부호화

데이터통신

Mokwon University

부호화(encoding)

Mokwon University 2 컴퓨터네트워크/부호화

부호화(Encoding)의 개념

①

Digital - to - Digital

②

Analog - to - Digital

③

Digital - to - Analog

④

Analog - to - Analog Encoder

정보 신호

Mokwon University 3 컴퓨터네트워크/부호화

① Digital-to-Digital Encoding

 Digital 정보를 Digital 신호로 변환하여 전송함

 “Digital Signaling”

Mokwon University 4 컴퓨터네트워크/부호화

Unipolar Encoding

 “0” : zero 전위

“1” : 양 전위 (+A volts)

 장점 : 단순성, 구현비용 저렴

 단점 : DC 성분 존재

클럭 동기화 정보가 없음

Mokwon University 5 컴퓨터네트워크/부호화

Polar Encoding

 양 전압(+A volts), 음 전압(-A volts) 사용

 장점 : DC 성분이 없고, 클럭 동기화 정보 포함

 단점 : 신호의 빈번한 변화로 대역폭 증가

Mokwon University 6 컴퓨터네트워크/부호화

NRZ-L과 NRZ-I

 NRZ-L(level)

“0” : +A volts

“1” : -A volts

NRZ : non return to zero

n NRZ-I(invert)

“0” : 불변

“1” : 반전(invert)

Mokwon University 7 컴퓨터네트워크/부호화

RZ (return to zero)

 RZ(return to zero)

각 bit 구간에서 반드시 0-level로 돌아감

 클럭 동기화 정보를 명확히 제공

 대역폭 최대

Mokwon University 8 컴퓨터네트워크/부호화

Biphase (NRZ의 일종)

 Manchester

 Differential Manchester

 RZ 방식과 동일한 수준의 클럭 동기화 정보를 제공

 대역폭은 감소

Mokwon University 9 컴퓨터네트워크/부호화

Bipolar Encoding

 양 전압(+A volts), 0(zero 전위), 음 전압(-A volts) 사용 : AMI (alternate mark inversion)

- B8ZS (bipolar 8-zero substitution) : 북미 방식 - HBD3 (high-density bipolar 3) : 유럽, 일본 방식

Mokwon University 10 컴퓨터네트워크/부호화

기본 AMI(alternate mark inversion)

 “0” : zero 전위

“1” : 양 전위(+A volts) / 음 전위(-A volts) 교대

 DC 성분은 없음

 클럭 동기화 정보

- “1”이 출현될 때마다 제공

- “0”이 계속되는 동안에는 동기화에 문제 발생

Mokwon University 11 컴퓨터네트워크/부호화

B8ZS (bipolar 8-zero substitution) : 북미 방식

 8개의 “0”이 계속되면 ‘violation’ 삽입

 이전 극성에 따라 ‘violation’ 결정

- 이전 극성이 ‘+’이면 violation은 (+,-,0,-,+) - 이전 극성이 ‘-’이면 violation은 (-,+,0,+,-)

Mokwon University 12 컴퓨터네트워크/부호화

HDB3 (high-density bipolar 3) : 유럽, 일본 방식

 4개의 “0”이 계속되면 ‘violation’ 삽입

 ‘violation’의 결정은 4가지 패턴

Mokwon University 13 컴퓨터네트워크/부호화

② Analog-to-Digital Encoding

 Analog 정보를 Digital 신호로 변환하여 전송함

 “A/D Conversion”

 Codec의 역할 : 송신(Encoding), 수신(Decoding)

Mokwon University 14 컴퓨터네트워크/부호화

PAM (pulse amplitude modulation)

 Sampling(표본화) 혹은 Sample & Hold

시간축(time) : 연속 불연속

크기축(amp.): 연속 연속

Mokwon University 15 컴퓨터네트워크/부호화

PCM (pulse code modulation)

 아날로그 신호의 디지털 직렬 전송

 Sampling → Quantization → Binary coding → 직렬전송

Mokwon University 16 컴퓨터네트워크/부호화

PCM 과정

 - Sampling & Quantization

- Binary coding

- Serial transfer

Mokwon University 17 컴퓨터네트워크/부호화

PCM terms(1)

 Sampling rate(표본화 속도)

※ Nyquist theorem : 원래의 아날로그 신호를 완벽하게 복원하기 위해서는 표본화 속도는 원신호의 최고주파수의 2배 이상

signal the

of bandwidth :

,

2B B f_s 

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PCM terms(2)

 # of levels per sample : n

 # of bits per Sample : b

sample per

bits of

# :

sample per

levels of

# : re whe

log

2

₂

b n

n b

n 

^b

 

예제) 음성신호의 PCM 과정

대역폭 : B=4(kHz), Nyquist rate 사용, 양자화 : 256(levels)=8(bits)

⇒ sampling rate = 2 * 4(kHz) = 8 (k samples/sec)

& bit rate = 8(k samples/sec) * 8 = 64 (kbps)

Mokwon University 19 컴퓨터네트워크/부호화

③ Digital-to-Analog (modulation)

 Digital 정보를 Analog 신호로 변조하여 전송함

 “Digital modulation”

Mokwon University 20 컴퓨터네트워크/부호화

ASK (amplitude shift keying)

 진폭 : “0”/”1”에 따라 변화

 주파수, 위상 : 일정

Mokwon University 21 컴퓨터네트워크/부호화

ASK의 대역폭과 baud rate

rate baud

:

0), (min.

:

, )

1 (

baud baud

ASK

N t

coefficien d

N d

B  

Mokwon University 22 컴퓨터네트워크/부호화

FSK (frequency shift keying)

 주파수 : “0”/”1”에 따라 변화

 진폭, 위상 : 일정

Mokwon University 23 컴퓨터네트워크/부호화

FSK의 대역폭과 baud rate

rate baud

:

freq., carrier

0/1 :

,

,

0 1

0 1

baud c

c

baud c

c FSK

N f

f

N f

f

B   

Mokwon University 24 컴퓨터네트워크/부호화

PSK (phase shift keying)

 위상 : “0”/”1”에 따라 변화

 진폭, 주파수 : 일정

Mokwon University 25 컴퓨터네트워크/부호화

PSK의 대역폭과 baud rate

baud

PSK

N

B 

: ASK의 최소대역폭과 일치

Mokwon University 26 컴퓨터네트워크/부호화

PSK의 변형 (4/8-PSK)

 2-PSK

- 1 baud = 1 bit

- bit-rate = baud-rate

 4-PSK

- 1 baud = 2 bits

- bit-rate = 2*baud-rate

 8-PSK

- 1 baud = 3 bits

- bit-rate = 3*baud-rate

Mokwon University 27 컴퓨터네트워크/부호화

4-PSK의 신호 형태

Mokwon University 28 컴퓨터네트워크/부호화

QAM (quadrature amplitude modulation)

 ASK와 PSK의 조합

 진폭과 위상을 변화시켜 baud-rate 조정

Mokwon University 29 컴퓨터네트워크/부호화

QAM의 신호형태와 Constellation

8-QAM

16-QAM

Mokwon University 30 컴퓨터네트워크/부호화

정리 (bit-rate vs. baud-rate)

Mokwon University 31 컴퓨터네트워크/부호화

④ Analog-to-Analog (modulation)

 Analog 정보를 Analog 신호로 변조하여 전송함

 “Analog modulation”

Mokwon University 32 컴퓨터네트워크/부호화

AM (amplitude modulation)

 반송파의 진폭 : 신호의 크기에 따라 변화

 반송파의 주파수, 위상 : 일정

Mokwon University 33 컴퓨터네트워크/부호화

AM의 대역폭과 주파수 할당

signal the

of bandwidth :

,

2 B B B

_AM



 AM 방송 대역의 할당

- 530(kHz)~1,700(kHz) - 방송국 당 10(kHz) 대역 할당

Mokwon University 34 컴퓨터네트워크/부호화

FM (frequency modulation)

 반송파의 주파수 : 신호의 크기에 따라 변화

 반송파의 진폭, 위상 : 일정

Mokwon University 35 컴퓨터네트워크/부호화

FM의 대역폭과 주파수 할당

signal the

of bandwidth :

,

10 B B B

_FM



 FM 방송 대역의 할당

- 88(MHz)~108(MHz) - 방송국 당 200(kHz) 대역 할당

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PM (phase modulation)

 반송파의 위상 : 신호의 크기에 따라 변화

 반송파의 진폭, 주파수 : 일정

 Analog 변조의 경우 FM 신호와 구별할 수 없다.

 변조신호는 직접 반송파의 위상에 비례하도록 작용



FM/PM 방송의 주파수 할당