Chapter5 Analog Transmission

DIGITAL-TO-ANALOG CONVERSION

디지털-아날로그 변환은 디지털 데이터의 정보를 기반으로 아날로그 신호의 특성 중 하나를 바꾸는 과정이다. 디지털 정보, 디지털-아날로그 변조 과정 및 결과 아날로그 신호 간의 관계를 설명하겠다.

 

 

• digital to analog 변환의 타입
  • Amplitude shift keying (ASK): 디지털 데이터에 따라 변경된 캐리어의 진폭
  • Frequency shift keying (FSK): 디지털 데이터에 따라 변경된 캐리어의 진동수
  • Phase shift keying (PSK): 디지털 데이터에 따라 변경된 캐리어 신호의 위상
  • Quadrature amplitude modulation (QAM): 디지털 데이터에 따라 변경된 캐리어 신호의 진폭과 위상이 
• D - to - A 변환의 측면
  • 두가지의 기초 복습
    • Data rate(bps) and signal rate(baud rate)
      • S(baud) = N(bps)/r
        • r: 하나의 신호 요소로 표시되는 비트 수(r=log2L)
    • Carrier signal: 정보 신호의 기초로 발신자에 의해 생성된 고주파 신호

 

• ASK(Amplitude Shift Keying)
  • 캐리어 신호의 진폭은 신호 요소를 만들기 위해 다양하지만, 주파수와 위상은 일정하게 유지된다.
  • Binary ASK (BASK) 또는 on-off keying (OOK)
    • 0 또는 캐리어 주파수의 진폭
     

• unipolar NRZ 데이터로 BASK 구현

 

 

• FSK(Frequency Shift Keying)
  • 반송파 신호의 주파수는 데이터를 나타내기 위해 다양하지만, 피크 진폭과 위상은 일정하게 유지된다.
  • Binary FSK(BFSK)
    • Carrier 의 주파수 f1 또는 f2 (2x 의 변화량 >=S)

 

• unipolar NRZ data을 이용한 BFSK구현
  
  • 전압 제어 발진기(VCO): 입력 전압에 따라 주파수 변경
   

 

• Multilevel FSK
  • 두 개 이상의 주파수를 사용할 수 있습니다.
  • 신호당 비트가 n이라면, L - n^2 주파수가 필요합니다; 그리고 모든 주파수는 서로 떨어져 있어야 합니다
  • 그래서 bandwidth  B= (1+d) x S + (L-1) x 2Δf
  • 2Δf의 최소값은 d=0일 때 S이고, B= L x S

 

• Phase Shift Keying
  • 위상은 두 개 이상의 다른 신호 요소를 나타내기 위해 다양하다.
  • Binary PSK(BPSK)
    • 신호는 0도 또는 180도의 위상을 가진다.
     

 

 

• polar NRZ data을 이용한 BFSK구현
  • polar NRZ 신호는 반송파 주파수를 곱한다.
   

 

 

• Quadrature PSK
  
  • 신호당 2비트
  • 보드 속도와 필요한 대역폭 감소
  • 두 개의 별도의 BPSK 변조 사용
   

 

• 오늘 날 PSK가 ASK 나 FSK 보다 많이 쓰인다. 그 이유는 아래와 같다.
  • 복잡성: PSK = ASK > FSK.      (FSK는 두 개의 캐리어 신호가 필요합니다.)
  • 소음에 대한 감수성: PSK = FSK > ASK.      (소음은 진폭을 쉽게 바꾼다)
  • 대역폭: PSK = ASK > FSK.     (FSK는 캐리어 신호를 분리하기 위해 대역폭을 낭비한다)

 

• Constellation Diagram(별자리 다이어그램)
  
  • 이 다이어그램은 특히 두 개의 캐리어를 사용할 때 신호 요소의 진폭과 위상을 정의하는 데 유용합니다.
  • 두 캐리어 간의 위상 차이=90
  • 원점에서 점까지의 길이: 신호 요소의 진폭
  • 선이 X축으로 만드는 각도: 신호 요소의 위상
   

 

• QAM(quadrature Amplitude Modulation)
  • PSK의 비트 전송률은 단계의 작은 차이를 구별하는 장비의 능력에 의해 제한된다.
  • 모든 ASK, FSK 및 PSK는 사인파의 세 가지 특성 중 하나만 변경하는 반면, QAM은 한 번에 진폭과 위상을 모두 변경합니다.
  • QAM은 D-to-A 변조의 지배적인 방법이다.
  • QAM=ASK+PSK
  • 신호 레벨과 위상의 조합이 다른 QAM의 수많은 변형: 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, ...
  • 속도가 빠르나 오류의 가능성이 있어 전송길이 좋은 위성이나 방송에 사용된다..
   

 

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ANALOG-TO-ANALOG CONVERSION

아날로그-아날로그 변환 또는 아날로그 변조는 아날로그 신호에 의한 아날로그 정보의 표현이다. 왜 우리가 아날로그 신호를 변조해야 하는지 물어볼 수 있다; 그것은 이미 아날로그이다. 매체가 본질적으로 밴드패스이거나 밴드패스 채널만 사용할 수 있는 경우 변조가 필요합니다. 아날로그-아날로그 변환은 AM, FM, PM의 세 가지 방법으로 수행할 수 있다.

 

• ANALOG-TO-ANALOG의 타입
  • 진폭 변조(AM): 원래 아날로그 신호의 변화에 따라 변경된 캐리어의 진폭
  • 주파수 변조(FM): 원래 아날로그 신호의 변화에 따라 변경된 캐리어의 주파수
  • 위상 변조(PM): 원래 신호의 변화를 보여주기 위해 캐리어 신호의 위상이 변경됨
   
• AM(Amplitude Modulation)
  • 캐리어 신호는 변조 신호의 변화하는 진폭에 따라 진폭이 달라지도록 변조된다.
  • 일반적으로 간단한 승수를 사용하여 구현됩니다.
  • AM 대역 할당
    •  연방 통신 위원회(FCC)는 각 AM 스테이션에 10kHz를 할당합니다.
    • 각 캐리어 주파수는 간섭을 피하기 위해 최소 10kHz(하나의 AM 대역폭)로 다른 주파수와 분리되어야 합니다.

• FM(Frequency Modulation)
  • 캐리어 신호의 주파수는 변조 신호의 변화하는 진폭을 따르도록 변조된다.
  • 일반적으로 FSK와 같이 VCO를 사용하여 구현됩니다.
  • FM 대역 할당
    • 연방 통신 위원회(FCC)는 각 FM 방송국에 200kHz를 할당합니다.
    • 각 반송파 주파수는 대역폭이 겹치지 않도록 최소 200kHz로 다른 주파수와 분리되어야 합니다.
   

• PM(Phase Modulation)
  • 캐리어 신호의 위상은 변조 신호의 변화하는 진폭을 따르도록 변조된다.
  • 수학적으로 FM과 한 가지 차이점만 있다: 캐리어 주파수의 즉각적인 변화는  아래의 표에 비례한다

FM	변조 신호의 진폭
PM	변조 신호의 진폭의 위상의 유도

• Phase modulation