5 장 부호화(Encoding) 5.1 디지털-대-디지털 5.2 아날로그-대-디지털 5.3 디지털-대-아날로그 5.4 아날로그-대-아날로그 5.5 요약

부호화(계속) 정보는 통신 매체를 통해 전송되기전에 신호로 부호화 되어야 한다 여러 가지 부호화 방법

5.1 디지털-대-디지털 부호화 디지털 정보를 디지털 신호로 표현 디지털-대-디지털 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) 디지털-대-디지털 부호화 유형

디지털-대-디지털 부호화(계속) 단극형(Unipolar) 단극형 부호화 하나의 극(양극 또는 음극)만을 사용 (1: 극, 0: idle) 단극형 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) 단극형 부호화 문제점 직류 : DC(Direct Current) Component 직류성분을 다룰 수 없는 매체를 통과 못함 동기화(Synchronization) 연이은 “0” 이나 “1”에 대한 타이밍을 맞추기 어렵다.

디지털-대-디지털 부호화(계속) 극형(Polar) 두가지 전압(양극과 음극)을 사용 극형 부호화 종류

디지털-대-디지털 부호화(계속) NRZ(Non-Return to Zero) 신호의 준위는 항상 양극 아니면 음극 NRZ-L : 신호 레벨이 비트 상태를 나타냄 NRZ-I : 신호가 1이면 반전됨

디지털-대-디지털 부호화(계속) NRZ-L와 NRZ-I 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) RZ(Return to Zero) 3개의 값을 사용(양극, 음극, 제로) 1 : 양극에서 제로로 0 : 음극에서 제로로 0 전압은 동기화에 사용

디지털-대-디지털 부호화(계속) RZ 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) 2상(Biphase) 2가지 방법으로 구현 Manchester Differential Manchester 신호가 비트 간격의 한 가운데서 변화하되 “0”으로 돌아오지 않는다.

디지털-대-디지털 부호화(계속) Manchester와 Differential Manchester 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) 양극형(Bipolar) 3개의 전압 레벨 사용(양극, 음극, 제로) 제로 레벨 : 2진 0 양극과 음극 전압 : 1(교대로)

디지털-대-디지털 부호화(계속) 양극형 부호화의 종류

디지털-대-디지털 부호화(계속) 양극형 AMI(Alternate Mark Inversion) 양극형 AMI 부호화 양극형 부호화의 가장 간단한 유형 양극형 AMI 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) B8ZS(Bipolar 8-Zero Substitution) B8ZS 부호화 계속적인 0의 문자열에 동기화를 제공하기 위해 북미에서 채택된 방식 B8ZS 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) HDB3(High-Density Bipolar 3) HDB3 부호화 연속된 0의 문자열 동기화를 위해 유럽과 일본에서 채택한 방식 HDB3 부호화

디지털-대-디지털 부호화(계속) 예제 5.1 풀이 B8ZS를 사용하여 비트 스트림 10000000000100을 부호화하라. 첫 번째 1의 극은 양으로 가정 한다 풀이

디지털-대-디지털 부호화(계속) 예제 5.2 풀이 HDB3을 이용하여 비트 스트림 10000000000100을 부호화하라. 지금까지의 1의 개수는 홀수이고 첫 번째 1은 양으로 가정한다 풀이

5.2 아날로그-대-디지털 부호화 아날로그 정보를 디지털 신호로 표현 아날로그-대-디지털 부호화

아날로그-대-디지털 부호(계속) 펄스 진폭 변조(PAM:Pulse Amplitude Modulation) 아날로그 정보를 샘플링하여, 결과에 따라 연속된 펄스를 생성 샘플링(표본 채집, Sampling) 일정한 간격마다 신호의 진폭 측정

아날로그-대-디지털 부호(계속) PAM

아날로그-대-디지털 부호(계속) 펄스 코드 변조(PCM:Pulse Code Modulation) 양자화는 샘플링된 간격을 특정 범위의 값으로 할당하는 방법

아날로그-대-디지털 부호(계속) 양자화된 PAM 신호

아날로그-대-디지털 부호(계속) 부호와 크기값 할당 양자화된 샘플  (7비트 2진) Quantizing using and magnitude

아날로그-대-디지털 부호(계속) 2진 값은 디지털-대-디지털 부호화 기술을 이용하여 디지털 신호로 전송 (예 : unipolar) PCM

아날로그-대-디지털 부호(계속) 아날로그 신호에서 to PCM 디지털 코드까지

아날로그-대-디지털 부호(계속) 표본채집률 아날로그 신호의 디지털 재현의 정확도는 채집된 표본의 수에 따라 다르다. 나이퀴스트 정리(Nyquist theorem) : PAM을 사용하여 아날로그 신호를 재현하기 위해서는 표본채집률이 최소한 원래 신호의 최고 주파수의 2배가 되어야 한다. 최고 주파수가 4,000Hz인 전화목소리 정보 채집 매초 8,000번의 표본 채집율

아날로그-대-디지털 부호(계속) 예제 5.3 풀이 10,000Hz(1,000Hz에서 11,000Hz까지)의 대역폭을 갖는 신호에 필요한 표본 채집률은? 풀이 표본채집률 = 2 * (11,000) = 22,000 samples/second

아날로그-대-디지털 부호(계속) 표본당 몇 비트인가? 예제 5.4 풀이 표본 채집률을 알았다면, 필요로 하는 정밀도 레벨에 따라 각 표본당 전송되어지는 비트의 수 결정 예제 5.4 각 표본당 12레벨의 정밀도(+0 ~ +5, -0 ~ -5)가 요구된다면 각 표본에 보내어지는 비트의 수? 풀이 4 비트 ( 1비트 – 부호비트, 3비트 = 23 = 8레벨)

아날로그-대-디지털 부호(계속) 비트율 예제 5.5 풀이 비트율 = 표본채집율 * 표본당 비트수 사람의 목소리를 디지털화 하고자 할 때, 표본당 8비트라고 가정하면 비트율은 얼마인가? 풀이 표본채집율 = 4,000 * 2 = 8,000 samples/second 비트율 = 표본채집율 * 표본당 비트수 = 8,000 * 8 = 64,000 bits/s = 64Kbps

5.3 디지털-대-아날로그 부호화 ASK(Amplitude Shift Keying) FSK(Frequency Shift Keying) PSK(Phase Shift Keying) QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

디지털-대-아날로그 부호(계속) 디지털-대-아날로그 부호화 유형

디지털-대-아날로그 부호(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

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제 5.6 풀이 예제 5.7 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 5.7 신호의 비트율이 3,000이다. 각 신호의 요소가 6비트를 전달한다면 보오율은? 보오율 = 비트율/신호요소당 비트의 수 = 3,000/6 = 500 bauds per second

디지털-대-아날로그 부호(계속) 진폭편이 변조(ASK:Amplitude Shift Keying) 진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다

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

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제 5.8 풀이 예제 5.9 2,000bps로 전송되는 ASK신호의 최소 대역폭은? 전송은 반이중 방식 풀이 ASK는 보오율과 비트율이 같다. 따라서 보오율 2,000, 대역폭 2,000Hz 예제 5.9 500Hz의 대역폭을 갖는 ASK신호의 보오율과 비트율은? ASK에서 보오율은 대역폭과 같다. 보오율: 5,000 , 비트율: 5,000 bps

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제 5.10 풀이 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-대-아날로그 부호(계속) 주파수 편이 변조 (FSK:Frequency Shift Keying) 신호의 주파수가 2진 1 또는 0에 따라 변경

디지털-대-아날로그 부호(계속) FSK의 보오율과 대역폭의 관계

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제5.11 풀이 2,000bps로 전송되는 FSK신호의 대역폭을 구하라. 전송은 반이중이고, 반송파는 3,000Hz만큼 분리되어야 한다. 풀이 fc1과 fc2가 반송주파수라면 BW = 보오율 + (fc1 – fc0) BW = 비트율 + (fc1 – fc0) = 2,000 + 3,000 = 5,000Hz

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제5.12 풀이 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-대-아날로그 부호(계속) 위상편이 변조 (PSK:Phase Shift Keying) 위상이 2진 1 또는 0에 따라 변경

디지털-대-아날로그 부호(계속) PSK성운 (Constellation)

디지털-대-아날로그 부호(계속) 4-PSK

디지털-대-아날로그 부호(계속) 4-PSK의 특성

디지털-대-아날로그 부호(계속) 8-PSK의 특성

디지털-대-아날로그 부호(계속) PSK에서 요구되는 대역폭

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제5.13 풀이 예제5.14 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 예제5.14 8-PSK신호에 5,000Hz의 대역폭이 주어졌을 때, 보오율과 비트율은? PSK에서 보오율은 대역폭과 같으므로 5,000 8-PSK에서 비트율은 보오율의 3배이므로 15,000bps

디지털-대-아날로그 부호(계속) 구상 진폭변조(QAM:Quadrature Amplitude Modulation) ASK와 PSK의 조합 4-QAM과 8-QAM 성운

디지털-대-아날로그 부호(계속) 8-QAM 신호의 시간 영역

디지털-대-아날로그 부호(계속) 16-QAM 성운

디지털-대-아날로그 부호(계속) 비트와 보오

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

디지털-대-아날로그 부호(계속) 예제 5.15 풀이 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-대-아날로그 부호(계속) 예제5.16 풀이 예제5.17 1,000보오, 16-QAM 신호의 비트율은? 24 = 16이므로 한 신호당 4비트가 전송되므로 (1,000) * (4) = 4,000bps 예제5.17 72,000bps, 64-QAM 신호의 보오율은? 26 = 64 이므로, 한 신호당 6비트가 전송되므로 72,000 / 6 = 12,000 baud

5.4 아날로그-대-아날로그 부호화 아날로그 정보를 아날로그 신호로 표현

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) 아날로그-대-아날로그 부호화 유형

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) 진폭변조(AM:Amplitude Modulation) 위상과 주파수는 변하지 않고 진폭만 정보에 따라 변화한다

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) AM 신호의 대역폭 변조되는 신호의 2배

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

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) AM 대역폭 할당

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) 예제 5.18 풀이 4KHz의 대역폭을 갖는 오디오 신호가 있다. AM을 사용하여 부호화 할 때 필요한 대역폭은? 풀이 BW = 2 * 4KHz = 8KHz

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

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

아날로그-대-아날로그 부호화(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

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) FM 대역폭 할당

아날로그-대-아날로그 부호화(계속) 예제5.19 풀이 4MHz 대역폭을 갖는 오디오 신호가 있다. FM을 사용하여 신호를 부호화하기 위해 필요한 대역폭은? 풀이 BW = 10 * 4Mhz = 40Mhz

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

5.5 요약