아날로그 전송

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Chapter 5

아날로그 전송

(Analog Transmission)

5 장 아날로그 전송

5.1 디지털-대-아날로그 변환

5.2 아날로그-대-아날로그 변환

5.1 디지털-대-아날로그 변환

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디지털-대-아날로그 변환 유형

 ASK (Amplitude Shift Keying)

 FSK (Frequency Shift Keying)

 PSK (Phase Shift Keying)

 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

디지털-대-아날로그 변환의 여러 측면

 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)

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r 1

Example

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

Solution

 이 경우에는 r = 4, S = 1000

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Example

어떤 아날로그 신호의 비트율이 8,000이고, 보오율이 1,000 보오이다. 각 신호 요소에는 몇 개의 데이터 요소가 전송되는가? 또한 몇 개의 신호 요소가 필요한가?

Solution

 S = 1000, N = 8000

 r과 L은 미지수

디지털-대-아날로그 변환의 여러 측면 (계속)

 반송파 신호

 반송파 신호

 아날로그 전송에서 정보 신호의 기반이 되는 신호

 반송파 신호의 특성

 진폭

 주파수

 위상

 변조

 반송파 신호의 특성 중 한가지 이상을 변화시키는 방식

 진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다

 잡음에 민감하다

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진폭 편이 변조

 ASK의 대역폭

 BW = N_baud

 BW:대역폭, N_baud:보오율

 ASK의 보오율과 비트율은 같다

진폭 편이 변조 (계속)

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Example

 예제

 2,000bps로 전송되는 ASK신호의 최소 대역폭은?

전송은 반이중 방식

 풀이

 ASK는 보오율과 비트율이 같다.

따라서 보오율 2,000, 대역폭 2,000Hz

 예제

 5,000Hz의 대역폭을 갖는 ASK신호의 보오율과 비트율은?

 풀이

 ASK에서 보오율은 대역폭과 같다.

 보오율: 5,000 , 비트율: 5,000 bps

Example

 예제

 10,000Hz(1,000~11,000Hz)의 대역폭에 대해 시스템의 전이중 ASK 다이어그램을 그리시오. 각 방향의 반송파와 대역폭을 구하라.

 풀이

 각 방향의 전이중 ASK의 BW = 10,000/2 = 5,000Hz 반송주파수는 각 대역의 중간지점

fc(forward) = 1,000 + 5,000/2 = 3,500Hz fc(backward) = 11,000 – 5,000/2 = 8,500Hz

주파수 편이 변조

 신호의 주파수가 1 또는 0에 따라 변경

 2진 주파수 편이 변조

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 FSK의 대역폭

 FSK의 보오율과 비트율은 같다

주파수 편이 변조 (계속)

 예제

 2,000bps로 전송되는 FSK신호의 대역폭을 구하라. 전송은 반이중이고, 반 송파는 3,000Hz만큼 분리되어야 한다.

 풀이

 f_c1과 f_c0가 반송주파수라면 BW = 보오율 + (f_c1 – f_c0) BW = 비트율 + (f_c1 – f_c0)

= 2,000 + 3,000 = 5,000Hz

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Example

Example

 예제

 매체의 대역폭이 12,000Hz이고, 두 반송파 사이의 간격이 최소 2,000Hz가 되어야 할 때, FSK 신호의 최대 비트율은?

전송은 전이중이다.

 풀이

 전이중 방식의 전송이므로 각 방향에 6,000Hz씩 할당

 BW = 보오율 + (f_c1 – f_c0)

 보오율 = BW – (f_c1 – f_c0) = 6,000 – 2,000 = 4,000Hz

 보오율은 비트율과 같으므로 4,000bps

 위상이 1 또는 0에 따라 변경

 BPSK(Binary PSK)

 2진 위상 편이 변조(하나는 위상 0⁰, 다른 하나는 180⁰ 신호 요소만 사용)

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위상 편이 변조

위상 편이 변조 (계속)

 PSK의 대역폭

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위상 편이 변조 (계속)

 QPSK (Quadrature PSK)

Example

 예제

 2,000bps의 속도로 전송하는 QPSK 신호 전송에 요구되는 대역폭 은? 전송은 반이중 방식이다.

 풀이

 QPSK에서 보오율은 비트율의 반이므로 1,000이다.

 PSK 신호는 보오율과 같은 대역폭을 필요하므로 1,000Hz

성운그림(Constellation diagram)

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ASK, BPSK 그리고 QPSK 신호의 성운 그림을 그려라.

Solution

 ASK와 PSK의 조합

 QAM의 성운도

구상 진폭 변조

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구상 진폭 변조 (계속)

 16-QAM 성운

5.2 아날로그-대-아날로그 변환

진폭 변조

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 진폭 변조(AM)

■ 신호의 진폭에 따라 반송파의 진폭이 변화한다.

진폭 변조 (계속)

 AM 신호의 대역폭

 변조 신호 대역폭의 2배

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 AM 라디오의 표준 대역 할당

■ 오디오 신호(음성과 음악)의 대역폭은 5kHz

■ 각 방송국은 10kHz씩 할당

■ AM 대역 할당

진폭 변조 (계속)

주파수 변조(FM)

 주파수 변조(FM)

■ 변조신호의 전압 준위 변화에 따라 반송 주파수가 변화한다.

주파수 변조 (계속)

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 FM 대역폭

 변조 신호 대역폭의 10배와 같다

주파수 변조 (계속)

 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

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 위상 변조(PM)

■ 정보 신호의 진폭에 따라 반송파의 위상이 비례하여 변화한다.