DIgital Data, Digital Signal
- 덜 복잡하고, 저렴합니다.
- 디지털 신호의 경우, Discrete, discontinuous voltage pulses 입니다.
- 디지털 신호에서 각 pulse는 signal element 라고 합니다.
- 디지털 신호는 2진 데이터가 signal element라고 인코딩 된 것입니다.
용어 정리
- Data Elements : Bits
- Data Rate : Dits per sec (bps)
- Signal Element
- Signaling Rate / Modulation Rate : Baud
- Unipolar / Polar
참고
위 사진에서 1개의 Data element 는 2진 데이터 1개입니다.
- NRZI의 경우 1개의 비트에 Signal element가 1개씩 매핑되어 있습니다. 따라서 이 경우에는 1 bit = 1 data element = 1 signal element 입니다.
- Manchester의 경우, 1비트마다 2개의 signal element가 매핑되어 있습니다. 따라서 이 경우는 1 bit = 1 data element = 2 signal element 라고 볼 수 있습니다.
Encoding Techniques
인코팅 방법에는 여러가지가 있습니다.
NRZ
- Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)
- Nonreturn to Zero-Inverted (NRZI)
- 장점
- 구현이 간단합니다.
- 대역폭을 적게 사용합니다.
- 단점
- DC 컴포넌트가 존재합니다.
- 동기화 하기 어렵습니다.
- 데이터 전송에서는 잘 사용하지 않습니다.
- differential encoding 으로 인해 첫번째 값이 잘못되거나 중간에 에러 발생시 그 뒤로 값이 다 틀리는 오류가 발생합니다.
Multilevel Binary
- Bipolar-AMI
- Pseudoternary
- 장점
- DC 컴포넌트가 없습니다.
- 1이 반복되도 동기화가 가능합니다. (0은 여전히 어렵습니다.)
- 대역폭을 적게 사용합니다.
- error detection
- 단점
- 오류 발생시 신호 복구가 어렵습니다.
Biphase
- Manchester
- Differential Manchester
- 장점
- 동기화에 유리합니다.
- DC 컴포넌트가 없습니다.
- error detection
- 단점
- 많은 대역폭을 사용합니다.
- modulation rate가 NRZ 방식의 2배입니다.
- 비트 전송 중에 변화가 최소 1회에서 2회까지 가능합니다.
Scrambling Techniques
이진 데이터에서 연속된 0과 1 비트의 나열로 인해 발생하는 DC 컴포넌트를 제거하기 위해 의도적으로 데이터를 변조하여 DC 컴포넌트를 제거합니다. 이를 통해 클럭 및 동기화가 가능해집니다.
- B8ZS
- HDB3
- 장점
- DC 컴포넌트가 없습니다.
- data rate에 reduction이 없습니다.
- error detection
Encoding Schemes 비교
Interpreting Signals
- Signal to noise ratio (SNR) : SNR의 증가는 bit error rate(BER)를 감소시킵니다.
- Data rate : data rate의 증가는 BER를 감소시킵니다.
- Bandwidth : 대역폭의 증가는 data rate를 증가시킵니다.
Signal Spectrum
- DC 컴포넌트가 없을수록 좋습니다. level 이 많아지면 DC 컴포넌트는 감소합니다.
- 대역폭이 좁을수록 좋습니다.
Clocking
- 송수신을 동기화합니다.
Error detection
Cost and complexity
- signal rate 가 높을수록 비용이 많이 듭니다.
Digitial Modulation
Modulation Techniques
- Amplitude Shift Keying = ASK
- Frequency Shift Keying = FSK
- Phase Shift Keying = PSK
Amplitude Shift Keying
- 진폭 변조 입니다.
- 갑작스러운 변화에 민감합니다.
- 비효율적입니다.
참고
- 하나의 값이 0인 경우 OOK (On-Off Keying) 이라고 합니다.
Frequency Shift Keying
Binary FSK (BFSK)
- 진동수 변조 입니다.
- ASK 보다 에러에 덜 민감합니다.
Multiple FSK (MFSK)
- 대역폭 효율이 좋습니다. (2개 이상의 진동수를 사용하기 때문)
- 에러가 발생하기 쉽습니다.
Phase Shift Keying
- 위상 변조 입니다.
Binary PSK (BPSK)
- 두개의 위상을 사용합니다.
Multiple PSK
- 하나의 signal element는 2개 이상의 비트를 표현합니다.
QPSK
Offset QPSK
- input data를 2비트씩 자르고 앞에 비트를 I, 뒤에 비트를 Q라고 하면 뒤에 오는 비트를 1비트 딜레이를 주어 계산하는 방법입니다.
Examples of QPSK and OQPSK
Quadrature Amplitude Modulation
- ASK와 PSK를 합친 방법입니다. 위상도 다르고, 진폭도 달라서 더 많은 정보를 표현할 수 있습니다.
- QAM Level : 표현 가능한 state의 개수 입니다.
위 경우는 16-QAM 입니다.
참고
- 3dB 차이 = 2배 차이
- 10dB 차이 = 10배 차이
- 세로축 = BER = Bit Error Ratio
- 가로축 = Energy / Noise
- 왼쪽 하단으로 갈수록 좋습니다.
차근차근 천천히