Department of Digital Electronics & Information Engineering 통통통통통 통통 < 통통 통통 > 통 4 통 : AM (DSB-SC,DSB-LC) 2004. .
Jan 05, 2016
Department of Digital Electronics & Information Engineering
통신시스템 공학< 강의 자료 >
제 4 장 : AM (DSB-SC,DSB-LC)
2004. .
< 2 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4. AM – 4.1 기저대역과 통과대역 통신
변조과정 : 주파수 영역에서 신호의 스펙트럼을 이동시키는 현상
통신방식
1) 기저대역 통신 : 주파수 상에서 신호의 스펙트럼이 이동되지 않은 채로 전송
예 ) 저주파 영역신호로 주로 유선매체 이용 , PCM
2) 통과대역 통신 : 변조기법을 사용한 방식 , FDM
예 ) 무선 링크를 이용한 장거리 통신 방식에서 적절한 크기의 안테나와 효율적인 전력 사용을 위해서
신호의 주파수를 고주파 대역으로 이동 , FDM 방식
기저대역 (Baseband) : 신호가 원래 가지고 있는 주파수의 범위
반송파 통신 : 변조를 통하여 신호의 주파수 대역을 옮겨서 전송
AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation)
< 3 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
진폭변조 (AM) : 반송파 신호 의 크기 값 A 가 전송하고자 하는 신호 에 비례한 변화
변조된 신호와 스펙트럼
변조과정은 변조신호를 만큼 좌우측으로 이동시키는 과정
의 대역폭 : B [Hz], 변조신호 대역폭 : 2B[Hz] ( 그림 4.1 a, b, c)
변조신호의 Non-overlap 조건 :
Upper Sideband : USB, Lower Sideband : LSB.
Double-sideband : DSB DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier Modulation)
(4.1)
Bc 2
)cos( cctA )(tm
ttm ccos)( )()( Mtm )]()([2
1 cos)( ccc MMttm
c
)(tm
< 4 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed
Carrier)
그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정
< 5 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed
Carrier)
복조 (Demodulation) : 변조된 신호로부터 원래의 신호 를 복원하는 과정
변조과정 후 에 위치한 신호들을 저역통과하여 신호를 얻음 ( 그림 4.1 d, e)
동기검파 (Synchronous Detection, or Coherent Detection) : 변조시 사용한 sin 함수와 같은 주파수와 위상을 갖는 sin 함수를 사용
(4.2a)
)(tm
c2 )(tm
]2cos)()([2
1cos)()( 2 ttmtmttmte cc
)]2()2([4
1)(
2
1 )( cc MMME (4.2b)
그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정
< 6 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
변조기 (Modulator)
곱셈 변조기 (Multiplier Modulator) : 에 를 직접 곱하는 아날로그 곱셈기를 사용하는 변조기
증폭기의 비선형성과 고가의 단점 비선형 변조기 (Nonlinear Modulator) : 다이오드나 트랜지스터와 같은 비선형 소자를 이용 ( 그림 4.3)
비선형 소자의 입출력 관계 이용
single balanced modulator
(4.3)
)(tm tccos
ttbmtamtz ccos)(4)(2)(
)()()( 2 tbxtaxty
그림 4.3 비선형 DSB-SC
변조기
< 7 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
변조기(Modulator)
스위칭 변조기(Switching Modulator) : 곱셈기를 간단한 스위치 동작으로 대치, 를 하나의
sin 함수로 곱하는 것이 아니라 기본 주파수가 인 임의의 주기함수를 곱해서 변조시킴
그림 4.4a :
신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가 인 BPF를 통과시켜 변조신호 구함
그림 4.4b : 직각 펄스열을 이용한 변조신호
신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가 인 BPF를 통과시켜 변조신호 구함
스위치 변조기 구성 (그림 4.5) : 1) 다이오드 -브릿지 변조기 2) 직렬 브릿지 다이오드 변조기
3) Shunt-브릿지 변조기
(4.4
a
)
)(tm
)cos()( 11 ttmc c
)cos()(0
ncnn
tnCtΦ
c
)cos()()()(0
ncnn
tntmCtΦtm
(4.4b
)c
) ... 5cos5
13cos
3
1(cos
2
2
1)( ttttw ccc
] ... 5cos)(5
13cos)(
3
1cos)([
2)(
2
1)()( ttmttmttmtmtwtm ccc
(4.5)
(4.6)
c ttm c
cos)(2
< 8 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.4 DSB-SC 를 위한 스위칭 변조기
< 9 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.4 DSB-SC 를 위한 스위칭 변조기
< 10 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.5 다이오드 - 브릿지 변조기
< 11 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.6 링
변조기
링 변조기 (Ring Modulator) ( 스위치 변조기 일종 ) : double balanced modulator
원리 : 의 양 (+) 반주기에는 다이오드 D1 과 D3 가 “ On” 되어 출력이 에 비례하고
음 (-) 반주기에는 다이오드 D2 과 D3 가 “ On” 되어 출력이 에 비례
tA ccos )(tm
)(tm
) ... 5cos5
13cos
3
1(cos
4)(0 tttt ccc
] ... 5cos)(5
13cos)(
3
1cos)([
4)()()( 0 ttmttmttmttmtv ccci
(4.7
a
)(4.7
b
)
< 12 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
DSC-SC 신호의 복조 : 변조과정 후 LPF 적용과정과 동일
수신된 신호의 반송파의 주파수와 위상을 이용한 동기검파 ( 검출 )(Coherent dem
odulation)
DSB-LC 적용 이유
DSB-SC : 수신기는 송신기에서 보낸 반송파의 주파수와 위상을 정확히 알고
있어야 함 .
수신기 복잡 , 고가 예 ) 일대일 통신의 경우 수신기 복잡해도 송신기의
단순화 목적으로 적용
DSB-LC : 반송파 전송 수신기의 반송파 복원 불필요 , 송신기 고출력 및 고가
장비 필요
예 ) 방송 시스템의 경우 수신기는 간단하고 저가 제작해야 하며 , 송신기는
고가가능 시스템
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
< 13 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
AM : DSB-LC
신호와 스펙트럼 :
와 을 그린 후 사이에 반송파 주파수의 정현파를 그리면 변조된
신호
: 수신신호의 포락선을 통해 송신신호 검출가능 ( 그림 4.8b,d)
: 수신신호의 포락선을 검출 불가능 ( 그림 4.8c,e)
AM 신호의 포락선 수신 조건 :
포락선 검출을 위한 반송파 크기의 최소값 :
변조지수 (modulation index) :
: 과변조 (overmodulation) => 포락선 수신 불가 => 동기수신
포락선 검출 ( ) 은 동기검출보다 간단하고 저가 구현가능
ttmAtAtmtAt cccAM cos)]([cos)(cos)(
) )( ( tmofvaluepeakmA p
)(tmA
(4.8a,
b
))]()([)]()([2
1 )( ccccAM AMMt (4.8c
)))(( tmA
0)( tmA
0)( tmA
ttmA allfor 0)(
A
mp (4.10a
)
(4.9
b
)10 (4.10b
)pmA 1
1
< 14 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
그림 4.8 AM 신호와 신호의 포락선
< 15 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
측파대와 반송파 전력
AM 변조신호 :
반송파 전력 : ( 의 자승평균값 ), 소모성 전력
반송파 전력 : , 유용한 전력
전력 효율 (power efficiency) :
톤 변조의 경우
: 송신전력의 1/3 정도만 유용한 전력 ( 음성신호의 경우 25% 정도 )
sidebands
c
carrier
cAM tAtmtAt cos)(cos)(
tA ccos2
2APc
%100)(~
)(~22
2
tmA
tm
PP
P
sc
s
2
)()(~ ,cos)(
22 A
tm tAtm m
2
)(~2 tmPs
10 %,1002 2
2
%33 1 max
< 16 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
AM 신호의 생성 : 반송파 신호를 없애지 않아도 되므로 DSB-SC 변조기보다 간단
스위치 변조기 ( 그림 4.10) : 회로 입력신호 ( )
의 제어로 다이오드의 스위칭이 이루어지고 , 와 가 곱해지는 효과
)(cos tmtC c )(tmC tccos )](cos[ tmtC c )(tw
)()](cos[)(' twtmtCtv cbb
... 5cos
5
13cos
3
1cos
2
2
1)](cos[ ttttmtC cccc
filter bandpassby suppressed
cos)(2
cos2
termsotherttmtC
AM
cc
그림 4.10 AM 신호
생성기
< 17 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
AM 신호의 복조 : AM 신호의 동기검출은 AM 변조 목적을 위반하므로 사용빈도 낮음 .
비동기 검출방법 사용 : 1) 정류 검출 , 2) 포락선 검출 정류 검출 (Rectifier Detection) : 그림 4.11
다이오드와 저항으로 AM 신호의 반파 정류 AM 신호에 곱한 것과 동일효과
B[Hz] LPF =>
)(tw
)(cos)]([ twttmAv cR
... 5cos
5
13cos
3
1cos
2
2
1cos)]([ tttttmA cccc
sfrequenciehigher of sother term )]([1
tmA )]([
1tmA
)(
1tm
< 18 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
그림 4.11 AM 신호
생성기
< 19 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
포락선 검출 (Envelope Detection) : 그림 4.12
변조된 신호의 포락선을 찾는 방법 , 신호의 양 값동안 다이오드를 통해 콘덴서에 첨두치로 충전되고
첨두치 후 저항을 통해 방전하는 과정을 반복함 .
Ripple 을 줄이기 위한 방전시간 계수 RC 값 조건 :
포락선 검출기 출력 :
직류성분 A 는 C 나 RC 의 HPF 로 제거 , Ripple 성분은 RC LPF 제거
검출기의 차이점
정류 검출 : 동기 검출형태 , LPF 는 에서 을 검출하며 , 값에 영향받지 않음
포락선 검출 : 비선형 검출형태 , LPF 의 경우 RC 값이 값에 영향받음
) max ( 2/1/1 m(t)of frequency imum B : BRCc
cfrequency with signal Ripple)]([)( tmAtvc
tostm cc )( )(tm
< 20 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
그림 4.12 AM 신호의 포락선 검출기