담당교수 : 이봉운 bw2lee@hanmail.net 아날로그 및 디지털 통신이론 ’12-1 학기 담당교수 : 이봉운 bw2lee@hanmail.net.

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1 담당교수 : 이봉운 bw2lee@hanmail.net
아날로그 및 디지털 통신이론 ’12-1 학기 담당교수 : 이봉운

2 강의 구성 1장 서론 2장 신호의 시간 영역 분석 3장 신호의 주파수 영역 분석 4장 진폭 변조 5장 각 변조
1장 서론 2장 신호의 시간 영역 분석 3장 신호의 주파수 영역 분석 4장 진폭 변조 5장 각 변조 6장 확률변수와 랜덤 프로세스 7장 펄스 변조와 펄스부호 변조 8장 디지털 데이터의 기저대역 전송 9장 디지털 수신기와 잡음 환경하에서의 성능 10장 디지털 대역통과 변조 11장 M-진 변조 12장 대역확산 통신 13장 채널 코딩 2

3 제4장 진폭 변조 4.1 변조의 필요성 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조(DSB-SC: DSB)
제4장 진폭 변조 4.1 변조의 필요성 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조(DSB-SC: DSB) 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭 변조(DSB-TC: AM) 4.4 단측파대 변조(SSB) 4.5 잔류측파대 변조(VSB) 4.6 반송파 추적 4.7 주파수분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기 4.8 Matlab을 이용한 실습 4.9 연습문제

4 4.1 변조의 필요성-1 변조(modulation) 신호를 주어진 통신 채널에 적합하도록 신호를 조작하는 과정
일반적으로 기저대역을 충분히 큰 주파수 대역으로 이동 종류 기저대역 변조(baseband modulation) 기저대역에서 신호의 형태를 변형시키는 방식 예 : 펄스 변조 대역통과 변조(bandpass modulation) 신호의 스펙트럼을 고주파대로 이동시키는 변조 방식 예 : 진폭 변조, 각 변조

5 4.1 변조의 필요성-2 변조의 필요성 안테나의 크기를 감소시키기 위해 잡음과 간섭의 영향을 적게 받도록 하기 위해
높은 방사 효율을 얻기 위해 필요한 안테나의 크기 : λ/4 ~ λ/2 음성 신호를 기저대역으로 전송하는 경우 : 3 kHz를 전송 스펙트럼을 3 GHz대로 이동하여 전송하는 경우 잡음과 간섭의 영향을 적게 받도록 하기 위해 다중화/다중 접속을 위하여 주파수분할 다중화가 가능

6 4.1 변조의 필요성-3 변조 모델 반송파 : sc(t) = A cos(2fct + ) 메시지 신호 : m(t)
변조 신호(modulating signal), 기저대역 신호 변조된 신호 sm(t) : 피변조 신호(modulated signal) 파라미터 : 진폭, 주파수, 위상

7 4.1 변조의 필요성-4 파라미터에 따른 변조의 종류 진폭 변조(amplitude modulation : AM)
정보 신호 m(t)에 따라 반송파의 진폭을 변화시키는 변조 방식 종류 DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) DSB-TC (Double Sideband Transmitted Carrier) SSB (Single Sideband) VSB (Vestigial Sideband) 각 변조(angle modulation) 정보 신호 m(t)에 따라 반송파의 각을 변화시키는 변조 방식 주파수 변조(Frequency Modulation : FM) 위상 변조(Phase Modulation : PM)

8 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-1 DSB-SC(Double Sideband Suppressed Carrier) 변조 방식 변조기(modulator)

9 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-2 DSB-SC 변조 방식(계속) 파형과 스펙트럼
LSB(lower side band) : 하측파대 USB(upper side band) : 상측파대

10 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-3 DSB-SC 변조 방식(계속) 예제4.1 : 파형과 스펙트럼 및 대역폭을 구하라.

11 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-4 DSB-SC 변조 방식(계속)
예제4.1 : 파형과 스펙트럼 및 대역폭을 구하라.(계속)

12 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-5 DSB-SC 신호의 복조(demodulation): 검파(detection)
복조기(demodulator) : 동기검파 방식

13 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-6 DSB-SC 신호의 복조(계속)
복조기(demodulator) : 동기검파 방식(계속) 주파수 영역 해석

14 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-7 DSB-SC 신호의 복조(계속) 예제4.2 : 정현파 정보신호의 변/복조와 스펙트럼

15 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-8 DSB-SC 신호의 복조(계속)
예제4.2 : 정현파의 정보신호의 변/복조와 스펙트럼(계속)

16 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-9 DSB-SC 신호의 복조(계속)
예제4.2 : 정현파의 정보신호의 변/복조와 스펙트럼(계속) 복조과정

17 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-10 DSB-SC 신호의 복조(계속)
동기 검파(synchronous, coherent detection) 복조 과정에서 송신기와 동일한 반송파를 곱해주는 검파 방식 동일한 주파수와 위상이 필요 주파수/위상이 일치하지 않는 경우에 왜곡이나 품질 저하가 발생 주파수와 위상에서 오차가 발생한 경우

18 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-11 DSB-SC 신호의 복조(계속)
동기 검파(synchronous, coherent detection) 주파수와 위상에서 오차가 발생한 경우(계속) 만일 주파수 오차는 없고, 위상 오차만 존재하는 경우 위상 오차에 따라 크기가 감소하나, 신호를 왜곡시키지는 않음  = 90o 에 접근하면 출력 신호가 소멸 무선 환경에서는 가 불규칙하게 변화 만일 위상 오차는 없고, 주파수 오차만 존재하는 경우 신호의 크기가 천천히 변동하는 결과를 초래 볼륨을 최대에서 최저로 f 의 주파수로 조작하는 효과로 나타남

19 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-12 변조기(modulator) 곱셈 변조기
아날로그 곱셈기를 사용하여 정현파를 직접 곱하는 변조기 증폭기의 선형성 유지가 곤란하고, 가격이 비쌈

20 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-13 변조기(계속) 스위칭 변조기(switching modulator)
정현파 대신에 기본 주파수가 fo인 주기 신호를 곱하는 방식 기저대역 신호가 fo의 위치로 이동된 스펙트럼을 제공

21 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-14 변조기(계속) 스위칭 변조기(계속)

22 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-15 변조기(계속) 스위칭 변조기(계속) 쵸퍼(chopper) 변조기
게이트 회로를 이용하여 구형 펄스열을 곱하는 방식 다이오드/트랜지스터와 같은 소자를 이용한 전기적 스위치를 사용 종류 : 다이오드-브릿지 변조기, 링 변조기 다이오드-브릿지 변조기

23 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-16 변조기(계속) 스위칭 변조기(계속) 쵸퍼(chopper) 변조기(계속)
링(ring) 변조기 : 이중 평형 변조기(double balanced modulator)

24 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-17 변조기(계속) 비선형(nonlinear) 변조기
쵸퍼 변조기 보다 더 간단히 변조기를 구현 제곱법 변조기(square law modulator)

25 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-18 변조기(계속) 비선형(nonlinear) 변조기(계속) 제곱법 변조기(계속)

26 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-19 변조기(계속) 비선형(nonlinear) 변조기(계속)
일반적인 비선형 소자의 입출력 관계 : Taylor 급수를 이용 a1 cos 2fct : 신호의 스펙트럼과 중복되어 BPF로 제거 불가 평형 변조기(balanced modulator)를 사용하여 해결

27 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-20 변조기(계속) 비선형(nonlinear) 변조기(계속)
평형 변조기(balanced modulator) a1 cos 2fct 항이 상쇄

28 4.2 양측파대 억압 반송파 진폭 변조-21 변조기(계속) 비선형(nonlinear) 변조기(계속) 주파수 변환기와 혼합기
평형 변조기 종류 단일 평형 변조기 : 반송파 성분 또는 신호 성분이 상쇄 이중 평형 변조기 : 반송파 성분과 신호 성분이 모두 상쇄 예 : 링 변조기 주파수 변환기와 혼합기 혼합기(Mixer) 두 입력 주파수의 합과 차를 얻을 수 있는 회로 : 비선형 소자 사용 일반적으로 주파수를 섞는다는 의미 주파수 변환기(frequency converter) 두 주파수의 합과 차를 만들어 주파수를 천이시키는 장치 혼합기 : 주파수 변환기 중에서 비선형 소자를 이용한 회로

29 4장 과제-1 문제4.1 (b) 문제4.2 (c) 문제4.5 문제4.9 Matlab 과제 : 예제 4.4
SNR = 10dB와 20 dB일 때

30 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-1 DSB-SC의 문제점 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식
동기 검파기를 사용 국부 발진기에서반송파 주파수와 위상의 일치가 필요 수신 신호로부터 반송파를 추출하는 반송파 복구 회로가 포함 수신기에서 반송파 추출이 용이하지 않음 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식 DSB-TC : double sidedband-transmitted carrier 일명 : DSB-LC : double sidedband-large carrier, AM DSB-SC 방식에 반송파를 추가하여 전송하는 방식 동기 검파 시 반송파 복구가 용이 충분히 큰 반송파를 사용하면 비동기 검파 방식의 복조가 가능 포락선 검파기(envelope detector) 사용이 가능 반송파 추출이 불필요 :수신기 구조가 간단하여 방송에 적합 추가 전력이 소요되는 단점

31 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-2 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속) 반송파가 추가된 피변조 신호

32 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-3 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속) 추가 반송파의 진폭과 변조지수
DSB-TC 변조된 신호와 포락선(envelope) : |m(t) + Ac|

33 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-4 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속)
추가 반송파의 진폭과 변조지수(계속) 포락선이 정보 신호 m(t)와 동일한 모양을 유지할 조건 : Ac≥mp 포락선을 추출한 후 DC 성분만 제거하면 정보 신호 복원이 가능 비동기 검파(noncoherent detection) 반송파의 복구가 불필요 : 구조가 매우 간단하고 저렴 변조지수(modulation index) mp와 Ac에 따라 포락선 검파가 가능한지를 결정하는 지수  ≤ 1 : 포락선 검파가 가능  > 1 : 포락선 검파가 불가능(과변조, over-modulation)

34 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-5 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속)
추가 반송파의 진폭과 변조지수(계속) 변조지수를 사용한 DSB-TC 신호의 표현

35 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-6 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속) 전력 효율
전체 전력 중에서 정보 신호를 전송하는데 사용되는 전력의 비 DSB-SC 변조 : 전력 효율이 100%(추가 반송파 미사용) AM 변조 : 전력 효율이 항상 100%보다 작음 추가 반송파 사용 : 포락선 검파에 의한 간단한 복조가 가능 추가 전송된 반송파에는 어떤 정보도 포함하고 있지 않음 전력 소모가 발생 전력 효율은 변조지수와 정보 신호의 파형에 따라 가변적 AM 신호의 평균 전력

36 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-7 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속) 전력 효율(계속)
AM 신호의 평균 전력(계속) 정보 신호 m(t)는 반송파에 비해 매우 느리게 변화 가정 : 정보 신호 m(t)의 평균은 0 PC : 반송파 전력 PS : 측파대(sideband) wjsfur

37 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-8 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속) 전력 효율(계속)
전력 효율의 정의 효율은 변조지수뿐만 아니라 기저대역 신호에 파형에 따라 변함 변조지수가 작을수록 효율이 감소 포락선 검파를 위해서 효율은 ½ 보다 클 수 없음

38 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-9 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조 방식(계속) 전력 효율(계속)
예제4.3 : 포락선 검파가 가능한 AM의 최대 효율 구형파의 경우 정현파의 경우 실제 AM에서는 25% 이하의 전력만 유용

39 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-10 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 변조기
[Ac + m(t)]를 DSB-SC 변조하는 것과 동일 스위치 변조기 A>>|m(t)| 인 경우 다이오드를 스위치 대신 사용

40 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-11 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 신호의 복조
비동기 검파를 사용 : 정류기 검파, 포락선 검파, 정류 검파기(rectifier detector) AM 신호를 반파 정류한 다음 LPF를 통하게 하는 방식 AM 신호에 fc인 주파수를 갖는 구형 펄스열을 곱한 것과 동일

41 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-12 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 신호의 복조(계속) 정류 검파기(계속)

42 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-13 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 신호의 복조(계속)
포락선 검파기(envelope detector) AM 신호가 + : 다이오드가 도통 → C는 피크 값까지 충전 → 다이오드를 차단 → C에 충전된 전압이 방전 →

43 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-14 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 신호의 복조(계속) 포락선 검파기(계속)
C의 방전 현상에 의해 출력은 리플(ripple)이 있는 파형을 발생 적절한 시정수 RC의 값 선택이 요구 RC 값이 큰 경우 : 방전이 너무 완만하게 발생 포락선 검출이 곤란 RC 값이 작은 경우 : 방전이 지나치게 빠르게 발생 리플이 너무 커서 톱니파 모양의 출력이 발생

44 4.3 양측파대 전송 반송파 진폭변조-15 양측파대 전송 반송파(DSB-TC) 신호의 복조(계속)
제곱법 검파기(square law detector)

45 4.4 단측파대 변조(SSB)-1 도입 SSB(single sideband) 변조 방식
대역폭이 B Hz인 기저대역 신호의 DSB 변조 : DSB-SC/TC 대역폭은 기저대역 신호의 2배 : 2B Hz DSB 신호는 반송파 중심으로 2개의 측파대 형성 : USB, LSB 정보 함수가 실함수일 때 진폭 스펙트럼은 우함수 , 위상 스펙트럼은 기함수 양의 주파수 스펙트럼을 알면 음의 스펙트럼을 알 수 있음을 의미 2개의 측파대 중 한 쪽만 전송해도 정보의 손실은 없음 SSB(single sideband) 변조 방식 양측파대 중 한 쪽의 단측파대만을 전송하는 방식 SSB는 기저대역 신호와 동일한 대역폭으로 전송 : B Hz 스펙트럼을 매우 효율적으로 사용 한정된 주파수 대역에서 2배의 신호 다중화 전송이 가능 SSB 신호의 복조는 DSB-SC와 같이 동기 검파를 사용

46 4.4 단측파대 변조(SSB)-2 SSB(single sideband) 변조 방식(계속) SSB 신호의 스펙트럼

47 4.4 단측파대 변조(SSB)-3 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)

48 4.4 단측파대 변조(SSB)-4 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)

49 4.4 단측파대 변조(SSB)-5 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)
정보 신호 m(t)의 -90o 위상 천이 : 단일 주파수를 갖는 정현파 신호의 위상 천이는 비교적 용이 많은 주파수를 갖는 신호의 위상 천이를 위해 Hilbert 변환을 사용 위상 천이기와 Hilbert 변환 위상 천이기(phase shifter)의 전달함수

50 4.4 단측파대 변조(SSB)-6 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)
위상 천이기와 Hilbert 변환(계속) 위상 천이기(phase shifter)의 전달함수(계속) 크기는 변화시키지 않고 위상만 -/2 천이

51 4.4 단측파대 변조(SSB)-7 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)
위상 천이기와 Hilbert 변환(계속) Hilbert 변환 예 : Hilbert 변환에 의한 스펙트럼 변화

52 4.4 단측파대 변조(SSB)-8 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)

53 4.4 단측파대 변조(SSB)-9 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)

54 4.4 단측파대 변조(SSB)-9 SSB(single sideband) 변조 방식(계속)

55 4.4 단측파대 변조(SSB)-9 SSB(single sideband) 변조기 종류 : 필터 방법, 위상 천이 방법
필터(frequency discrimination) 방법 DSB-SC 신호를 발생 시킨 후 필터를 사용 : 단측파대만 선택 보호대역(guard band) 없이 2개의 측파대 중 하나를 선택 단점 : 매우 정교한 필터(빠른 감쇠 특성을 가진)가 요구 USB 대역을 전송하는 경우 fc 이상의 성분은 완전히 통과, fc 이하의 성분은 완전히 제거 이상적인 필터가 필요하므로 완벽한 실현은 불가능 정보 신호가 직류에 가까운 저주파 성분을 많이 가지고 있는 경우 fc 근처에서 필터의 부정확성에 의한 영향이 매우 큼 정보 신호가 직류 근처의 주파수 성분이 무시할 정도로 작은 경우 날카롭지 않은 필터를 사용해도 무방

56 4.4 단측파대 변조(SSB)-10 SSB(single sideband) 변조기(계속) 필터 방법(계속)
음성 신호의 경우 : 300 Hz 이하의 주파수 성분은 거의 없음 필터 방법을 이용한 SSB 변조가 비교적 용이 음악의 경우 : 보통 50 Hz의 낮은 주파수 성분까지 포함 음악을 전송하는 방송용으로 사용이 곤란 SSB는 주로 음성 위주의 통신용으로만 사용 SSB는 방송용(AM)에 비해 송신기의 출력 전력이 매우 낮은 편임

57 4.4 단측파대 변조(SSB)-11 SSB(single sideband) 변조기(계속) 필터 방법(계속)
필터는 근본적으로 빠른 감쇠 특성이 요구 높은 필터의 Q 지수가 필요 : 주로 수정 필터가 사용 LC 필터로는 구현이 불과 : Q값이 보통 수십에 불과 수정(crystal) 필터 100,000 정도의 Q 값을 제공 제작된 후에는 사양 변경이 불가 가변 동조와 같은 기능이 미 제공

58 4.4 단측파대 변조(SSB)-12 SSB(single sideband) 변조기(계속)
위상 천이(phase discrimination) 방법 위상 천이기를 통하여 Hilbert 변환한 신호를 이용 원하지 않는 주파수 성분을 상쇄시키는 방법 : 필터가 불필요 변조기는 2개의 DSB 변조기와 위상 천이기를 포함 단점 : 정보 신호 m(t)에 대한 -90o 위상 천이를 구현하기 곤란 단일 주파수 성분만 가진 신호의 -90o 위상 천이는 용이하나 정보 신호의 모든 주파수 성분들의 -90o 위상 천이는 불가 정보 신호 m(t)의 대역폭이 좁은 경우 -90o 위상 천이를 어느 정도 근사적으로 구현이 가능 음성 신호의 대역폭 : 3 ~ 4 kHz 대역폭이 비교적 좁기 때문에 위상 천이 방법으로 SSB 변조가 가능 TV 영상 신호의 대역폭 : 6 MHz 대역폭이 상당히 넓기 때문에 위상 천이 방법 사용이 불가 TV 영상 신호는 직류 성분을 포함 : 필터 방법도 사용이 곤란 SSB 변조 사용이 현실적으로 불가 : VSB 변조 방법을 사용

59 4.4 단측파대 변조(SSB)-13 SSB 신호의 복조 동기 검파를 사용

60 4.4 단측파대 변조(SSB)-14 SSB 신호의 복조(계속) 동기 검파를 사용(계속) 동기가 일치하지 않는 경우
f = 0 인 경우 첫 번째 항은 원하는 신호 성분으로 왜곡 없이 신호의 크기만 감소 두 번째 항은 m(t)와 스펙트럼이 중복 : 필터로 제거가 불가 음성의 경우에는 별 지장이 없으나, 영상의 경우에는 매우 곤란

61 4.4 단측파대 변조(SSB)-15 SSB 신호의 복조(계속) 동기 검파를 사용(계속) 동기가 일치하지 않는 경우(계속)
 = 0 인 경우 주파수 오차는 원하는 신호를 주파수 f 의 반송파로 SSB 변조 시킴 원하는 출력 신호의 스펙트럼이 f 만큼 이동 성분에 의한 위상 왜곡의 효과로 나타남

62 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-1 SSB 방식의 특징 장점 : DSB-SC나 AM에 비해 대역폭이 ½
주파수 자원의 활용도가 높음 단점 : 송신기와 수신기의 구성이 매우 복잡 필터 방법 직류 성분이 없을 때만 가능 예리한 차단특성을 갖는 필터가 필요 진폭 특성이 이상적일수록 위상 특성이 열악해짐 리플이 발생 정보 신호에서 저주파 성분을 무시할 수 없는 경우 SSB 신호 발생이 곤란 위상 천이 방법 정확한 위상 천이 구현이 불가 협대역 신호에서만 근사화가 가능

63 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-2 SSB 방식의 특징(계속)
반송파 복원에서 오차가 있는 경우 DSB-SC보다 더 큰 영향을 받음 TV 영상 신호의 경우 : 대역폭 4.5 kHz 대역폭 효율이 좋은 변조방식이 필요 : 주파수 대역이 한정 SSB가 가장 선호되는 변조방식일 수 있지만 영상 신호는 광대역이고 직류 신호를 포함 필터 방법이나 위상천이 방법은 부적합 SSB 방식과 AM 방식을 절충한 방식이 사용 : VSB 변조 방식 잔류측파대(vestigial side band; VSB) 변조 방식의 특징 SSB의 대역폭 절감과 AM의 송수수신기 단순성을 추구 VSB 신호는 SSB에 비해 간단 SSB에 비하여 조금 넓은 대역폭을 사용 일반적으로 25%~33% 정도 큰 대역폭 텔레비전 방송이나 팩시밀리 등에 널리 사용

64 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-3 VSB 신호의 발생 양쪽 측파대 중 원하지 않는 측파대의 일부를 잔류
원하는 측파대와 함께 전송 측파대를 완전히 제거하지 않으므로 필터의 설계 조건이 무난 원하는 측파대도 반송파 근처의 주파수 성분을 감쇄시켜 전송 측파대의 주파수 성분에 일부 왜곡이 발생 송신기 필터의 구현이 용이하나 신호가 일부 손상 수신기에서 정보 신호를 정확히 복구하지 못할 수 있으나, 필터를 잘 설계하면 송신단의 왜곡 보상이 가능 정보 신호를 복구

65 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-4 VSB의 기본 개념 VSB 변조

66 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-5 VSB의 기본 개념(계속) VSB 복조

67 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-6 VSB 필터의 조건 송신기의 VSB 신호 동기 검파 수신기의 출력 저역통과 필터의 출력

68 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-7 VSB 필터의 조건(계속) VSB 필터가 정보 신호의 대역폭 내에서 일정한 경우
기저대역 신호와 동일한 신호를 복조 VSB 필터의 조건 VSB 필터의 예

69 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-8 VSB 필터의 조건(계속) VSB 필터의 예(계속)

70 4.5 잔류측파대 변조(VSB)-9 VSB 필터의 조건(계속) TV 영상 신호에 대한 변조
TV 영상 신호는 4 MHz 정도의 대역폭 DSB 변조 방식 : 영상만을 전송하는데 8 MHz의 대역폭이 필요 SSB 변조 방식 사용이 곤란 영상 신호는 저주파 영역에 상당히 많은 정보가 포함 필터 방법 이용이 곤란 영상 신호는 광대역 : 위상 천이 방법도 사용 곤란 TV 신호는 DSB와 SSB의 절충 방식인 VSB 사용 6 MHz 대역에 영상과 오디오 신호를 전송

71 4.6 반송파 추적-1 위상동기 루프(PLL)와 AM 신호의 동기 검파 PLL (phase locked loop)의 구성
위상 비교기(phase comparator) : 위상 검출기 루프 필터(loop filter) : 저역통과 필터 전압제어 발진기(voltage controlled oscillator : VCO)

72 4.6 반송파 추적-2 위상동기 루프(PLL)와 AM 신호의 동기 검파(계속) 아날로그 PLL의 동작 원리

73 4.6 반송파 추적-3 위상동기 루프(PLL)와 AM 신호의 동기 검파(계속) vo와 e의 관계
입력 신호의 주파수가 갑자기 증가한 경우 lock 범위 : hold-in 범위 동기(lock) 상태에서는 입력 신호의 변화에 PLL이 추적 가능 pull-in 범위 : capture 범위 < lock 범위 입력으로부터 동기 획득을 얻을 수 있는 주파수 범위

74 4.6 반송파 추적-4 위상동기 루프(PLL)와 AM 신호의 동기 검파(계속) PLL 을 사용한 AM 검파기
간단한 동기 검파 방식 : 범용 IC로 제작 판매

75 4.6 반송파 추적-5 제곱법 소자를 이용한 반송파 추출과 DSB-SC 신호 검파 제곱법 소자를 이용한 반송파 추출

76 4.6 반송파 추적-6 제곱법 소자를 이용한 반송파 추출과 DSB-SC 신호 검파
제곱법 소자와 PLL을 이용한 반송파 추출 방법

77 4.6 반송파 추적-7 Costas 루프를 이용한 DSB-SC 신호의 동기 검파

78 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-1
주파수 분할 다중화(frequency division multiplexing : FDM) 기저대역 신호들을 RF의 반송파를 사용하여 스펙트럼을 천이 AM 방송의 경우 : 540 ~ 1600 kHz의 RF 대역이 할당 AM 방송의 신호별 반송 주파수 간격 : 10 kHz AM 변조에서 음성 신호의 최대 주파수 성분 : 4 kHz 전송 대역 : 8 kHz 신호 분리를 위한 보호 대역(guard band) : 2 kHz 보호 대역 : 신호간 간섭을 방지하기 위해 비워두는 대역

79 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-2
주파수 분할 다중화(계속) AM 방송의 수신기에서 방송국의 분리와 복조가 수행 여러 방송국 중 원하는 채널을 선택 중심 주파수를 쉽게 가변 할 수 있는 대역통과 필터를 사용

80 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-3
AM 방송 신호의 수신 안테나에 수신되는 RF신호에는 여러 채널의 스펙트럼이 존재 수신기의 동작 과정 방송국 분리(separation) → 신호의 증폭 → 복조 방송국 분리 과정 RF 대역에서 원하는 채널의 스펙트럼을 선택하는 과정 LC 공진회로의 대역통과 특성을 이용 : 구현이 간단 공진회로에서 C 값을 변화: 대역통과 특성의 중심 주파수가 변화 동조(tuning) : 채널 선택에 이용 신호의 증폭 과정 안테나에 유기되는 전압은 매우 작기 때문에 증폭이 필요 동조 증폭기(tuned amplifier)를 사용 동조와 증폭을 동시에 실현

81 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-4
AM 방송 신호의 수신(계속) 동조 공진 회로에서 중심 주파수 : C 값을 가변 : 원하는 채널의 반송파 주파수에 동조 바람직한 동조 과정 대역폭은 일정 중심 주파수만 가변인 대역통과 필터를 구현 어떤 방송국이 선택되든지 고정된 협대역 필터가 필요 : 10 kHz LC 공진 회로의 문제점 중심 주파수의 변화에 따라 대역폭이 변화 동조 주파수가 n배로 증가하면 대역폭은 n2 배로 증가 예 : AM 방송의 경우 최저 주파수(540 kHz)와 최고 주파수(1,600 kHz)에서 대역폭의 비: 9배 LC 공진 회로에서 처리하는데 문제가 발생

82 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-5
AM 수신기 종류 : TRF 수신기, 수퍼헤테로다인 수신기 TRF(tuned radio frequency) 수신기 초기의 AM 수신기 RF 대역에서 직접 동조와 증폭 동작을 수행 중심 주파수가 가변인 대역통과 필터를 통해 원하는 채널을 선택 채널에 따라 필터의 대역폭을 일정하게 유지시키는 것이 곤란 높은 주파수의 채널 선택 시 Q 값이 큰 대역통과 필터가 필요 높은 Q 값을 위해 다단(multi-stage)의 필터 과정을 사용 : 보통 3단 모든 단의 동조 증폭기가 같은 비율로 변화하지 않음 : 동조가 곤란

83 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-6
AM 수신기(계속) TRF(tuned radio frequency) 수신기(계속) 수신기의 동조 방식

84 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-7
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기 TRF 수신기의 문제점을 해결 동조 증폭기의 중심 주파수를 특정 주파수에 고정 수신된 전체 RF 스펙트럼을 이동 원하는 채널의 스펙트럼이 통과대역에 들어오게 하는 방식 주파수 축에서 선호선택 윈도우를 고정 전체 축을 움직이는 방식 TRF 수신기 : 신호선택 윈도우를 이동, 전체 RF 축은 고정 중간 주파수(intermediate frequency : IF) 동조 증폭기에서 고정된 중심 주파수를 의미 상용 AM 방송 : fIF = 455 kHz 구성 RF Amp, 주파수 변환기, IF Amp, 포락선 검파기, 오디오 Amp

85 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-8
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) 동작 원리 국부 발진기의 주파수를 조정 RF 스펙트럼 중 원하는 채널의 스펙트럼이 IF 대역폭 내에 위치 선택된 RF 신호는 가변 국부 발진기의 출력과 곱해짐 RF 주파수를 IF 주파수로 천이

86 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-9
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) 동조 방식

87 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-10
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) RF 스펙트럼을 IF 대역으로의 주파수 천이 주파수 변환기(혼합기)를 통해 RF 스펙트럼을 IF 대역으로 이동 RF 스펙트럼에서 원하는 채널의 반송파 주파수 : fc fc를 중간 주파수 fIF로 변환하기 위한 국부 발진기의 주파수 : fLO 2가지 주파수 천이 방법이 존재

88 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-11
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) RF 스펙트럼을 IF 대역으로의 주파수 천이(계속) fLO = fc - fIF 인 경우

89 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-12
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) RF 스펙트럼을 IF 대역으로의 주파수 천이(계속) fLO = fc + fIF 인 경우

90 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-13
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) RF 스펙트럼을 IF 대역으로의 주파수 천이(계속) fLO = fc + fIF 인 경우를 사용하는 것이 더 유리 최대 주파수와 최저 주파수의 비 : 2. 07 상대적 가변 범위가 넓지 않기 때문에 구현이 용이 최대 주파수와 최저 주파수의 비 : 13.5 상대적 가변 범위가 넓기 때문에 구현이 곤란 혼합기의 국부발진 주파수 원하는 RF 신호의 반송파 주파수보다 455 KHz 높은 주파수를 사용

91 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-14
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인(superheterodyne) 수신기(계속) RF 스펙트럼을 IF 대역으로의 주파수 천이(계속)

92 4.7 주파수 분할 다중화와 수퍼헤테로다인 수신기-15
AM 수신기(계속) 수퍼헤테로다인 수신기의 단점 영상(image) 채널에 의한 간섭을 유발 영상 채널의 주파수(영상 주파수)가 fRF = fc + 2fIF 인 경우