. 보오율 = 4,800/3 = 1,600 baud

디지털 신호의 변조(계속) 예제12 풀이 예제13 1,000보오, 16-QAM 신호의 비트율은? 24 = 16이므로 한 신호당 4비트가 전송되므로 (1,000) * (4) = 4,000bps 예제13 72,000bps, 64-QAM 신호의 보오율은? 26 = 64 이므로, 한 신호당 6비트가 전송되므로 72,000 / 6 = 12,000 baud

전화선은 데이터통신을 위해 2,400Hz의 대역폭을 사용한다. 5.2 전화모뎀 모뎀 변복조 장치 변조기 : 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환 복조기 : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 전화선은 데이터통신을 위해 2,400Hz의 대역폭을 사용한다.

전화모뎀(계속) 전송률(transmission rate) 초당 송수신되는 비트량 대역폭(bandwidth) 각 회선은 전송되는 신호 주파수의 상한선과 하한선을 갖는다. 이 제한된 범위를 대역폭이라 한다

전화모뎀(계속) 전화선 대역폭

전화모뎀(계속) 모뎀은 변조기와 복조기를 말한다.

전화모뎀(계속) 변조와 복조

전화모뎀(계속) V.32 2400 보오율로 32-QAM 전송

전화모뎀(계속) V.32bis 14,400bps를 지원하는 최초의 ITU-T 표준 2,400 보오율로 64-QAM 전송

전화모뎀(계속) V.90

전화모뎀(계속) 56K 모뎀

전화모뎀(계속) 왜 56Kbps 모뎀인가? 전화회사가 음성을 디지털화하는 방법 교환국에서 PCM과 역PCM 사용 128개의 레벨(표본당 7비트)로 초당 8000 표본 채집 56Kbps = 8000 X 7 = 56,000

5.3 아날로그 신호 변조 Amplitude Modulation (AM) Frequency Modulation (FM) Phase Modulation (PM)

아날로그 신호 변조(계속) 아날로그 정보를 아날로그 신호로 표현

아날로그 신호 변조(계속) 아날로그-대-아날로그 부호화 유형

아날로그 신호 변조(계속) 진폭변조(AM:Amplitude Modulation) 위상과 주파수는 변하지 않고 진폭만 정보에 따라 변화한다

아날로그 신호 변조(계속) AM 신호의 대역폭 변조되는 신호의 2배

아날로그 신호 변조(계속) 오디오 신호(음성과 음악) 대역폭 : 5 KHz 최소 대역폭 : 10 KHz AM 방송국은 530 ~ 1700 Khz의 반송 주파수를 허용

AM에 요구되는 총 대역폭은 음성신호의 대역폭으로부터 BWt = 2 ☓ BWm 의 수식을 사용하여 구할 수 있다. 아날로그 신호 변조(계속) AM에 요구되는 총 대역폭은 음성신호의 대역폭으로부터 BWt = 2 ☓ BWm 의 수식을 사용하여 구할 수 있다.

아날로그 신호 변조(계속) AM 대역폭 할당

아날로그 신호 변조(계속) 예제 13 4KHz의 대역폭을 갖는 오디오 신호가 있다. AM을 사용하여 부호화 할 때 필요한 대역폭은? 풀이 BW = 2 * 4KHz = 8KHz

아날로그 신호 변조(계속) 주파수 변조(FM: Frequency Modulation) 정보 신호의 진폭이 변경되면, 반송 주파수도 같은 비율로 변경

아날로그 신호 변조(계속) FM 대역폭 변조 신호 대역폭의 10배와 같다

아날로그 신호 변조(계속) 스테레오 방송용 오디오 신호의 대역폭 : 15 KHz 최소 대역폭 : 150 KHz 각 방송국은 일반적으로 200 KHz(0.2 MHz)를 허가 FM 방송국은 88~108 Mhz(각 200Khz) 반송 주파수를 허용

FM에 요구되는 전체 대역폭은 오디오 신호의 대역폭으로부터 결정될 수 있다: BWt = 10 ☓ BWm 아날로그 신호 변조(계속) FM에 요구되는 전체 대역폭은 오디오 신호의 대역폭으로부터 결정될 수 있다: BWt = 10 ☓ BWm

아날로그 신호 변조(계속) 스테레오 오디오 신호의 대역폭은 일반적으로 15KHz이다. 그러므로 FM 방송국은 적어도 150 KHz의 대역폭을 필요로 하며, FCC는 최소 200KHz(0.2MHz)의 대역폭을 요구한다.

아날로그 신호 변조(계속) FM 대역폭 할당

아날로그 신호 변조(계속) 예제14 4MHz 대역폭을 갖는 오디오 신호가 있다. FM을 사용하여 신호를 부호화하기 위해 필요한 대역폭은? 풀이 BW = 10 * 4Mhz = 40Mhz

아날로그 신호 변조(계속) 위상 변조(PM: Phase Modulation) 반송파 신호의 위상이 변조신호의 진폭의 변화에 따라 변조 주파수 변조의 대안으로 일부 시스템에서 사용

5.4 요약