데이터통신 2018-11-17 Chapter 5 . 아날로그 전송 서울산업대학교 데이터통신 교수 계획.

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1 데이터통신 Chapter 5 . 아날로그 전송 서울산업대학교 데이터통신 교수 계획

2 정보 전송 정보는 통신 매체를 통해 전송되기 전에 해당 매체의 특성에 맞는 신호로 변환(부호화)되어야 한다
여러 가지 부호화 방법 서울산업대학교

3 5.1 DIGITAL-TO-ANALOG CONVERSION
데이터통신 (Forouzan 4e) 5.1 디지털 대 아날로그 변환 디지털 대 아날로그 변환은 디지털 데이터의 정보를 기초로 하여, 아날로그 신호의 특성 중 하나로 바꾸는 과정이다 5.1 DIGITAL-TO-ANALOG CONVERSION Aspects of Digital-to-Analog Conversion Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keying Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation 그림 5.1 디지털 대 아날로그 변환 서울산업대학교 4. Digital Transmission 3

4 5.1 DIGITAL-TO-ANALOG CONVERSION
데이터통신 (Forouzan 4e) 5.1 디지털 대 아날로그 변환 디지털 대 아날로그 (D/A) 변환 측면 진폭 편이 변조 (ASK, Amplitude Shift Keying) 주파수 편이 변조 (FSK, Frequency Shift Keying) 위상 편이 변조 (PSK, Phase Shift Keying) 구상 진폭 변조 (QAM, (Quadrature Amplitude Modulation) 5.1 DIGITAL-TO-ANALOG CONVERSION Aspects of Digital-to-Analog Conversion Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keying Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation Digital-to-analog conversion is the process of changing one of the characteristics of an analog signal based on the information in digital data 그림 5.2 디지털 대 아날로그 변환 유형 서울산업대학교 4. Digital Transmission 4

5 D/A (Digital/Analog) 변환 측면
데이터통신 (Forouzan 4e) D/A (Digital/Analog) 변환 측면 데이터 율 (data rate, bit rate) 대 신호율 (signal rate, baud rate) S = N  1 / r baud S : signal rate, N: data rate, r : 한 신호 요소 내의 데이터 요소 수 Data rate 또는 Bit rate: 초당 비트 수 (bps) 신호 변화율 (Baud rate) : 초당 신호 요소 수 (baud) 디지털 데이터의 아날로그 전송에서 Bit rate  baud rate 예제 5.1 어떤 아날로그 신호가 각 신호 요소당 4 비트를 운반한다. 초당 1000개의 신호요소를 보낸다면 비트 율 (bit rate) 은 얼마인가? 풀이: 이 경우, r = 4, S = 1000, N 은 다음 식으로 구할 수 있다 S = N  1 / r or N = S  r = 1000  4 = 4000 bps 예제 5.2 어떤 아날로그 신호가 비트율 8000 bps, 신호변화율 1000 baud 라고 한다. 각 신호 요소당 몇 개의 데이터 요소를 보내야 하는가? 풀이: S = 1000, N = 8000, r 과 L은 모른다. 우선 r 값을 구한 뒤 L 값을 구한다 S = N  1/r  r = N /S = 8000 / 1000 = 8 bits/baud r = log2L  L = 2r = 28 = 256 Aspects of D/A Conversion Data element versus signal element Data rate (bit rate) versus signal rate (baud rate) S = N x 1/r baud S (signal rate), N (data rate), r (number of data element in one signal element) Bit rate: bits per second (in bps) Baud rate: signal elements per second (in baud) Bit rate  baud rate Carrier signal (carrier frequency) High-frequency signal used to modulate the information Modulated signal: information modulated by the carrier signal In the analog transmission of digital data, the baud rate is less than or equal to the bit rate. 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 Examples 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? S = 1000, N = 8000, and r and L are unknown. We find first the value of r and then the value of L. S = N ×1/r  r = N / S = 8000 / 1000 = 8 bits/baud r = log2L  L = 2r = 28 = 256 서울산업대학교 4. Digital Transmission 5

6 Aspects of D/A Conversion
데이터통신 (Forouzan 4e) D/A 변환 측면 대역폭 주파수 편이 변조 (FSK)를 빼고는 신호 전송률에 비례한다 FSK에서는 반송 신호와의 차이를 대역폭에 더해주어야 한다 반송 신호 (반송파, Carrier signal, carrier frequency) 변조를 위해 기초로 사용되는 고주파 (high-frequency) 신호 아날로그 전송에서는 송신장치가 정보 신호의 기초가 되는 고주파 신호 (반송 신호 또는 반송 주파수) 를 생성한 다음, 디지털 정보를 반송 신호의 특성들 (진폭, 주파수, 위상) 중, 한 가지 이상의 특성을 바꾸어 변조한다. 이것을 modulation, 또는 shift keying 이라 한다 변조된 신호 (modulated signal) 반송 신호에 의해 변조된 정보 Aspects of D/A Conversion Data element versus signal element Data rate (bit rate) versus signal rate (baud rate) S = N x 1/r baud S (signal rate), N (data rate), r (number of data element in one signal element) Bit rate: bits per second (in bps) Baud rate: signal elements per second (in baud) Bit rate  baud rate Carrier signal (carrier frequency) High-frequency signal used to modulate the information Modulated signal: information modulated by the carrier signal In the analog transmission of digital data, the baud rate is less than or equal to the bit rate. 서울산업대학교 4. Digital Transmission 6

7 진폭 편이 변조 (ASK, Amplitude Shift Keying)
데이터통신 (Forouzan 4e) 진폭 편이 변조 (ASK, Amplitude Shift Keying) ASK는 반송파의 진폭을 변경하여 신호 요소를 만들어낸다 이진 ASK (BASK, Binary ASK) 또는 OOK (on-off keying) 보통 두 개 레벨 ( 비트 0: 최대 진폭 0, 비트 1: 반송파의 진폭)을 사용해서 ASK 구현 ASK 의 대역폭: B = (1 + d)  S 단, B: 대역폭, S: 신호율, d:변조/필터 과정 관련 요소로 0~1  최소 대역폭은 1S, 최대 대역폭은 2S fc: 띠 대역 채널을 사용하는 경우, 반송신호가 그 대역에 위치할 수 있게 대역폭의 중간 지점에 fc 를 선정해야 한다 ASK : Binary ASK BASK or OOK (on-off keying) Bandwidth for ASK: B = (1 + d) x S 서울산업대학교 7 4. Digital Transmission 7

8 진폭 편이 변조 (ASK, Amplitude Shift Keying)
데이터통신 (Forouzan 4e) 진폭 편이 변조 (ASK, Amplitude Shift Keying) ASK : Binary ASK BASK or OOK (on-off keying) Bandwidth for ASK: B = (1 + d) x S 그림 5.3 이진 ASK 서울산업대학교 4. Digital Transmission 8

9 진폭 편이 변조 (ASK, Amplitude Shift Keying)
서울산업대학교

10 데이터통신 (Forouzan 4e) 이진 ASK 예제 5.3 200 ~ 300 kHz 사이에 100 kHz 의 가용 대역폭이 있다. d =1 을 사용해 데이터를 변조하는 경우 반송 주파수 및 데이터 전송률은 얼마 ? 풀이: 대역폭의 중간은 250 kHz 이므로, 반송 주파수는 fc = 250 kHz (단, d =1, r =1) B = (1 + d)  S = 2  N  1 / r = 2  N = 100 kHz  N = 50 kbps 전이중 ASK: 예 5.4 데이터 통신에서는 보통 양 방향 전이중 링크를 사용한다. 그림 5.5 에서 보듯이 대역폭을 2 개의 반송 주파수로 분할해야 한다. 이 그림은 2 가지 반송 주파수와 대역폭의 위치를 보여준다. 각 방향 별 가용 대역폭은 50 kHz, 전송률은 25 kbps가 된다 Implementation of Binary ASK 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). B = (1 + d)×S = 2×N×1/r = 2×N = 100 kHz  N = 50 kbps Full-duplex ASK : 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. 그림 5.5 예 5.4에 사용된 전이중 ASK의 대역폭 서울산업대학교 4. Digital Transmission 10

11 Implementation of Binary ASK
데이터통신 (Forouzan 4e) 다준위 ASK 다준위 ASK (Multilevel ASK) 진폭을 4, 8, 16, 또는 그 이상 사용, 한 번에 2, 3, 4, 또는 그 이상의 비트를 사용해 데이터 요소를 변조한다 이 경우, r = 2, 3, 4 가 된다. 순수 ASK 로는 구현되지 않고, QAM 으로 구현된다 Implementation of Binary ASK 서울산업대학교 4. Digital Transmission 11

12 주파수 편이 변조 (FSK: Frequency Shift Keying)
데이터통신 (Forouzan 4e) 주파수 편이 변조 (FSK: Frequency Shift Keying) FSK 는 반송 신호의 주파수를 바꾸어 데이터를 나타낸다 이진 FSK (BFSK, Binary FSK) 2개의 주파수 f1, f2 를 사용하여 데이터 요소 0 은 f1 로, 1 은 f2 로 변조 FSK의 대역폭 FSK 를 각기 고유 반송파 (f1, f2) 를 갖는 2 개의 ASK 로 볼 수 있다. 두 주파수의 차이를 2f 라고 한다면, 요구 대역폭은 B = ( 1 + d )  S + 2f FSK: Binary FSK Bandwidth for ASK: B = (1 + d) x S + 2Δf 서울산업대학교 4. Digital Transmission 12

13 주파수 편이 변조 (FSK: Frequency Shift Keying)
데이터통신 (Forouzan 4e) 주파수 편이 변조 (FSK: Frequency Shift Keying) FSK: Binary FSK Bandwidth for ASK: B = (1 + d) x S + 2Δf 그림 5.6 이진 FSK 서울산업대학교 4. Digital Transmission 13

14 B = (1 + d)×S×2f = 100  2S = 50 kHz S=25 kbaud N=25 kbps
데이터통신 (Forouzan 4e) BFSK: 예 예제 5.5 200~300 kHz 사이에 100 kHz 의 가용 대역폭이 있다. FSK 를 이용해 데이터를 변조 하는 경우 (d =1), 반송 주파수와 비트 전송률은 얼마가 돼야 하나? 풀이: 이 문제는 예제 5.3 과 유사하다. 대역의 중간 지점은 250 kHz. 50 kHz 가 되는 2f 를 선택한다. 이것은 다음을 의미한다 B = ( 1 + d )  S + 2f = 100  2S = 50 kHz S = 25 kbaud N = 25 kbps 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 B = (1 + d)×S×2f = 100  2S = 50 kHz S=25 kbaud N=25 kbps 서울산업대학교 4. Digital Transmission 14

15 B = (1 + d)×S×2f = 100  2S = 50 kHz S=25 kbaud N=25 kbps
데이터통신 (Forouzan 4e) BFSK: 예 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 B = (1 + d)×S×2f = 100  2S = 50 kHz S=25 kbaud N=25 kbps 그림 5.7 BFSK 구현 서울산업대학교 4. Digital Transmission 15

16 다준위 FSK (MFSK, Multilevel FSK)
데이터통신 (Forouzan 4e) 다준위 FSK (MFSK, Multilevel FSK) 각 주파수는 2f 떨어져야 하며, 2f 의 최소값은 S 가 돼야 한다 B = (1 + d)×S + (L – 1) 2f  B = L×S (d = 0) 예제 5.6 반송 주파수가 10 MHz이며 3 Mbps의 속도로 한 번에 데이터 3 비트를 보낼 때, 레벨(주파수)수, baud rate, 대역폭을 계산하라. 풀이 baud rate : L = 23 = 8 이므로 S = 3 MHz / 3 = 1 Mbaud 반송 신호들은 서로 1 MHz (2f = 1 MHz) 떨어져 있어야 한다 대역폭 : B = L×S = 8×1 = 8 MHz Multilevel FSK The frequencies need to be 2Δf apart. Min. value 2Δf needs to be S. B = (1 + d) x S + (L – 1) 2Δf  B = L x S with d = 0 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 L = 23 = 8. Solution 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. 그림 5.8 예제 5.6에 사용된 MFSK 의 대역폭 서울산업대학교 4. Digital Transmission 16

17 위상 편이 변조 (PSK, Phase Shift Keying)
데이터통신 (Forouzan 4e) 위상 편이 변조 (PSK, Phase Shift Keying) 두 가지 이상의 신호 요소를 나타내기 위해 반송 신호의 위상이 달라진다. (진폭과 주파수는 그대로 사용) ASK 와 PSK 를 혼합한 QAM 이 가장 널리 사용된다 이진 PSK (BPSK, Binary PSK) 위상 0 와 180 의 2 가지 요소만 사용하는 가장 간단한 PSK 구상 PSK (QPSK, Quatrature PSK) 각 신호 요소 별로 2 비트를 사용할 수 있는 방식 45, -45, 135, -135 의 4 가지 위상을 사용한다 PSK: Binary PSK Bandwidth : the same as BASK, B = (1 + d) x S Less than that for BFSK 서울산업대학교 4. Digital Transmission 17

18 이진 PSK (Binary PSK) 구현: ASK 만큼 간단하다 잡음에 강하다
데이터통신 (Forouzan 4e) 이진 PSK (Binary PSK) 잡음에 강하다 대역폭: B = (1 + d)  S (BASK 와 같고, BFSK 보다 작다) 구현: ASK 만큼 간단하다 PSK: Binary PSK Bandwidth : the same as BASK, B = (1 + d) x S Less than that for BFSK 그림 5.9 BPSK 서울산업대학교 4. Digital Transmission 18

19 이진 PSK (Binary PSK) 그림 5.10 BPSK 의 구현 데이터통신 (Forouzan 4e) 2018-11-17
Bandwidth : the same as BASK, B = (1 + d) x S Less than that for BFSK 그림 BPSK 의 구현 서울산업대학교 4. Digital Transmission 19

20 구상 PSK (QPSK, Quadrature PSK)
데이터통신 (Forouzan 4e) 구상 PSK (QPSK, Quadrature PSK) 각기 다른 위상을 갖는 BPSK 변조기 2 개를 사용한다 두 비트씩, 첫 비트는 첫 변조기로, 2 번째 비트는 2 번째 변조기로 진폭과 주파수는 같은 4 가지 위상 (45, -45, 135, -135) 을 갖게 됨 그림 QPSK 와 그 구현 서울산업대학교 4. Digital Transmission 20

21 S = N×(1 / r) = 12×1 / 2 = 6 Mbaud (단, d = 0)
데이터통신 (Forouzan 4e) QPSK: 예 예제 5.7 QPSK 에 12 Mbps 로 신호를 전달하는 신호의 대역폭을 구하라. d 의 값은 0 이다. 풀이 QPSK 에서는 신호 요소 하나가 2 비트를 운반한다. 이것은 r = 2 라는 뜻이다. 따라서 신호율 (baud rate) S 는 S = N×(1 / r) = 12×1 / 2 = 6 Mbaud (단, d = 0) B = S = 6 MHz 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. 서울산업대학교 4. Digital Transmission 21

22 별자리 운행도 (Signal constellation)
데이터통신 (Forouzan 4e) 별자리 운행도 (Signal constellation) 신호 요소의 진폭과 위상을 정의하는데 도움이 된다 특히 PSK, QAM 에 유용하다 원점에서 점까지의 거리 : 신호 요소의 최대 진폭 x 축에 대한 각도 : 신호 요소의 위상 그림 별자리 운행도의 개념 Constellation Diagram Define the amplitude and phase of a signal element 각 점에 대해 4 가지 정보 표현 원점에서 점까지의 거리 : 신호 요소의 최대 진폭 Y 축에 투영 (점에서 Y 축까지의 수평 거리) : 구상 성분의 최대 진폭 x 축에 투영 (점에서 x 축까지의 수평 거리) : 위상 요소의 최대 진폭 각도 : 신호 요소의 위상 하나의 비트 그룹을 진폭과 위상 쉬프트에 의해 정의된 하나의 신호에 할당한다 같은 주파수를 가진 두 가지 신호를 더하여 만든다 한 신호는 사인 함수, 다른 것은 코사인 함수에 대응 신호의 형태 C  sin(x) + D  cos(x)  A  sin(x + P) x : 신호의 주파수에 따라 변하는 시간 C, D : 초기 신호에 따라 다르다 A = (C2 + D2)1/2, P = arcsin (C / (C 2 + D2)1/2) 사인함수와 코사인함수의 차가 90도라 직각이라 한다 서울산업대학교 4. Digital Transmission 22

23 신호 별자리: 예 예제 5.8 ASK (OOK), BPSK, QPSK 신호에 대한 별자리 운행도를 그려라 풀이: 그림 5.13
데이터통신 (Forouzan 4e) 신호 별자리: 예 예제 5.8 ASK (OOK), BPSK, QPSK 신호에 대한 별자리 운행도를 그려라 풀이: 그림 5.13 신호 별자리 예 (Shay) Example 5.8 Show the constellation diagrams for an ASK (OOK), BPSK, and QPSK signals. Solution Figure 5.13 shows the three constellation diagrams. V.22 (PSK) 600 보오 1200 bps V.22 bis (QAM) 600 보오 2400 bps 서울산업대학교 4. Digital Transmission 23

24 구상 진폭 변조 QAM (Quadrature amplitude modulation)은 ASK 와 PSK 의 조합이다
데이터통신 (Forouzan 4e) 구상 진폭 변조 QAM (Quadrature amplitude modulation)은 ASK 와 PSK 의 조합이다 위상의 작은 변화를 구별하는 장비의 능력에 의해 조합 수가 제한됨 QAM 의 대역폭: ASK 와 PSK 에서 요구되는 것과 같다 QAM 의 예 a: ASK (OOK) 와 같은 메커니즘 사용 b: QPSK 와 동일. 진폭이 같은 위상 4 가지 c: 2 가지 양의 레벨(진폭)을 사용해 각기 두 가지 반송파 변조 d: 4 가지 양의 레벨과 4 가지 음의 레벨을 사용하는 신호 QAM Quadrature amplitude modulation Combination of ASK and PSK Bandwidth : the same as that required for ASK and PSK Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK. Figure Constellation diagrams for some QAMs 서울산업대학교 4. Digital Transmission 24

25 구상 진폭 변조 그림 5.14 몇 가지 QAM의 별자리 도 데이터통신 (Forouzan 4e) 2018-11-17 QAM
Quadrature amplitude modulation Combination of ASK and PSK Bandwidth : the same as that required for ASK and PSK Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK. Figure Constellation diagrams for some QAMs 그림 몇 가지 QAM의 별자리 도 서울산업대학교 4. Digital Transmission 25

26 신호 별자리 점의 왜곡 실제 측정 값과 잡음 신호의 위상 : 45  x (x 는 잡음), 신호의 진폭 : A  y (y 는 잡음) 왜곡 신호에 대한 별자리 점의 해석 왜곡된 진폭 왜곡된 위상 변조 어두운 영역은 별자리 점이 놓일 수 있는 곳 그림 2.50 신호 별자리 점들의 왜곡 2) 잡음이 신호 별자리에 미치는 영향 - 실제 측정값과 잡음 : 위상 45o xo (x는 잡음), 신호 진폭 A y (y는 잡음) - 왜곡된 신호에 대한 해석 ☞ 그림 2.51 점들간 간격이 크고 잡음이 작으면 잡음 영역이 중첩되지 않으므로 모뎀이 왜곡된 신호를 인식 가능 - 손상: 왜곡된 신호에 대한 점이 어두운 영역의 교차점에 있으면 어느 영역에 속하는지 구별 불가능하다 올바른 별자리 점 중첩 안 된 잡음 범위 왜곡된 신호에 대한 점 중첩된 잡음 범위 서울산업대학교

27 5.2 아날로그 신호 변조 진폭 변조 (AM, Amplitude Modulation)
데이터통신 (Forouzan 4e) 5.2 아날로그 신호 변조 진폭 변조 (AM, Amplitude Modulation) 주파수 변조 (FM, Frequency Modulation) 위상 변조 (PM, Phase Modulation) 아날로그 대 아날로그 변환 또는 아날로그 신호 변조는 아날로그 정보를 아날로그 신호로 표현하는 것이다 매체의 성질이 띠 대역 통과이거나 띠 대역 통과 채널만 사용할 수 있는 경우, 아날로그 변조가 필요하다 5.2 ANALOG AND DIGITAL Amplitude Modulation Frequency Modulation Phase Modulation 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. Figure Types of analog-to-analog modulation 그림 아날로그 신호의 변조 유형 서울산업대학교 4. Digital Transmission 27

28 진폭 변조 (Amplitude Modulation)
데이터통신 (Forouzan 4e) 진폭 변조 (Amplitude Modulation) 변조 신호의 진폭 변화에 따라 반송파의 진폭이 같이 바뀐다 반송신호의 주파수와 위상은 그대로이고, 정보 변화에 따라 진폭만 변한다 변조 신호 (modulating signal) 는 반송파의 봉투 Amplitude Modulation The total bandwidth required for AM can be determined from the bandwidth of the audio signal: BAM = 2B Figure Amplitude modulation 그림 진폭 변조 서울산업대학교 4. Digital Transmission 28

29 진폭 변조 f (t) 와 -f (t) 사이에서 초당 10 번 진동한다 y = f (t) y = -f(t) T=2 변조기
반송 신호 변조할 신호 변조된 신호 변조기 진폭 변조 y = f (t) 원래 신호: f (t) = (sin2πt / 4) + 0.5 반송 신호: g (t) = sin(102πt) y = -f(t) T=2 -1 1 f (t) 와 -f (t) 사이에서 초당 10 번 진동한다 변조된 신호 : y = f (t)g(t) 그림 3.15 변조된 신호의 그래프 변조된 신호의 그래프 서울산업대학교

30 AM 대역 할당 AM 에 요구되는 총 대역폭은 가청신호의 대역폭으로 결정된다 BAM = 2B AM 라디오의 표준 대역 할당
데이터통신 (Forouzan 4e) AM 대역 할당 AM 에 요구되는 총 대역폭은 가청신호의 대역폭으로 결정된다 BAM = 2B AM 라디오의 표준 대역 할당 오디오 신호의 (음성과 음악) 대역폭은 보통 5 kHz 미국의 FCC 는 각 라디오 방송국에 10 kHz 씩 할당한다 각 방송국의 반송 주파수들은 530 kHz 와 1700 kHz 사이에 위치하며, 최소한 10 kHz 씩 떨어져 있어야 한다 Bandwidth of an audio signal (speech and music) is usually 5 kHz 그림 AM 대역 할당 서울산업대학교 4. Digital Transmission 30

31 주파수 변조 (FM, Frequency Modulation)
데이터통신 (Forouzan 4e) 주파수 변조 (FM, Frequency Modulation) 반송 신호의 주파수가 변조할 신호의 전압 레벨 (진폭) 의 변화에 따라 변조된다 반송 신호의 최대 진폭과 위상은 그대로 유지되지만, 정보 신호의 진폭이 변함에 따라 반송 신호의 주파수가 변한다 FSK 에서와 같이 전압 제어 구동기를 사용해 구현한다 Frequency Modulation The total bandwidth required for FM can be determined from the bandwidth of the audio signal: BFM = 2(1 + β)B. Figure Frequency modulation 그림 주파수 변조 서울산업대학교 4. Digital Transmission 31

32 FM Band Allocation FM 에 요구되는 총 대역폭은 가청 신호의 대역폭으로 결정된다 BFM = 2(1 +β)B
데이터통신 (Forouzan 4e) FM Band Allocation FM 에 요구되는 총 대역폭은 가청 신호의 대역폭으로 결정된다 BFM = 2(1 +β)B 단, β는 변조 기술에 따른 요인. 보통 β= 4 스테레오 방송의 오디오 신호 대역폭 거의 15 kHz  약 150 kHz 필요 FCC 는 각 방송국 별로 200 kHz 씩 허용 (보호대역 포함) 방송국 간에 최소한 200 kHz 씩은 떨어져 있어야 한다 FM Band Allocation Bandwidth of an audio signal (speech and music) broadcast in stereo is almost 15 kHz FCC allows 200 kHz for each station (β =4 with some extra guard band) Separated by at least 200 kHz Figure FM band allocation 그림 FM 대역 할당 서울산업대학교 4. Digital Transmission 32

33 위상 변조 (PM, Phase Modulation)
데이터통신 (Forouzan 4e) 위상 변조 (PM, Phase Modulation) 변조 신호의 전압 레벨 변화에 따라 반송 신호의 위상을 변조한다 진폭/주파수는 일정하지만 변조 신호의 전압 레벨에 따라 반송파의 위상이 변한다 PM 의 총 대역폭은 변조 신호의 대역폭과 최대 진폭으로 구한다 BPM = 2(1 +β)B 단, PM에서는β값이 낮다. 협대역: 1, 광대역: 3 Phase Modulation The total bandwidth required for PM can be determined from the bandwidth and maximum amplitude of the modulating signal: BPM = 2(1 + β)B Figure Phase modulation 서울산업대학교 4. Digital Transmission 33

34 위상 변조 (PM, Phase Modulation)
데이터통신 (Forouzan 4e) 위상 변조 (PM, Phase Modulation) Phase Modulation The total bandwidth required for PM can be determined from the bandwidth and maximum amplitude of the modulating signal: BPM = 2(1 + β)B Figure Phase modulation 그림 위상 변조 서울산업대학교 4. Digital Transmission 34

35 5장 요약 디지털 대 아날로그 변조 방법 진폭 편이 변조 (ASK) - 반송 신호의 진폭을 바꾼다
5장 요약 디지털 대 아날로그 변조 방법 진폭 편이 변조 (ASK) - 반송 신호의 진폭을 바꾼다 주파수 편이 변조 (FSK) - 반송 신호의 주파수를 바꾼다 위상 편이 변조 ( (PSK) - 반송 신호의 위상을 바꾼다 구상 진폭 변조 (QAM) - 반송 신호의 위상과 진폭을 바꾼다 QAM 은 다른 디지털/아날로그 방법보다 높은 데이터 전송률을 낼 수 있다 Baud rate 와 Bit rate 는 동의어가 아니다. 비트전송률은 초당 전송된 비트의 수이다. Baud rate 는 초당 전송된 신호 단위의 수이다 1 개의 신호 단위는 하나 이상의 비트를 나타낼 수 있다 ASK 및 PSK 에 필요한 최소한의 대역폭은 Baud rate 이다 FSK 변조에 필요한 최소 대역폭 B = |fc1 - fc0| + S. 단, fc0 은 0 비트를 나타내는 주파수, fc1 은 1 비트를 나타내는 주파수, S 는 baud rate * Digital-to-analog modulation can be accomplished using the following:         *Amplitude shift keying (ASK)—the amplitude of the carrier signal varies.         *Frequency shift keying (FSK)—the frequency of the carrier signal varies.         *Phase shift keying (PSK)—the phase of the carrier signal varies.         *Quadrature amplitude modulation (QAM)—both the phase and amplitude of the carrier signal vary. * QAM enables a higher data transmission rate than other digital-to-analog methods. * Baud rate and bit rate are not synonymous. Bit rate is the number of bits transmitted per second. Baud rate is the number of signal units transmitted per second. One signal unit can represent one or more bits. * The minimum required bandwidth for ASK and PSK is the baud rate. * The minimum required bandwidth (BW) for FSK modulation is BW =f c1 .f c0 + N baud , where f c1 is the frequency representing a 1 bit, f c0 is the frequency representing a 0 bit, and N baud is the baud rate. * A regular telephone line uses frequencies between 600 and 3000 Hz for data communication. * ASK modulation is especially susceptible to noise. * Because it uses two carrier frequencies, FSK modulation requires more bandwidth than ASK and PSK. * PSK and QAM modulation have two advantages over ASK:         *They are not as susceptible to noise.         *Each signal change can represent more than one bit. * Trellis coding is a technique that uses redundancy to provide a lower error rate. * The 56K modems are asymmetric; they download at a rate of 56 Kbps and upload at 33.6 Kbps. * Analog-to-analog modulation can be implemented by using the following:         * Amplitude modulation (AM)         * Frequency modulation (FM)         * Phase modulation (PM) * In AM radio, the bandwidth of the modulated signal must be twice the bandwidth of the modulating signal. * In FM radio, the bandwidth of the modulated signal must be 10 times the bandwidth of the modulating signal 서울산업대학교

36 5장 요약 일반 전화선은 데이터 통신을 위해 600~3000 Hz 의 주파수를 사용한다. ASK 변조는 특히 잡음에 민감하다
5장 요약 일반 전화선은 데이터 통신을 위해 600~3000 Hz 의 주파수를 사용한다. ASK 변조는 특히 잡음에 민감하다 FSK 변조는 2 개의 반송파를 사용하기 때문에 ASK 나 PSK 보다 더 많은 대역폭을 요구한다 PSK와 QAM 변조는 ASK 보다 2 개 이상의 장점 (잡음에 민감하지 않고, 각 신호가 한 비트 이상으로 표현될 수 있다) 이 있다 아날로그 대 아날로그 변조 방법: 진폭 변조 (AM), 주파수 변조 (FM), 위상 변조 (PM) AM 라디오에서, 변조된 신호의 대역폭은 변조 신호의 대역폭의 2 배가 돼야 한다 FM 라디오에서, 변조된 신호의 대역폭은 변조 신호의 대역폭의 2 배가 돼야 한다 * Digital-to-analog modulation can be accomplished using the following:         *Amplitude shift keying (ASK)—the amplitude of the carrier signal varies.         *Frequency shift keying (FSK)—the frequency of the carrier signal varies.         *Phase shift keying (PSK)—the phase of the carrier signal varies.         *Quadrature amplitude modulation (QAM)—both the phase and amplitude of the carrier signal vary. * QAM enables a higher data transmission rate than other digital-to-analog methods. * Baud rate and bit rate are not synonymous. Bit rate is the number of bits transmitted per second. Baud rate is the number of signal units transmitted per second. One signal unit can represent one or more bits. * The minimum required bandwidth for ASK and PSK is the baud rate. * The minimum required bandwidth (BW) for FSK modulation is BW =f c1 .f c0 + N baud , where f c1 is the frequency representing a 1 bit, f c0 is the frequency representing a 0 bit, and N baud is the baud rate. * A regular telephone line uses frequencies between 600 and 3000 Hz for data communication. * ASK modulation is especially susceptible to noise. * Because it uses two carrier frequencies, FSK modulation requires more bandwidth than ASK and PSK. * PSK and QAM modulation have two advantages over ASK:         *They are not as susceptible to noise.         *Each signal change can represent more than one bit. * Trellis coding is a technique that uses redundancy to provide a lower error rate. * The 56K modems are asymmetric; they download at a rate of 56 Kbps and upload at 33.6 Kbps. * Analog-to-analog modulation can be implemented by using the following:         * Amplitude modulation (AM)         * Frequency modulation (FM)         * Phase modulation (PM) * In AM radio, the bandwidth of the modulated signal must be twice the bandwidth of the modulating signal. * In FM radio, the bandwidth of the modulated signal must be 10 times the bandwidth of the modulating signal 서울산업대학교