Chapter 5 아날로그 전송 (Analog Transmission)

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Chapter 5아날로그 전송

(Analog Transmission)

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5 5 장 장 아날로그 전송 전송

5.1 디지털 - 대 - 아날로그 전환

5.2 아날로그 신호 변조

5.3 요 약


5.1 5.1 디지털디지털 -- 대대 -- 아날로그 전환아날로그 전환

Digital-to-analogDigital-to-analog 변환은 디지털 데이터의 정보를 변환은 디지털 데이터의 정보를 기 반 으 로 아 날 로 그 신 호 의 특 성 중 하 나 를 기 반 으 로 아 날 로 그 신 호 의 특 성 중 하 나 를 변 경 하 는변 경 하 는처리이다처리이다 . .

Topics discussed in this section:Topics discussed in this section:Aspects of Digital-to-Analog ConversionAmplitude Shift KeyingFrequency Shift Keying

Phase Shift Keying

Quadrature Amplitude Modulation


디지털디지털 -- 대대 -- 아날로그 전환아날로그 전환 (( 계속계속 ))


디지털디지털 -- 대대 -- 아날로그 전환 유형아날로그 전환 유형 ASK (Amplitude Shift Keying) FSK (Frequency Shift Keying) PSK (Phase Shift Keying) QAM (Quadrature Amplitude Modulation)


디지털 신호의 변조디지털 신호의 변조

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)

r

1


디지털 신호의 변조디지털 신호의 변조 (( 계속계속 ))

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.


Example 5.1

아날로그 신호가 각 신호요소에 4 비트를 운반한다 . 초당 1000 개의 신호요소가 보내진다면 보오율과 비트율은 각각 얼마인가 .

Solution 이 경우에는 r = 4, S = 1000 이며 N 은 미지수이다 . 다음과

같이N 을 구할 수 있다 .


Example 5.2

어떤 아날로그 신호의 비트율이 8000 이고 보오율이 1000 보오이다 . 각 신호 요소에는 몇 개의 데이터 요소가 실려 보내지는가 ? 또한 몇 개의 신호 요소가 필요한가 ?

Solution이 경우에는 S = 1000, N = 8000 이며 r 과 L 은 미지수이다 . 다음과 같이 먼저 r 의 값을 구하고 L 의 값을 구한다 .



반송파 신호■ 반송파 신호

▶ 아날로그 전송에서 정보 신호의 기반이 되는 고주파 신호

■ 반송파 신호의 특성▶ 진폭▶ 주파수▶ 위상

■ 변조▶ 반송파 신호의 특성 중 한가지 이상을 변화시키는 방식



진폭편이 변조 (ASK: Amplitude Shift Keying)

■ 진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다

■ ASK 의 대역폭▶ B( 대역폭 ) = (1 + d (0 과 1 사이의 값 )) × S( 신호율 )


2 진 ASK 의 구현



Example 5.3

200 kHz 에서부터 300 kHz 에 걸치는 100 kHz 의 대역을 사용할 수 있다 . d = 1 인 ASK 를 사용하는 경우의 반송파의 주파수는 무엇인가 ?

Solution대역의 중간 지점은 250 kHz 이다 . 이는 반송파의 주파수 fc 는

250 kHz 인 것을 말한다 . 비트율을 구하기 위해 다음 식을 사용할 수 있다 .


Example 5.4

데이터통신에서는 양방향으로 통신하기 위해 보통 전이중 링크를 사용한다 . 그림 5.5 와 같이 두 개의 반송파를 사용하고 두 개 구간으로 대역을 나누어야 한다 . 그림은 두 개 반송파의 위치와 대역폭을 보여주고 있다 . 각 방향에 사용 가능한 대역폭은 이제 50 kHz 이며 , 각 방향 25 kbps의 데이터율을 제공한다 .


Figure 5.5 Bandwidth of full-duplex ASK used in Example 5.4


주파수편이 변조주파수편이 변조 (FSK, Frequency Shift Keying)(FSK, Frequency Shift Keying)

신호의 주파수가 2 진 1 또는 0 에 따라 변경



FSK 의 대역폭

■ B = (1 + d) × S + 2Δf

▶ B : Bandwidth

▶ d : 0 과 1 사이

▶ S : 신호율

▶ 2Δf : 요구 대역폭


Example 5.5

100 kHz 의 가용 대역이 영역 200 kHz 부터 300 kHz 에 걸쳐 있다 . FSK 를 사용하고 d = 1 이라면 반송파의 주파수와 비트율은 얼마이어야 하겠는가 ?

Solution 이 문제는 예제 5.3 과 유사하지만 FSK 를 사용해야 한다 .

중간점은 250 kHz 이다 . 2Δf 를 50 kHz 가 되도록 하자 . 그런 경우에는 다음과 같다 .


BFSK 의 구현



Example 5.6

비트율 3 Mbps 의 속도로 동시에 3 비트를 보내야 한다 . 반송파 주파수는 10 MHz 이다 . 준위의 개수 ( 서로 다른 주파수의 개수 ) 와 보오율과 대역폭을 구하라 .

SolutionL = 23 = 8 이다 . 보오율은 S = 3 MHz/3 = 1000 Mbaud 이다 .

이는 반송파 주파수는 서로 1 MHz 씩 떨어져야 하는 (2f = 1 MHz) 것을 의미한다 . 대역폭은 B = 8 × 1000 = 8000 이다 . 그림 5.8 에 각 주파수와 대역을 배당한 그림이 있다 .


Figure 5.8 Bandwidth of MFSK used in Example 5.6


위상편이 변조 위상편이 변조 (PSK:Phase Shift Keying)(PSK:Phase Shift Keying)

위상이 2 진 1 또는 0 에 따라 변경


BPSK 의 구현



QPSK and its implementation



Example 5.7

12 Mbps 로 전송하는 QPSK 의 대역폭을 구하라 . d 값은 0이다 .

SolutionQPSK 에서는 한 신호요소가 2 비트를 전송하므로 r = 2 이다 . 따라서 신호율 ( 보오율 ) S = N × (1/r) = 6 Mbaud 이다 . d 값이 0 이므로 B = S = 6 Mbaud.


성운그림 (Constellation diagram)

■ 수평선 X 축은 동위상 반송파

■ 수직선 Y 축은 구상 반송파



Example 5.8

ASK(OOK), BPSK 그 리 고 QPSK 신 호 의 성 운 그 림 을 그리시오 .

Solution그림 5.13 은 이 세 가지 성운 그림이다 .


Figure 5.13 Three constellation diagrams



구상진폭변조 (QAM) 는 ASK 와 PSK 를 조합한 것을 의미한다 .

Quadrature amplitude modulation is a combination of ASK and PSK.


구상진폭 변조구상진폭 변조 (QAM, Quadrature Amplitude (QAM, Quadrature Amplitude Modulation)Modulation)

ASK 와 PSK 의 조합

QAM 의 성운도


5.2 5.2 아날로그 신호 변조아날로그 신호 변조

아날로그아날로그 -- 대대 -- 아날로그 변환은 아날로그 신호로 아날로그 변환은 아날로그 신호로 아날로그 정보를 표현하는 것이다아날로그 정보를 표현하는 것이다 . . 어쩌면 왜 이미 어쩌면 왜 이미 아날로그 신호인데 아날로그 신호를 보조 하는가 아날로그 신호인데 아날로그 신호를 보조 하는가 하는 의문을 가질 것이다하는 의문을 가질 것이다 . . 매체가 띠대역 통과 매체가 띠대역 통과 특성을 갖고 있거나 띠대역만이 사용 가능한 특성을 갖고 있거나 띠대역만이 사용 가능한 경우에 변조가 필요하다경우에 변조가 필요하다 . .

Topics discussed in this section:Topics discussed in this section:Amplitude ModulationAmplitude ModulationFrequency ModulationFrequency ModulationPhase ModulationPhase Modulation


Figure 5.15 Types of analog-to-analog modulation


진폭 변조 (AM)

■ 신호의 진폭에 따라 반송파의 진폭이 변화한다 .

5.2 5.2 아날로그 신호 변조아날로그 신호 변조


AM 대역폭

The total bandwidth required for AM can be

determined from the bandwidth of the audio signal: BAM = 2B.

AM 에 필요한 총 대역폭은 음성신호의 대역폭에 따라 결정된다 .

아날로그 신호 변조아날로그 신호 변조 (( 계속계속 ))


AM 라디오의 표준 대역 할당

■ 오디오 신호 ( 음성과 음악 ) 의 대역폭은 5kHz

■ 각 방송국은 10kHz 씩 할당

■ AM 대역 할당



주파수 변조 (FM)

■ 변조신호의 전압 준위 변화에 따라 반송 주파수가 변화한다 .



FM 대역폭

The total bandwidth required for FM can be determined from the bandwidth

of the audio signal: BFM = 2(1 + β)B.

FM 의 전체 요구 대역폭은 음성대역 대역폭으로 결정된다 .



FM 라디오의 표준 대역할당

■ 스테레오로 방송되는 오디오 신호 대역폭 15kHz

■ 각 FM 방송국은 최소 150kHz 대역폭 필요

■ 각 방송국에 200kHz(0.2MHz) 할당

■ FM 대역 할당



위상 변조■ 정보 신호의 진폭에 따라 반송파의 위상이 비례하여

변화한다 .



위상 변조 대역폭

The total bandwidth required for PM can be determined from the bandwidth and maximum

amplitude of the modulating signal:BPM = 2(1 + β)B.


PM 의 전체 요구 대역폭은 변조되는 신호의 대역폭과 최대 진폭에 따라 결정된다


5.3 5.3 요약요약

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■ 연습 문제 풀이

■ 다음주 이 시간까지

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