데이터통신
Mokwon University
부호화(encoding)
Mokwon University 2 컴퓨터네트워크/부호화
부호화(Encoding)의 개념
①
Digital - to - Digital②
Analog - to - Digital③
Digital - to - Analog④
Analog - to - Analog Encoder정보 신호
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① Digital-to-Digital Encoding
Digital 정보를 Digital 신호로 변환하여 전송함
“Digital Signaling”
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Unipolar Encoding
“0” : zero 전위
“1” : 양 전위 (+A volts)
장점 : 단순성, 구현비용 저렴
단점 : DC 성분 존재
클럭 동기화 정보가 없음
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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
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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
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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
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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
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② Analog-to-Digital Encoding
Analog 정보를 Digital 신호로 변환하여 전송함
“A/D Conversion”
Codec의 역할 : 송신(Encoding), 수신(Decoding)
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PAM (pulse amplitude modulation)
Sampling(표본화) 혹은 Sample & Hold
시간축(time) : 연속 불연속
크기축(amp.): 연속 연속
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PCM (pulse code modulation)
아날로그 신호의 디지털 직렬 전송
Sampling → Quantization → Binary coding → 직렬전송
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PCM 과정
- Sampling & Quantization
- Binary coding
- Serial transfer
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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 fs
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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
2b 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)
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③ Digital-to-Analog (modulation)
Digital 정보를 Analog 신호로 변조하여 전송함
“Digital modulation”
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ASK (amplitude shift keying)
진폭 : “0”/”1”에 따라 변화
주파수, 위상 : 일정
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ASK의 대역폭과 baud rate
rate baud
:
0), (min.
:
, )
1 (
baud baud
ASK
N t
coefficien d
N d
B
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FSK (frequency shift keying)
주파수 : “0”/”1”에 따라 변화
진폭, 위상 : 일정
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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
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PSK (phase shift keying)
위상 : “0”/”1”에 따라 변화
진폭, 주파수 : 일정
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PSK의 대역폭과 baud rate
baud
PSK
N
B
: ASK의 최소대역폭과 일치Mokwon 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
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4-PSK의 신호 형태
Mokwon University 28 컴퓨터네트워크/부호화
QAM (quadrature amplitude modulation)
ASK와 PSK의 조합
진폭과 위상을 변화시켜 baud-rate 조정
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QAM의 신호형태와 Constellation
8-QAM
16-QAM
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정리 (bit-rate vs. baud-rate)
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④ Analog-to-Analog (modulation)
Analog 정보를 Analog 신호로 변조하여 전송함
“Analog modulation”
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AM (amplitude modulation)
반송파의 진폭 : 신호의 크기에 따라 변화
반송파의 주파수, 위상 : 일정
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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
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FM (frequency modulation)
반송파의 주파수 : 신호의 크기에 따라 변화
반송파의 진폭, 위상 : 일정
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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