(Analog Transmission)

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1 (Analog Transmission)
Chapter 5 아날로그 전송 (Analog Transmission)

2 5 장 아날로그 전송 5.1 디지털-대-아날로그 변환 5.2 아날로그-대-아날로그 변환 5.3 요 약

3 Topics discussed in this section:
5.1 디지털-대-아날로그 변환 Digital-to-analog 변환은 디지털 데이터 정보를 기반으로 아날로그 신호의 특성 중 하나를 변경하는 처리이다. Topics discussed in this section: Aspects of Digital-to-Analog Conversion Amplitude Shift Keying Frequency Shift Keying Phase Shift Keying Quadrature Amplitude Modulation

4 5.1 디지털-대-아날로그 변환

5 디지털-대-아날로그 변환 유형 ASK (Amplitude Shift Keying)
FSK (Frequency Shift Keying) PSK (Phase Shift Keying) QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

6 디지털-대-아날로그 변환의 여러 측면 비트율(Bit rate) : 초당 전송되는 비트의 수
보오율(Baud rate) : 초당 신호단위의 수 S = N × baud, N : 데이터율(bps), r : 하나의 신호요소에 전달되는 데이터 요소의 수 반송파 신호(Carrier Signal) 정보 신호를 위한 기본 신호, 반송 주파수(carrier frequency)

7 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. Bit rate is the number of bits per second. Baud rate is the number of signal elements per second. In the analog transmission of digital data, the baud rate is less than or equal to the bit rate.

8 Example 5.1 아날로그 신호가 각 신호요소에 4비트를 전달한다. 초당 1000개의 신호요소가 보내진다면 보오율과 비트율은 각각 얼마인가? Solution 이 경우에는 r = 4, S = 1000이며 N 은 미지수이다. 다음과 같이 N을 구할 수 있다.

9 Example 5.2 어떤 아날로그 신호의 비트율이 8,000이고 보오율이 보오이다. 각 신호 요소에는 몇 개의 데이터 요소가 전송되는가? 또한 몇 개의 신호 요소가 필요한가? Solution 이 경우에는 S = 1000, N = 8000이며 r과 L은 미지수이다. 다음과 같이 먼저 r의 값을 구하고 L의 값을 구한다.

10 5.1.1 디지털-대-아날로그 변환의 여러 측면 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

11 5.1.2 진폭편이 변조(ASK: Amplitude Shift Keying)
진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다 ASK의 대역폭 B(대역폭) = (1 + d (0 과 1 사이의 값)) × S(신호율)

12 5.1.2 진폭 편이 변조 2진 ASK의 구현

13 Example 5.3 200 kHz에서 300 kHz 범위에 있는 100 kHz의 대역을 사용할 수 있다. d = 1인 ASK를 사용하는 경우에 반송파 주파수는 무엇인가? Solution 대역의 중간 지점은 250 kHz이다. 이는 반송파 주파수 fc는 250 kHz인 것을 말한다. 비트율을 구하기 위해 다음 식을 사용할 수 있다.

14 Example 5.4 데이터통신에서는 양방향으로 통신하기 위해 보통 전이중 링크를 사용한다. 아래 그림과 같이 두 개의 반송파를 사용하고 두 개 구간으로 대역을 나눈다. 그림은 두 개의 반송파 위치와 대역폭을 보여주고 있다. 각 방향에 사용 가능한 대역폭은 50 kHz이며, 각 방향 25 kbps의 데이터율을 제공한다.

15 5.1.3 주파수편이 변조(Frequency Shift Keying)
신호의 주파수가 2진 1 또는 0에 따라 변경 2진 주파수 편이 변조

16 5.1.3 주파수 편이 변조 FSK의 대역폭 B = (1 + d) × S + 2Δf B : Bandwidth

17 Example 5.5 100 kHz의 가용 대역이 영역 200 kHz부터 300 kHz에 걸쳐 있다. FSK를 사용하고 d = 1 이라면 반송파 주파수와 비트율은 얼마인가? Solution 이 문제는 예제 5.3과 유사하지만 FSK를 사용해야 한다. 중간 지점은 250 kHz이다. 2Δf를 50 kHz가 되도록 하자. 이 경우에는 다음과 같다.

18 5.1.3 주파수 편이 변조 BFSK의 구현

19 Example 5.6 비트율 3 Mbps의 속도로 동시에 3비트를 보내야 한다. 반송파 주파수는 10 MHz이다. 준위의 개수(서로 다른 주파수의 개수)와 보오율과 대역폭을 구하라. Solution L = 23 = 8이다. 보오율은 S = 3 MHz/3 = 1000 Mbaud이다. 이는 반송파 주파수는 서로 1 MHz씩 떨어져야 하는 (2f = 1 MHz)것을 의미한다. 대역폭은 B = 8 × 1000 = 8000이다. 그림 5.8에 각 주파수와 대역을 배당한 그림이 있다.

20 그림 5.8 Bandwidth of MFSK used in Example 5.6

21 5.1.4 위상 편이 변조(Phase Shift Keying)
위상이 2진1 또는 0에 따라 변경 2진 주파수 편이 변조(하나는 위상 00, 다른 하나는 1800 신호 요소만 사용)

22 5.1.4 위상 편이 변조 BPSK의 구현

23 5.1.4 위상 편이 변조 QPSK와 구현 - 신호요소마다 2비트 사용

24 Example 5.7 12 Mbps로 전송하는 QPSK의 대역폭을 구하라. d값은 0이다. Solution
QPSK에서는 한 신호요소가 2비트를 전송하므로 r = 2이다. 따라서 신호율(보오율) S = N × (1/r) = 6 Mbaud이다. d 값이 0 이므로 B = S = 6 Mbps.

25 성운그림(Constellation diagram)
수평선 X축은 동위상 반송파 수직선 Y축은 구상 반송파

26 Example 5.8 ASK(OOK), BPSK 그리고 QPSK 신호의 성운 그림을 그려라. Solution
다음 그림은 이 세 가지 성운 그림이다.

27 Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK.
5.1.5 구상 진폭 변조 구상진폭변조(QAM; Quadrature Amplitude Modulation)는 ASK와 PSK를 조합한 것을 의미한다. Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK.

28 5.1.5 구상진폭 변조(QAM) ASK와 PSK의 조합 QAM의 성운도

29 Topics discussed in this section:
5.2 아날로그-대-아날로그 변환 아날로그-대-아날로그 변환은 아날로그 신호로 아날로그 정보를 표현하는 것이다. 어쩌면 왜 이미 아날로그 신호인데 아날로그 신호를 보조 하는가? 하는 의문을 있을 수 있다. 매체가 띠대역 통과 특성을 갖고 있거나 띠대역만이 사용 가능한 경우에 변조가 필요하다. Topics discussed in this section: Amplitude Modulation Frequency Modulation Phase Modulation

30 Figure 5.15 Types of analog-to-analog modulation

31 5.2.1 진폭 변조 진폭 변조(AM) 신호의 진폭에 따라 반송파의 진폭이 변화한다.

32 AM에 필요한 총 대역폭은 음성신호의 대역폭에 따라 결정된다.
The total bandwidth required for AM can be determined from the bandwidth of the audio signal: BAM = 2B.

33 5.2.1 진폭 변조(AM) AM 라디오의 표준 대역 할당 오디오 신호(음성과 음악)의 대역폭은 5kHz

34 5.2.2 주파수 변조(FM) 주파수 변조(FM) 변조신호의 전압 준위 변화에 따라 반송 주파수가 변화한다.

35 FM의 전체 요구 대역폭은 음성대역 대역폭으로 결정된다.
5.2.2 주파수 변조 FM 대역폭 FM의 전체 요구 대역폭은 음성대역 대역폭으로 결정된다. The total bandwidth required for FM can be determined from the bandwidth of the audio signal: BFM = 2(1 + β)B.

36 5.2.2 주파수 변조 FM 라디오의 표준 대역할당 스테레오로 방송되는 오디오 신호 대역폭 15kHz
각 방송국에 200kHz(0.2MHz) 할당 FM 대역 할당

37 5.2.3 위상 변조 위상 변조(PM) 정보 신호의 진폭에 따라 반송파의 위상이 비례하여 변화한다.

38 PM의 전체 요구 대역폭은 변조되는 신호의 대역폭과 최대 진폭에 따라 결정된다
5.2.3 위상 변조 위상 변조 대역폭 PM의 전체 요구 대역폭은 변조되는 신호의 대역폭과 최대 진폭에 따라 결정된다 The total bandwidth required for PM can be determined from the bandwidth and maximum amplitude of the modulating signal: BPM = 2(1 + β)B.

39 5.3 요약 Q & A

40 연습문제 풀이해서 Report로 다음 주까지(일주일 후) 제출해 주세요! 알림