'[정보통신]/통신 이론'에 해당되는 글 6건
- 2009.09.26 ASK와 FSK의 특징에 대한 설명
- 2009.09.26 PCM의 종류
- 2009.09.26 PCM(펄스 코드 변조)이란 무엇인가?
2009. 9. 26. 22:45
디지털 연속파 변조의 종류는 ASK, FSK, PSK, QAM등이 있다.
그 중 ASK는 반송파의 진폭을 변화시키는 방식이고 FSK는 주파수를 변화시키는 변조 방식이다.
[ASK]
ASK의 일반식은 디지털 신호가 1일 땐 S(t)=Acoswt 라고 하면 신호가 0일 땐 S(t)=Bcoswt 이다.
두 개의 신호발생기가 있어서 한 쪽에선 1 신호인 Acoswt를 다른 한 쪽에선 0 신호인 Bcoswt를 발생한다.
예를 들어서 1010 의 신호가 들어온다고 가정하면 다음과 같이 된다.
즉 진폭에 의해 1과 0을 구분해 내는 것이다.
여기서 주파수는 변경되지 않는다.
ASK의 문제점은 대역폭이 변하는 순간 아래의 그림처럼 신호의 불연속이 발생하는 것이다.
구현은 쉽지만(가격이 싸지만) 파형을 보존해야 하므로 속도를 빠르게 할 수 없는 단점도 있다.
[FSK]
FSK는 전송 선로의 특성에 가장 강한 특성을 지닌 변조 방식이다.
그 이유는 아래의 선로 모델링에서 주파수에 관한 요인이 없기 때문이다.
R은 진폭, L/C는 위상이기 때문에 주파수가 변동될 요소가 없다.
ASK, PSK, QAM과 달리 선로가 열악할 때 많이 사용되는 방식이다.
일반적으로 댁내 통신에 많이 사용된다.
FSK의 일반식은 디지털 신호가 1일 땐 S(t)=Acos2πf1t 라고하면 신호가 0일 땐 S(t)=Acos2πf2t 다.
두 개의 신호발생기가 있어서 한 쪽에선 1 신호인 Acos2πf1t 를 다른 한 쪽에선 0 신호인 Acos2πf2t를
발생한다.
예를 들어서 1010 의 신호가 들어온다고 가정하면 다음과 같이 된다.
하지만 ASK와 마찬가지로 주파수가 변경되는 구간에서 불연속이 발생하며 이는 대역폭의 증가로
이어진다.
이에 대한 대안으로 CPFSK(Continuous Phase Frequency Shift Keying)가 만들어졌다.
CPFSK는 신호 발생기를 2개를 사용하는것이 아니라 1개를 사용하여 신호의 연속성을 유지한다.
일반식은 S(t)=Acos(2πft + hdπt/Td)이다.
h : 변위비, 상수
Td : 펄스의 반복 주기
d : 입력데이터의 부호.
1개의 신호 발생기에선 이 데이타에 의해 주파수를 결정하고 변조시켜 연속적인 위상변화를 하는
주파수 변조파를 얻게 된다.
신호가 1이면 (+1), 신호가 0이면 (-1)을 붙여주어 hπ만큼 +/- 위상변화가 발생한다.
CPFSK에서 h가 너무 크면 불연속과 마찬가지인 효과가 발생하며 너무 작으면 주파수간 변화가 너무
미미하여 오차가 발생할 확률이 증가한다.
검파신호가 겹치지 않도록 하는 최소 주파수편이비는 0.5이며 이 때 최소 대역폭으로 통신이 가능하다.
이를 MSK(Minimum Shift Keying)이라고 한다.
MSK에서 main lobe를 협대역화 하기 위하여 Gaussian filter를 사용하는데 이를 GMSK라고 한다.
Gaussian filter는 아래와 같은 특성을 가졌다.
그 중 ASK는 반송파의 진폭을 변화시키는 방식이고 FSK는 주파수를 변화시키는 변조 방식이다.
[ASK]
ASK의 일반식은 디지털 신호가 1일 땐 S(t)=Acoswt 라고 하면 신호가 0일 땐 S(t)=Bcoswt 이다.
두 개의 신호발생기가 있어서 한 쪽에선 1 신호인 Acoswt를 다른 한 쪽에선 0 신호인 Bcoswt를 발생한다.
예를 들어서 1010 의 신호가 들어온다고 가정하면 다음과 같이 된다.
즉 진폭에 의해 1과 0을 구분해 내는 것이다.
여기서 주파수는 변경되지 않는다.
ASK의 문제점은 대역폭이 변하는 순간 아래의 그림처럼 신호의 불연속이 발생하는 것이다.
구현은 쉽지만(가격이 싸지만) 파형을 보존해야 하므로 속도를 빠르게 할 수 없는 단점도 있다.
[FSK]
FSK는 전송 선로의 특성에 가장 강한 특성을 지닌 변조 방식이다.
그 이유는 아래의 선로 모델링에서 주파수에 관한 요인이 없기 때문이다.
R은 진폭, L/C는 위상이기 때문에 주파수가 변동될 요소가 없다.
ASK, PSK, QAM과 달리 선로가 열악할 때 많이 사용되는 방식이다.
일반적으로 댁내 통신에 많이 사용된다.
FSK의 일반식은 디지털 신호가 1일 땐 S(t)=Acos2πf1t 라고하면 신호가 0일 땐 S(t)=Acos2πf2t 다.
두 개의 신호발생기가 있어서 한 쪽에선 1 신호인 Acos2πf1t 를 다른 한 쪽에선 0 신호인 Acos2πf2t를
발생한다.
예를 들어서 1010 의 신호가 들어온다고 가정하면 다음과 같이 된다.
하지만 ASK와 마찬가지로 주파수가 변경되는 구간에서 불연속이 발생하며 이는 대역폭의 증가로
이어진다.
이에 대한 대안으로 CPFSK(Continuous Phase Frequency Shift Keying)가 만들어졌다.
CPFSK는 신호 발생기를 2개를 사용하는것이 아니라 1개를 사용하여 신호의 연속성을 유지한다.
일반식은 S(t)=Acos(2πft + hdπt/Td)이다.
h : 변위비, 상수
Td : 펄스의 반복 주기
d : 입력데이터의 부호.
1개의 신호 발생기에선 이 데이타에 의해 주파수를 결정하고 변조시켜 연속적인 위상변화를 하는
주파수 변조파를 얻게 된다.
신호가 1이면 (+1), 신호가 0이면 (-1)을 붙여주어 hπ만큼 +/- 위상변화가 발생한다.
CPFSK에서 h가 너무 크면 불연속과 마찬가지인 효과가 발생하며 너무 작으면 주파수간 변화가 너무
미미하여 오차가 발생할 확률이 증가한다.
검파신호가 겹치지 않도록 하는 최소 주파수편이비는 0.5이며 이 때 최소 대역폭으로 통신이 가능하다.
이를 MSK(Minimum Shift Keying)이라고 한다.
MSK에서 main lobe를 협대역화 하기 위하여 Gaussian filter를 사용하는데 이를 GMSK라고 한다.
Gaussian filter는 아래와 같은 특성을 가졌다.
GMSK는 스펙트럼 집중도가 우수하고 대역 외 스펙트럼의 억압도도 높은 특징을 가진다.
FSK에 Gaussian filter를 적용하기도 하는데 GFSK라고 하며 Blue Tooth등에 사용되고 있다.
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2009. 9. 26. 20:51
변조 방식에는 연속파 변조(Continuous Wave Modulation)와 불연속파 변조(Pulse Code Modulation)가
있다.
[연속파 변조]
연속파 아날로그 변조의 종류는 다음과 같다.
1) DSB-SC : 피변조파에 반송파가 포함되지 않는 방식
2) DSB-LC : 피변조파가 반송파에 포함되는 방식. AM 라디오.
3) SSB : DSB-SC에 BPF를 사용하여 한쪽의 측대파를 제거한 방식. 휴대용 무전기.
4) VSB : SSB와 같이 한쪽의 측대파를 완전히 없애는 것이 아니라 측대파의 일부를 남겨놓음.
TV와 같이 낮은 주파수에 몰려있는 영상신호를 변조하는데 사용함.
- FM
- PM
연속파 디지탈 변조의 종류는 다음과 같다.
1) ASK : Amplitude Shift Keying.
연속적인 반송파의 진폭에 싣는 변조방식
2) FSK : Frequency Shift Keying.
연속적인 반송파의 주파수를 변화시키는 방식
3) PSK : Phase Shift Keying.
반송파의 위상을 변화시키는 방식
4) QAM : Quadrature Amplitude Modulation.
반송파의 진폭과 위상을 변화시키는 방식
[불연속파 변조]
이번 category에서 알아보려는 항목은 불연속파 변조, 즉 펄스파 변조(PCM)이며 펄스파 변조의 종류와
대략적인 방법을 알아본다.
1) DM
Delta Modulation으로 현재의 표본값에서 이전 표본값을 뺀 차동신호가 + 이면 1, - 이면 0으로 부호화하는
방식이다.
즉 기울기가 + 이면 1, - 이면 0 으로 부호화 한다는것이다. 하지만 입력신호의 기울기가 DM 계단
기울기보다 큰 경우 경사과부하잡음이 발생한다.
2) DPCM
Differential Pulse Code Modulation으로 차동펄스부호변조 방식이다.
입력신호의 표본값 자체를 양자화 하는것이 아니라 이전 표본값과 현재 표본값의 차이만 부호화하여
정보량을 감소시키는 방법.
음성이나 영상과 같은 신호는 큰 상관성을 갖기 때문에 한 표본점에서 다음 표본점으로 옮길 때 신호값이
천천히 변하는 특성을 이용한 것이다.
3) ADM
Adaptive Delta Modulation으로 DM의 한계를 극복하고자 했다.
Jayant 적응화 법칙을 적용하여 bn=bn-1(1111...또는 0000...)이면 경사과부하 잡음이, bn≠bn-1(101010....)
이면 양자화잡음이 발생한 상태로 판단하여 DM처럼 1씩 증/감하는 것이 아니라 k(스텝크기를 결정하는
계수, 1 < k < 2)의 크기씩 증/감하는 방식이다.
4) ADPCM
DPCM의 성능을 개선하기 위하여 적응형 양자화방식을 이용한 것이다.
있다.
[연속파 변조]
연속파 아날로그 변조의 종류는 다음과 같다.
1) DSB-SC : 피변조파에 반송파가 포함되지 않는 방식
2) DSB-LC : 피변조파가 반송파에 포함되는 방식. AM 라디오.
3) SSB : DSB-SC에 BPF를 사용하여 한쪽의 측대파를 제거한 방식. 휴대용 무전기.
4) VSB : SSB와 같이 한쪽의 측대파를 완전히 없애는 것이 아니라 측대파의 일부를 남겨놓음.
TV와 같이 낮은 주파수에 몰려있는 영상신호를 변조하는데 사용함.
- FM
- PM
연속파 디지탈 변조의 종류는 다음과 같다.
1) ASK : Amplitude Shift Keying.
연속적인 반송파의 진폭에 싣는 변조방식
2) FSK : Frequency Shift Keying.
연속적인 반송파의 주파수를 변화시키는 방식
3) PSK : Phase Shift Keying.
반송파의 위상을 변화시키는 방식
4) QAM : Quadrature Amplitude Modulation.
반송파의 진폭과 위상을 변화시키는 방식
[불연속파 변조]
이번 category에서 알아보려는 항목은 불연속파 변조, 즉 펄스파 변조(PCM)이며 펄스파 변조의 종류와
대략적인 방법을 알아본다.
1) DM
Delta Modulation으로 현재의 표본값에서 이전 표본값을 뺀 차동신호가 + 이면 1, - 이면 0으로 부호화하는
방식이다.
즉 기울기가 + 이면 1, - 이면 0 으로 부호화 한다는것이다. 하지만 입력신호의 기울기가 DM 계단
기울기보다 큰 경우 경사과부하잡음이 발생한다.
2) DPCM
Differential Pulse Code Modulation으로 차동펄스부호변조 방식이다.
입력신호의 표본값 자체를 양자화 하는것이 아니라 이전 표본값과 현재 표본값의 차이만 부호화하여
정보량을 감소시키는 방법.
음성이나 영상과 같은 신호는 큰 상관성을 갖기 때문에 한 표본점에서 다음 표본점으로 옮길 때 신호값이
천천히 변하는 특성을 이용한 것이다.
3) ADM
Adaptive Delta Modulation으로 DM의 한계를 극복하고자 했다.
Jayant 적응화 법칙을 적용하여 bn=bn-1(1111...또는 0000...)이면 경사과부하 잡음이, bn≠bn-1(101010....)
이면 양자화잡음이 발생한 상태로 판단하여 DM처럼 1씩 증/감하는 것이 아니라 k(스텝크기를 결정하는
계수, 1 < k < 2)의 크기씩 증/감하는 방식이다.
4) ADPCM
DPCM의 성능을 개선하기 위하여 적응형 양자화방식을 이용한 것이다.
신호의 통계적 특성을 구한후 적응예측방식과 적응양자화방식을 적용한것이 특징이며 전송속도가
기존 PCM의 1/2 밖에 되지 않고 음질도 양호하다.
초기 PCS 통신에서 샤용했던 변조방식이다.
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2009. 9. 26. 16:39
펄스 코드 변조, Pulse Code Modulation이란 무엇인가?
PCM은 PAM된 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화 과정을 거쳐 디지털 형태의 신호로 변환하는
과정이다.
※PAM : 펄스 진폭 변조, Pulse Amplitude Modulation, 신호파의 진폭에 따라 반송파의 진폭을 변화시키는
변조 방식
아날로그 신호를 PCM 방식으로 디지털 변환하여 전송, 복호하는 과정을 살펴보자.
1. 먼저 아날로그 신호파를 이산적인 펄스파로 만드는데 이 때 아날로그신호 최고 주파수의 2배
이상이 되는 주파수로 표본화 한다.
Nyquist의 표본화 주파수(fs)라고 하는데 fs = 2fm 이다. 만일 fs < 2fm 이면 파형이 서로 겹치게되어
aliasing이 발생한다. (샤논의 표본화정리)
2. 신호파의 크기에 따라 펄스의 진폭을 변화시키는 PAM후 양자화, 부호화를 거쳐 디지탈 신호로
전송한다.
3. 양자화는 진폭을 이산적인 신호로 변화하는 과정이며 M= 2n 이다.
(M:양자화 계단, n:양자화시 사용되는 비트 수)
PCM은 PAM된 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화 과정을 거쳐 디지털 형태의 신호로 변환하는
과정이다.
※PAM : 펄스 진폭 변조, Pulse Amplitude Modulation, 신호파의 진폭에 따라 반송파의 진폭을 변화시키는
변조 방식
아날로그 신호를 PCM 방식으로 디지털 변환하여 전송, 복호하는 과정을 살펴보자.
1. 먼저 아날로그 신호파를 이산적인 펄스파로 만드는데 이 때 아날로그신호 최고 주파수의 2배
이상이 되는 주파수로 표본화 한다.
Nyquist의 표본화 주파수(fs)라고 하는데 fs = 2fm 이다. 만일 fs < 2fm 이면 파형이 서로 겹치게되어
aliasing이 발생한다. (샤논의 표본화정리)
2. 신호파의 크기에 따라 펄스의 진폭을 변화시키는 PAM후 양자화, 부호화를 거쳐 디지탈 신호로
전송한다.
3. 양자화는 진폭을 이산적인 신호로 변화하는 과정이며 M= 2n 이다.
(M:양자화 계단, n:양자화시 사용되는 비트 수)
이 그림은 3bit로 양자화 하여 양자화 계단(M)은 8임을 보여준다.
즉, 점선이 8단계이다.
4. 부호화에서 양자화된 신호를 1과 0으로 변환한다.
5. 전송선로를 거쳐서 복호기는 수신된 펄스파를 PAM파로 복원한다.
6. 맨 뒷단의 LPF를 통하여 적분을 수행하고 이에 PAM파에서부터 원 신호를 뽑아내게 된다.
PCM은 PM(Pulse Modulation)의 일종으로 각종 누화, 잡음에 강하여 저질의 전송로에서도 사용 가능하며
고급 여파기를 사용하지 않아도 된다. 하지만 점유 주파수 대역폭이 넓다는 단점이 있다.
PCM의 전송량을 줄여 전송속도를 개선하기 위한 방법으로는 DM, DPCM, ADM, ADPCM 방식이 있다.
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