데이터 통신
4. Analog Transmission
디지털 데이터를 bandpass 아날로그 신호로 변환하는 것을 디지털-아날로그 변환이라고 한다.
low pass 아날로그 신호를 band pass 아날로그 신호로 변환하는 것을 전통적으로 아날로그-대-아날로그 변환이라고 한다.
이 장에서는 이러한 두 가지 유형의 변환에 대해 논의한다.
첫 번째 섹션에서는 디지털-아날로그 변환에 대해 설명한다.
band pass 채널을 사용할 수 있을 때 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변경하는 방법을 보여 준다.
- 첫 번째 방법은 amplitude shift keying(ASK)이라고 하며, 이 방법에서는 디지털 데이터를 사용하여 carrier의 amplitude를 변경한다.
- 두 번째 방법은 Frequency Shift Keying(FSK)이라 불리며, 디지털 데이터를 사용하여 carrier의 주파수를 변경한다.
- 세 번째 방법은 PSK(phase shift keying)라고 하며, carrier 신호의 위상이 변경된다.
- 네 번째 방법은 Quadrature amplitude modulation(QAM)라고 하며, carrier 신호의 진폭과 위상이 변경된다.
두 번째 섹션에서는 아날로그-아날로그 변환에 대해 설명한다.
아날로그 신호를 대역폭이 더 작은 새 아날로그 신호로 변경하는 방법을 보여준다.
band pass 채널만 사용할 수 있는 경우 변환이 사용된다.
- 첫 번째 방법은 진폭 변조(AM)이라고 하며, 원래 아날로그 신호의 변화에 따라 carrier의 진폭이 변경된다.
- 두 번째 방법은 주파수 변조(FM)라고 하는데, 원래 아날로그 신호의 변화에 따라 carier의 위상이 변화한다.
- 세 번째 방법은 위상 변조(PM)라고 하는데, carrier 신호의 위상이 바뀌어 원래 신호의 변화를 보여준다.
Digital to Analog Conversion
그림은 디지털 정보에서 디지털-아날로그 변조 과정 및 결과 아날로그 신호를 보여준다.
변환은 Sine 파의 특성을 이용한다.(sine wave에 정보를 담으면 carrier가 된다.)
- Amplitude
- Frequency
- Phase
- Amplitude and Phase(QAM)
위의 특징 중 하나를 변화시키면, 원래의 신호와 다른 모양을 그린다.
변환에서 중요한 개념
-
Bit and Baud rate -
Carrier signal
Data element versus signal element
Data element
- 가장 작은 정보인 비트로 정의
Signal element
- 일정한 신호의 가장 작은 단위로 정의
Data Rate Versus Signal Rate
bit rate은 초당 비트 수이다. baud rate는 신호의 수이다.
디지털 데이터의 아날로그 전송에서, baud rate는 bit rate보다 작거나 같다.
보 레잇 = 자동차 비트레잇 = 승객 이라 생각하면 쉬움
비트가 신호에 올라타니 당연히 비트레잇이 보 레잇보다 같거나 클 수 밖에..
N = data rate
r = signal element에 포함될 수 있는 data element의 수
S = signal rate
Bandwidth
디지털 데이터의 아날로그 전송에 필요한 대역폭은 FSK를 제외하고 signal rate에 비례한다.
Carrier Signal
아날로그 전송에서, 송신 장치는 정보 신호의 베이스 역할을 하는 고주파 신호를 생성한다.
이 기본 신호를 carrier 신호 또는 carrier 주파수라고 한다.
수신 장치는 송신기로부터 예상되는 carrier 신호의 주파수에 맞춰 조정된다.
그런 다음 디지털 정보는 하나 이상의 특성(진폭, 주파수 또는 위상)을 수정하여 carrier 신호를 변경한다.
이러한 종류의 수정을 변조(시프트 키잉)라고 한다.
Broadband
동일 미디어로 여러채널 신호를 전송 가능하다.
modulation을 통해서...
디지털 -> 아날로그 변환 종류
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ASK (Amplitude Shift Keying)
-
FSK (Frequency Shift Keying)
-
PSK (Phase Shift Keying)
-
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
- 오늘날 제일 많이 쓰인다
- 제일 효율적이다.
ASK
- carrier 신호의 진폭을 변화시켜 신호 요소를 생성한다.
- 진폭이 변경되는 동안 주파수와 위상은 모두 일정하게 유지된다.
- 보통 한 진폭은 0이다.
- 갑작스러운 변화에 민감하다
- 비효율적인 변조 방식
- 최대 1200bps 지원
그림은 이진 ASK의 개념도이다.
그림에는 ASK의 대역폭도 나와 있다.
- carrier 신호는 하나의 단순한 사인파일 뿐이지만 변조 과정에서 비주기적 합성 신호가 생성된다.
- 이 신호는 연속적인 주파수 집합을 가지고 있다.
- 대역폭은 signal rate(baud rate)에 비례한다.
- 그러나 일반적으로 변조 및 필터링 프로세스에 따라 달라지는 d라는 또 다른 요인이 관련되어 있다.
- d의 값은 0과 1 사이입니다.
- 0: 안정된 신호
- 주파수가 낮아진다
- 1: 노이즈가 많은 신호
- 주파수가 높아진다.
- 0: 안정된 신호
- 이는 대역폭이 그림과 같이 표현될 수 있음을 의미한다.
- 여기서 5는 signal rate이고 B는 대역폭이다.
- 대역폭의 중간은 carrier 주파수가 위치한 곳이다.
ASK에서 baudrate과 bandwidth의 관계
- 1bit를 나타내려면 1개의 신호가 필요하다
- Baud Rate = Bit Rate
FSK
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ASK는 잡음이 많은 환경에서는 신호 구분이 어렵다
- 진폭이 슉 슉 바뀌면 구분이 잘 안되니..
-
carrier 신호의 주파수는 데이터를 나타내도록 변화된다.
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피크 진폭과 위상은 모두 모든 신호 요소에 대해 일정하게 유지된다.
-
ASK보다 오류가 적지만, 큰 대역폭을 요구한다.
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최대 1200bps 지원
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고주파 라디오에 사용
- 이진 FSK에는 두개의 주파수를 사용한다.
- data element가 0이면 첫번째 carrier 주파수를 사용
- 1이면 두번째 carrier 주파수를 사용
FSK Bandwidth
- FSK를 각각의 고유한 carrier 주파수를 가지는 두개의 ASK 신호로 생각할 수 있다.
Multiple FSK(MFSK)
- 각 signal element는 1개 이상의 bit를 나타낸다
- 적어도 2개의 주파수가 사용된다
- 대역폭이 크면 좋다
- 오류에 더 취약하다 than BFSK
PSK(Phase Shift Keying)
-
carrier의 위상은 둘 이상의 다른 신호 요소를 나타내도록 변화된다.
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피크 진폭과 주파수는 모두 일정하게 유지된다
-
ASK보다 노이즈에 강하다.
-
FSK처럼 두개의 carrier 신호가 필요하지 않는다.
-
ASK,FSK 보다 우수하다
- 근데 QAM이 젤 쌤
Differential PSK
- 일부 기준 신호가 아닌 이전 전송에 대한 상대적인 위상 이동을 한다.
bandwidth
- 대역폭은 이진 ASK의 대역폭과 동일하지만 BFSK의 대역폭보다 작다.
Constellation diagram
- signal element의 진폭과 위상을 정의하는 데 도움이 된다
- 배치 다이어그램에서 signal element의 유형은 점으로 표시된다.
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)
-
PSK,QPSK와 유사하다.
-
복잡한 형태의 위상 변조 및 진폭 변조이다.
- 하나 이상의 비트를 나타내는 각 signal element가 보다 효율적으로 사용되면 더 많은 위상각을 사용할 수 있고 둘 이상의 진폭을 가질 수 있다.
QAM은 ASK와 PSK의 조합이다.
Analog to Analog Conversion
