디지털통신 및 실습 기저대역신호의 전송.

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1 디지털통신 및 실습 기저대역신호의 전송

2 기저대역신호의 전송 지난시간회상 학습에 앞서 1. DM은 표본 당 ( (1) ) 비트로 부호화 되므로 출력 비트 율은 ( 2) )과 동일하게 됩니다. (1), (2)에 들어갈 내용은 과정은 무엇입니까? 정답 : (1) 1 (2) 표본화 율 2. DM 시스템의 성능은  ( (1) ) 와 ( (2) )에 따라 성능이 좌우됩니다. (1), (2)에 들어갈 내용은 무엇입니까? 정답 : (1) 스텝크기 (2) 표본화 율 3. 원 신호 x(t)의 변화 특성에 따라 스텝 크기를 조정하는 방식으로 신호 경사가 크면 스텝크기를 크게 하고 완만한 경사 부분에 대해서는 스텝크기를 작게 조정하는 시스템을 무엇이라고 합니까? 정답 : (1) ADM

3 기저대역 전송과 대역통과 전송의 차이점을 이해한다. NRZ 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다.
학습목표 기저대역신호의 전송 학습에 앞서 음성신호, 영상신호와 같은 아날로그신호를 PCM과 같은 원천부호화(Source Coding)과정을 통해 비트 열로 변환하였다면, 변환된 비트 열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환시켜야 하는데 이 디지털 신호를 기저대역신호라 부른다. 본 회차에서는 기저대역 신호로 변환시키는 2진 전송부호, 다진 전송 전송 부호의 종류 및 각각 특성에 대하여 학습한다. 2진 전송부호 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 학습목표 기저대역 전송과 대역통과 전송의 차이점을 이해한다. NRZ 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다. RZ 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다. AMI 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다. 맨체스터 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다. 다진 전송부호의 장단점을 이해한다.

4 1. 기저대역신호란 변조과정을 거치기 전의 신호를 말한다.
기저대역신호의 전송 사전테스트 1. 기저대역신호란 변조과정을 거치기 전의 신호를 말한다. 정답 : O 변조과정을 거치기 전의 신호를 기저대역신호라 부르며 변조과정을 거친 후의 신호를 대역통과신호라고 부른다..

5 Lesson1. 2진 전송부호 1. 기저대역(Baseband) 신호란? 2. 전송부호 및 전송부호 선택 시 고려사항
기저대역신호의 전송 2진 전송부호 Lesson1. 2진 전송부호 1. 기저대역(Baseband) 신호란? 2. 전송부호 및 전송부호 선택 시 고려사항 3. NRZ 전송부호 4. RZ 전송부호 5. AMI 전송부호 6. 맨체스터 전송부호

6 기저대역신호의 전송 Lesson1. 2진 전송부호 1. 기저대역(Baseband) 신호란? 아날로그 통신에 있어서 기저대역 신호 : 변조 과정을 거치지 않고 그대로 전송되는 아날로그 정보 신호.  예를 들면 음성통신인 경우 가청주파수 신호 디지털 통신에 있어서 기저대역 신호 : 음성신호나 영상신호와 같은 아날로그 신호를 PCM과 같은 과정을 거쳐 비트열로 변환하였다면, 변환된 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환시킨 디지털 신호 기저대역 전송(baseband transmission) : 디지털화 된 정보나 데이터를 전송로에 적합한 펄스 파형으로 변환시켜 전송하는 방식 대역통과전송(bandpass transmission) : 디지털 신호에 따라 반송파의 진폭, 주파수, 위상을 변조 시켜서 디지털 신호를 전송하는 방식

7 기저대역 파형인코더 : 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환 전송부호 : 변환된 펄스파형
기저대역신호의 전송 Lesson1. 2진 전송부호 2. 전송부호 및 전송부호 선택 시 고려사항 기저대역 파형인코더 : 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환 전송부호 : 변환된 펄스파형 기저대역 파형디코더 : 수신된 펄스열로부터 비트열을 검파 전송부호선택 시 고려사항 (1) 적절한 타이밍 정보 : 비트와 심볼 동기에 필요한 타이밍(timing) 검출 용이 (2) 에러 검파 용이 : 전송로에서 발생한 에러 검출 용이 (3) 적은 대역폭 : 가능한 적은 대역폭 요구 (4) 에러율이 우수 : 같은 잡음 환경하에서 잡음에 덜 민감 (5) 스펙트럼의 모양 : 스펙트럼 모양이 전송특성에 알맞게 구성될 필요

8 3. NRZ 전송부호 NRZ(nonreturn-to-zero)형식 : 한 비트간격에서 0으로 떨어지지 않고 부호간격 Tb를 완전히 차지 단극방식 : 입력신호가 1이면 양(+)전위의 펄스를 전송하고 입력신호가 0 이면 펄스를 전송하지 않는 방식 양극방식 : 입력신호가 1이면 양(+)전위의 펄스를 전송하고 입력신호가 0 이면 음(-)전위펄스를 전송하는 방식

9 RZ(return-to-zero)형식 : 한 비트간격 Tb 에서 한번은 0으로 되돌아 가는 형식
기저대역신호의 전송 Lesson1. 2진 전송부호 4. RZ 전송부호 RZ(return-to-zero)형식 : 한 비트간격 Tb 에서 한번은 0으로 되돌아 가는 형식 단극RZ 부호 : 입력신호가 1이면 부호간격 Tb 동안 양(+)전위에서 영으로 천이하는 펄스로 전송하고 입력신호가 0 이면 펄스를 전송하지 않는 방식 양극RZ 부호 : 입력신호가 1이면 부호간격 Tb 동안 양(+)전위에서 영으로 천이하는 펄스를 전송하고 입력신호가 0 이면 부호간격 Tb 동안 음(-)전위에서 영으로 천이하는 펄스를 전송하는 방식 RZ 부호의 장점 및 단점 : 다음 비트의 시작 전에 언제나 영으로 되돌아 감으로 타이밍정보 제공이 가능하나 NRZ 부호에 비해 펄스 폭이 반으로 감소되어 NRZ 부호에 비해 더 넓은 주파수 대역폭이 필요

10 기저대역신호의 전송 Lesson1. 2진 전송부호 5. AMI 전송부호 AMI(alternative mark inversion)부호 : 입력신호가 0이면 0레벨의 펄스로, 입력신호가 1이면 부호간격 Tb 동안 양(+)전위와 음(-)전위의 2개의 레벨을 서로 교대로 변환시키는 부호 NRZ-AMI 및 RZ-AMI 부호 : AMI 부호의 장점 및 단점 :1이나 0이 연속된 경우라도 직류성분이 포함되지 않고 양(+)전위와 음(-)전위가 교대로 반복되는 특징을 이용하여 에러 검출도 가능하다는 장점이 있으나 0이 연속으로 나타나면 타이밍 축출의 어려움이 있다.

11 기저대역신호의 전송 Lesson1. 2진 전송부호 6. 맨체스터 전송부호 맨체스터(Manchester)부호 : 입력신호 1은 한 펄스폭을 2개로 나누어 반구간 (Tb/2)동안은 양(+)전위를, 남은 반구간(Tb/2)동안은 음(-)전위로 구성된 2개의 펄스로 대응시키고 0은 1의 경우와 반대되는 2개의 펄스로 변환시키는 부호로 비트구간의 중간에 언제나 천이가 있다. NRZ-맨체스터 부호 : 맨체스터부호의 장점 및 단점 : 비트구간의 중간에 언제나 레벨 변화가 있으므로 타이밍 축출이 용이하나 펄스 폭이 NRZ의 반이되어 NRZ 부호에 비해 더 넓은 주파수 대역폭이 필요

12 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스 열로 변환하여 주는 기능을 하는 기능 블록을 ( (2) )라 부른다.
기저대역신호의 전송 돌발퀴즈 돌발퀴즈 음성신호나 영상신호와 같은 아날로그 신호를 PCM과 같은 과정을 거쳐 비트열로 변환하였다면, 변환된 비트 열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스 열로 변환시킨 디지털 신호를 ( (1) ) 신호라고 한다. 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스 열로 변환하여 주는 기능을 하는 기능 블록을 ( (2) )라 부른다. 비트구간의 중간에 언제나 레벨 변화가 있어 타이밍 축출이 용이하다는 장점을 가지는 부호는 다음 중 어느 것인가? (1) 양극 NRZ 부호 (2) 단극 RZ 부호 (3) AMI 부호 (4) 맨체스터 부호 정답 : 1) (1) 기저대역 2) (1) 기저대역파형인코더 3) (4)

13 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도
기저대역신호의 전송 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 다진 전송부호의 정의 및 장점 2B1Q 전송부호 NRZ 전력스펙트럼밀도(psd) RZ 전력스펙트럼밀도(psd) AMI 전력스펙트럼밀도(psd) 맨체스터 전력스펙트럼밀도(psd)

14 심볼율이 비트율 보다 n배 감소하므로 대역폭이 n배 감소
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 1. 다진 전송부호의 정의 및 장점 다진전송부호 다진레벨 수 비트 수 - 2진 데이터를 n 비트씩 묶어 이 n 비트 구간에서 M개의 다진레벨로 부호화하여 전송 - n 비트와 M개의 다진레벨 간의 관계 심볼구간은 비트구간의 n배 또는 - n=2이면 두 비트씩 묶어 M=4개의 레벨로 부호화 함을 의미 - n 비트를 묶어 이 n 비트 구간에서 M개의 다진레벨을 전송할 때 n 비트 구간을 심볼구간 이라고 부르고 Ts 로 표현하면, 심볼구간과 비트 구간 간에는 다음의 관계식이 성립 - 비트구간 Tb의 역수는 비트율 Rb [bits/sec, bps]이며 심볼구간 Ts의 역수는 심볼율 Rs라 한다. 심볼율의 단위는 초당 전송되는 심볼의 수를 의미하고, 영어로는 symbols/sec라고 쓴다. 이 심볼율이 대역폭을 결정하게 되는데 심볼율로 위의 식을 다시 표현하면 다음과 같다. 심볼율이 비트율 보다 n배 감소하므로 대역폭이 n배 감소 [symbols/sec] - (장점) 심볼율이 비트율 보다 n배 줄어들어 대역폭이 n배 감소. 즉, 비트를 많이 묶으면 묶을 수록 대역폭이 감소 - (단점) 레벨 수가 증가 함으로써 동일한 전력의 NRZ 전송 부호에 비해 레벨 간 간격이 작아지게 되고 결국 동일한 잡음전력하에서 에러율이 증가. 즉, 비트를 많이 묶으면 묶을 수록 에러율 증가

15 2. 2B1Q 전송부호 2B1Q 부호 - 2비트 데이터와 4레벨 값간의 관계 2비트 데이터 레벨 값 11 +3 10 +1 01
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 2. 2B1Q 전송부호 2B1Q 부호 - 심볼당 2비트를 보내는 4레벨 전송형식 - 2비트 데이터와 4레벨 값간의 관계 2비트 데이터 레벨 값 11 +3 10 +1 01 -1 00 -3

16 양극 NRZ부호와 2B1Q 부호 의 비교 - 심볼구간 Ts는 비트구간 Tb와 동일 - 비트 율과 심볼 율은 동일
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 2. 2B1Q 전송부호 양극 NRZ부호와 2B1Q 부호 의 비교 - 심볼구간 Ts는 비트구간 Tb와 동일 - 비트 율과 심볼 율은 동일 - 심볼구간 Ts는 비트구간의 두배(2Tb) - 심볼 율은 비트 율의 반 - 양극NRZ부호의 경우 한 비트는 +V 혹은 –V로 부호화되므로 심볼구간 Ts는 비트구간 Tb와 동일 - 2B1Q 부호의 경우는 2 비트를 묶어 하나의 심볼구간 Ts에서 4개의 레벨 중 하나로 부호화하므로 심볼구간 Ts는 비트구간의 두배(2Tb) - 입력데이터 비트율 Rb를 2400[bps]로 가정 : 양극NRZ부호의 경우 심볼율은 2400 [symbols/sec]이나 2B1Q의 경우에는 1200 [symbols/sec]가 되어 2진 신호전송에 비해 전송 대역폭이 반으로 줄어 듬

17 3. NRZ 전력스펙트럼밀도(psd) [단극 NRZ psd] [양극 NRZ psd] 양극 NRZ psd의 특징
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 3. NRZ 전력스펙트럼밀도(psd) [단극 NRZ psd] [양극 NRZ psd] 양극 NRZ psd의 특징 대역폭: 1/Tb f = 0 (직류)에서 psd이 0이 아니다. 따라서 중계기에서 교류 정합을 사용하는 경우 직류 성분을 많이 잃어서 신호에 심각한 손상이 발생 단극 NRZ psd의 특징 대역폭: 1/Tb 단극 NRZ 신호는 진폭이 절반인 양극 NRZ 신호와 직류 성분의 합으로 표현할 수 있다. 그러므로 단극 NRZ 신호의 PSD는 양극 NRZ 신호의 PSD의 1/4 크기와 f = 0에서의 임펄스가 됨.

18 이산적 스펙트럼 때문에 비트 동기화 즉, 타이밍에 획득에 유리
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 4. RZ 전력스펙트럼밀도(psd) [양극 RZ psd] [단극 RZ psd] 양극 RZ psd의 특징 대역폭: 2/Tb NRZ의 두배 단극 RZ psd의 특징 대역폭: 2/Tb 이산적 스펙트럼 때문에 비트 동기화 즉, 타이밍에 획득에 유리

19 f = 0 (직류)에서 psd이 0 이다. 즉, 직류 성분이 없다.
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 5. AMI 전력스펙트럼밀도(psd) NRZ의 대역폭과 동일 AMI psd의 특징 대역폭: 1/Tb f = 0 (직류)에서 psd이 0 이다. 즉, 직류 성분이 없다.

20 f = 0 (직류)에서 psd이 0 이다. 즉, 직류 성분이 없다.
기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 6. 맨체스터 전력스펙트럼밀도(psd) NRZ 대역폭의 두배 맨체스터 psd의 특징 대역폭: 2/Tb f = 0 (직류)에서 psd이 0 이다. 즉, 직류 성분이 없다.

21 2) 3 비트를 묶어 이 3 비트 구간에서 M개의 다진레벨을 전송할 때 M 값은 무엇인가?
기저대역신호의 전송 돌발퀴즈 돌발퀴즈 n 비트를 묶어 이 n 비트 구간에서 M개의 다진레벨을 전송할 때 n 비트 구간을 ( (1) ) 구간이라 부르며 Ts 라고 쓴다. 이 구간의 역수를 ( (2) )라 부르며, 단위는 영어로는 ( (3) ) 라고 쓴다. 2) 3 비트를 묶어 이 3 비트 구간에서 M개의 다진레벨을 전송할 때 M 값은 무엇인가? (1) 2 (2) 4 (3) 8 (4) 16 정답 : 1) (1) 심볼 (2) 심볼 율 (3) symbols/sec 2) (3)

22 기저대역신호의 전송 학습정리 학습정리 음성신호나 영상신호와 같은 아날로그신호를 원천부호화를 통해 비트열로 변환한 후 변환된 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환시켜 전송하는 것을 기저대역 전송이라 부른다. 그에 비해 디지털 신호에 따라 반송파의 진폭, 주파수, 위상을 변조 시켜서 디지털 신호를 전송하는 방식을 대역통과 전송이라 부른다. NRZ 부호의 단점으로는 1이나 0이 연속되면 출력전압 레벨이 일정하게 되어 각 비트의 시작과 끝을 구별하는 타이밍 정보를 얻어내기가 어렵다는 단점을 가지고 있다. RZ 부호는 다음 비트의 시작 전에 언제나 영으로 되돌아 감으로 타이밍정보 제공이 가능하다는 장점이 있으나 NRZ 부호에 비해 더 넓은 주파수 대역폭이 필요하다는 단점이 있다. AMI 부호는1이나 0이 연속된 경우라도 직류성분이 포함되지 않고 에러 검출도 가능하다는 장점이 있으나 0이 연속으로 나타나면 타이밍 축출이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 맨체스터부호는 비트구간의 중간에 언제나 레벨 변화가 있으므로 타이밍 축출이 용이하다는 장점이 있으나 펄스 폭이 NRZ의 반이되어 NRZ 부호에 비해 두 배의 넓은 주파수 대역폭이 필요하다는 단점을 가지고 있다. n 비트를 묶어 이 n 비트 구간에서 M개의 다진레벨을 전송하는 것을 다진 레벨부호화라 한다. 이 때 심볼율이 비트율 보다 n배 줄어들어 대역폭이 n배 감소한다, 그러나 레벨 수가 증가 함으로써 동일한 전력의 NRZ 전송 부호에 비해 레벨 간 간격이 작아지게 되고 결국 동일한 잡음전력하에서 에러율이 증가하는 단점을 가지고 있다.

23 기저대역신호의 전송 학습평가 입력 데이터 비트 율 Rb가 4800[bps]라고 가정할 때, NRZ부호, 맨체스터부호 및 2B1Q부호를 사용할 시 각각의 심볼 율 및 대역폭을 구하시오. [풀이] NRZ부호 : 한 비트에서 한 심볼을 전송하므로 심볼 율과 비트 율은 동일하게 되므로 심볼 율 Rs는 4800 [symbols/sec]이고 대역폭은 4800 [Hz]이다. 출력 심볼 율 = 4800 [symbols/sec] 대역폭 = 4800 [Hz] 맨체스터부호 : 한 비트에서 두 개의 심볼을 전송하므로 심볼 율은 비트 율의 두 배가 되므로 심볼 율 Rs는 9600 [symbols/sec] 이고 대역폭은 9600 [Hz]이다. 출력 심볼 율 = 9600 [symbols/sec] 대역폭 = 9600 [Hz] 2B1Q부호 : 두 비트에서 한 심볼을 전송하므로 심볼 율은 비트 율의 ½ 이 되므로 심볼 율 Rs는 2400 [symbols/sec] 이고 대역폭은 2400 [Hz]이다. 출력 심볼 율 = 2400 [symbols/sec] 대역폭 = 2400 [Hz]

24 시뮬링크를 이용한 디지털통신시스템설계, 김한종, 미래컴출판사 아날로그와 디지탈통신, 진년강, 청문각출판사
기저대역신호의 전송 학습마무리 이번 회차에서는 기저대역신호의 전송 2진 전송부호 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도 다음 회차에서는 기저대역신호의 검파 기저대역 검파 시스템 기저대역 검파부 설계 관련사이트 및 참고문헌 시뮬링크를 이용한 디지털통신시스템설계, 김한종, 미래컴출판사 아날로그와 디지탈통신, 진년강, 청문각출판사 디지털통신(기초와응용), 이문호, 영일출판사 아날로그 및 디지털 통신이론, 김명진, 생능출판사