Data Communications 제 6 장 신호변환과 신호변환기

목차 6.1 디지털-디지털 부호화 6.2 디지털-아날로그 부호화 6.3 아날로그-디지털 부호화 6.4 아날로그-아날로그 부호화

정보를 전송로를 통해 보내기 위해서는 신호 형태로 변환 : 부호화 부호화된 정보는 전송로를 통해 전송된다. 수신측은 반대의 고정을 거쳐 원래의 정보로 환원 : 복호화 신호변환기라고 부름 DSU/CSU, 모뎀, 코덱, PCM 긱, 전화기, 방송장비 등 전송매체를 통해 전송 할 수 있는 신호 : 디지털, 아날로그 두가지 형태

디지털-디지털 부호화(1/15) 0 과 1로 표현된 디지털 정보를 디지털 신호로 표현 디지털-디지털 부호화 과정 오류문제와 동기화 문제를 고려하여 적절한 규칙에 따른 표현 불연속적인 전압 펄스로 구성 예) PC에 직접 연결된 프린트, 주변장치들과의 연결 디지털-디지털 부호화 과정

디지털-디지털 부호화(2/15) 디지털-디지털 부호화 종류 (+)나 (-) 전압 중 하나만 사용 하나의 논리 상태는 (+), 다른 하나는 (-) 전압을 사용 하나의 논리상태를 나타내기 위해 (-), 0, (+)전압 모두 사용

디지털-디지털 부호화(3/15) 단극형 (Unipolar) 하나의 전압 레벨만 사용 0, 1을 나타내기 위해 : 0전압은 휴지(idle)상태, 1은 (+)나(-) 전압 중 하나 사용 단순하고 구현 비용이 저렴

단극형 부호화의 문제점 직류성분(DC Component) 문제 동기화 문제 신호의 평균 진폭이 0이 아닌 상수값을 갖게 되어 직류성분 발생 직류성분을 다룰 수 없는 매체는 통과 불가능 동기화 문제 신호가 연속된 0 이나 1 인 경우 신호의 변화가 없으므로 수신측에서 각 비트 의 시작과 끝을 결정할 수 없는 문제 발생 별도의 선로로 클럭 신호를 보냄으로 동기화 문제를 해결할 수 있으나 비용 이 많이 들기 때문에 사용 안함

디지털-디지털 부호화(5/15) 극형 (Polar) 극형 부호화는 (+) 와 (-) 전압 두 개 의 레벨 사용 평균전압 크기가 단극형에 비해 줄 어들므로 직류성분 문제 완화 NRZ (Non-Return to Zero) NRZ-L(Non-Return to Zero Level) NRZ-I (Not-Return to Zero Invert) RZ (Return to Zero) Biphase

NRZ (Non-Return to Zero) 신호레벨이 항상 (+) 이거나 (-) 전 압 둘 중 하나의 전압만 연속된 0이나1채널은 상태변화가 없어 동기화 능력 부족 인코딩이나 디코딩을 요구 않고 대역폭을 효율적으로 사용 저속 통신에 널리 사용 NRZ-L (Non-Return to Zero Level) (+)가 0, (-)는 1 (-)가 1, (+)는 0 NRZ-I (Not-Return to Zero Invert) 신호의 반전 1, 없으면 0 0이나 1 연속되면 동기화문제 발생

RZ (Return to Zero) 동기화문제 해결 위한 대안 : 병렬로 동기화신호 보내면 비용문제 신호에 동기화 정보 포함시켜 보내는 방법 (+), 0, (-) 3개의 전압 레벨을 사용 0 : (-)전압으로 시작해서 중간에 0 레벨로 복귀 1 : (+)전압으로 시작해서 중간에 0 레벨로 복귀 동기화 문제를 해결하지만 상대적으로 많은 대역폭 사용

Biphase 동기화문제 해결 위한 대안 중 하나 전압 레벨이 중간에 다른 전압 레벨로 전환 맨체스터(Manchester) 0 : (+)에서(-) 1 : (-)에서 (+) 차등맨체스터(Differential Manchester) 0 : 이전 패턴 유지 1 : 패턴이 반대로 바뀜

디지털-디지털 부호화(11/15) 양극형 (Bipolar) (+), 0, (-) 3개의 전압을 사용 RZ와 같이 0전압 레벨은 0을 나타내기위해 사용되지만 1은 (+),(-) 모두 사용 AMI, B8ZS, HDB3 부호화기법

Bipolar AMI (Bipolar Alternate Mark Inversion) 0 전압은 0을 나타내고 (+), (-)전압은 1을 표현 1이 반복해서 나타나면 직류성분 0이되어 동기화 문제 해결 그러나 연속적인 0이 오면 동기화 문제 발생 동기화 문제를 해결하기 위해 B8ZS 와 HDB3 사용 Bipolar AMI 부호화와 동기화 문제

B8ZS AMI의 연속적인 0의 동기화문제 해결 연속적인 8개의 0은 (000+-0-+), (000-+0+-)로 대체

HDB3 AMI의 연속적인 0의 동기화문제 해결위해 유럽에서 사용 연속적인 3개의 0이 발생하지 않도록 만든 신호 예) 1의 개수 홀수 : +0000 -> +000+, -0000 -> 000- 1의 개수 짝수 : +0000 -> -00- , -0000 -> +00+

디지털-디지털 부호화(14/15) 신호 변환기 (Signal Conversion Device) 디지털 부호를 디지털 신호로 변환하는 신호변환기 전송거리에 따라 단거리용, 장거리용 변환기 단거리용 : 주로 PC와 그 주변기기사이 데이터전송을 위한 변환 장거리용 : 원거리 전송을 위한 종단장치 DSU/CSU DSU (Digital Service Unit) 전송 : PC와 같은 터미널에서 생성된 직렬 단극형 신호를 양극형 신호로 변환 수신 : 변형된 양극형 신호를 직렬 단극형으로 바꿔 수신하는 장치 기존 모뎀의 아날로그 방식에서 벗어나 고속, 양질의 데이터를 전송하는 디지털 전송 방식

CSU (Channel Service Unit) T1 또는 E1 신호를 수용할 수 있는 장비로서 속도에 맞게 분할하여 전송하는 장비 T1은 64Kbps 24채널, E1은 64Kbps 30채널 예) 속도 128kbps 라면? 2개의 채널을 사용 속도 256kbps 라면? 6개의 채널을 사용 즉, 여러 개의 채널들을 모아서 하나의 대용량 전송로를 통해 한꺼번에 전송 : 멀티플렉서 멀티플렉서가 채널들을 모아서 전송하는 트렁크 방식으로 전송

디지털-아날로그 부호화(1/18) 디지털 정보를 아날로그 신호로 전송 어떤 속성의 정보를 아날로그 반송신호 주파수로 변환하는 것 : 변조 (modulation) 다시 원래의 정보로 변환하는 것을 : 복조(demodulation) 전송시 변조, 수신시 복조 원거리 통신을 위해서 적합한 주파수와 진폭을 갖는 정현파 사용 정현파를 반송파(carrier wave), 반송파에 데이터 싣는 것을 변조 디지털-아날로그 부호화 과정

디지털-아날로그 부호화 (변조기법)의 종류 진폭편이변조(amplitude shift keying : ASK) 주파수편이변조(frequency shift keying : FSK) 위상편이변조(phase shift keying : PSK) 구상진폭변조(quadrature amplitude modulation :QAM) 반송파로 사용되는 정현파의 3가지 특성(진폭, 주파수, 위상)중 하나이상을 변환하는 방법

진폭편이변조 (ASK) 진폭의 변화로만 0 과 1 을 표현 1보오 당 1비트의 신호 전송 비트율(bit rate) : 초당 전송되는 비트 수 보오율(baud rate) : 초당 몇 개의 다른 상태의 변화, 신호속도 하나의 신호당 2개의 비트가 전송된다면 비트율 = 보오율*2 110bps : 1초당 110 비트 전송 55보오 전송 진폭편이변조 (ASK) 진폭의 변화로만 0 과 1 을 표현 1보오 당 1비트의 신호 전송 장점 : 회로 구성이 간단하고 가격이 저렴 단점 : 잡음이나 신호의 변화에 약함

주파수편이변조 (FSK) 주파수의 변화로만 0 과 1을 표현 1보오당 1비트의 신호 전송 진폭편이변조 방식보다 잡음에 강하고 회로도 간단하여 데이터 전송에 많이 사 용

위상편이변조 (PSK) 위상의 변화로만 0 과 1을 표현 위상의 변화를 다양하게 해서 한 위상에 여러 비트 표현 가능 위상을 2,4,8 등분하여 2위상, 4위상, 8위상 변조방식으로 데이터 전송률을 향상 위상의 종류 위상을 계속 늘리면 위상차가 작아져 잡음에 의한 신호 지연이 자주 발생 위 상 설 명 2 위상 0은 0˚, 1은 180˚로 위상을 표현 4 위상 90˚간격으로 위상을 표시 (2비트 : 00, 01, 10, 11) 8 위상 45˚간격으로 위상을 표시 (3비트 : 000, 001, … 111)

2-PSK 4-PSK

구상진폭변조 (QAM) 반송파 특성중 2가지 특성 변경하는 방법 위상편이변조와 진폭편이변조의 복합형태 여러 개가 위상과 여러 개의 진폭을 갖는 신호의 조합을 사용 이 둘의 수를 곱한 만큼의 가지수

8-QAM 신호의 시간영역

디지털-아날로그 부호화(9/18) 신호 변환기 공중전화망(PSTN) : 아날로그 신호(음성, 300Hz~3,300Hz) 컴퓨터 : 디지털신호(1.2V~5V전압) 전화선을 이용하여 데이터전송을 하려면 송신측 : 디지털신호->아날로그신호 (변조) 수신측 : 아날로그신호 -> 디지털신호(복조) 모뎀 : 변복조기, 변조 기능 과 복조 기능을 가지고 있는 기기

아날로그-디지털 부호화(1/7) 아날로그 정보를 디지털 신호로 변환 인터넷폰 : 사람의 음성신호를 랜에서 전송 가능한 디지털신호로변환 :아날로 그-디지털화(digitization) 펄스코드변조(PCM, pulse coded modulation)방식 가장 많이 사용 아날로그-디지털 부호화 과정

송신측 수신측 아날로그 입력신호를 몇가지 과정을 거쳐 디지털 신호로 생성 : 펄스코드변조 (PCM) 표본화(sampling) : 아날로그 신호를 일정 간격의 시간으로 샘플링 양자화(quantization) : 표본화된 펄스진폭신호를 양자화기를 통해 진폭값을 평준 화 부호화(encoding) : 양자화된 PCM 펄스를 디지털신호로 수신측 디지털신호로 변한 신호를 다시 아날로그 신호로 바꾸는 과정 재생(regeneration) 복호(decoding) 재구성(reconstruction)

나이퀴스트(nyquist)의 샘플링 정리 표본화 연속적인 아날로그 신호를 입력받아 불연속적인 진폭을 갖는 펄스(PAM, pulse amplitude modulation)를 생성하는 과정 나이퀴스트(nyquist)의 샘플링 정리 낭비없이 적절한 간격으로 표본화 하는 방법 최고의 주파수를 fc 라고 하면 적어도 1/2fc 의 주기 펄스로 정보 추출 Ex)음성(300~3,300Hz) : 대역폭(4kHz, guardband포함) 1/(2*4kHz), 즉 1초에 8000번 아날로그신호 추출하면 원음에 가깝게 재생

양자화 PAM 펄스를 정량화 아날로그적인 진폭값을 일정한 대표값으로 변환 양자화 잡음 : 원파형과 양자화 파형과의 오차 PCM 처리의 근본걱원인 : 양자화 오차,잡음

부호화 양자화에 의해 그 진폭에 대응한 수치를 갖게 되고 이 값을 부호로 변 환하는 과정

재생 펄스 유무만을 판단하여 유효 펄스만 재생되어 복호기로 전달 복호 펄스 진폭 신호형태로 변환

재구성 아날로그 신호로 재구성 저역통과필터 : 4kHz 이상의 주파수 성분은 제거

신호 변환기 PCM은아날로그-디지털부호화를 코덱(codec)이라는 장비의 집적회로나 칩에서 수행 코덱 코더와 디코더의 합성어 코더 : 음성 또는 영상의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 디코더 : 디지털 신호를 음성 또는 영상으로 변환

아날로그-아날로그 부호화(1/5) 아날로그 정보를 아날로그 신호로 변조할 필요없지만, 효율적인 전송을 위해 보다 높은 반송 주파수나 분할다중화를 위해 아날로그-아날로그 부호화 과정 진폭변조(AM : amplitude modulation) 주파수조(FM : frequency modulation) 위상변조 (PM : phase modulation)

진폭 변조 방식 (AM) 주파수 변조 방식 (FM) 위상 변조 방식 (PM) 반송파의 진폭만 변조시켜 전송, 음과양의 주파수로 대역폭 2배 주파수 변조 방식 (FM) 반송파의 주파수만 변조시켜 전송, 대역폭 10배 위상 변조 방식 (PM) 반송파의 위상만 변조시켜 전송, 고속데이터 전송 가능하지만 잡음방해

신호 변환기 전화기와 방송장비 점점 디지털 장비로 교체

중간발표 주제 : 6장까지 범위내 기술된 데이터통신 규약 중 하나를 선택하여 Presentation 발표 발표시간 : 10분 평가기준 : 발표 태도, 주제의 참신성, 내용과 요약, 청중의 태도 등으로 평가 주제 선정 예 ) 표준권고안, 신호변복조 방식, 데이터통신 장비와 각 기능, 최근 데이터통신사의 동향, 데이터 통신 미 래 발전 방향 예외) 수업 중에 다루었던 내용은 제외