통신시스템 공학 < 강의 자료 > 제 4 장 : AM (DSB-SC,DSB-LC)

Department of Digital Electronics & Information Engineering

통신시스템 공학< 강의 자료 >

제 4 장 : AM (DSB-SC,DSB-LC)

2004. .

< 2 >제 4 장 : AM ( 진폭변조 ) 통신시스템공학

4. AM – 4.1 기저대역과 통과대역 통신

변조과정 : 주파수 영역에서 신호의 스펙트럼을 이동시키는 현상

통신방식

1) 기저대역 통신 : 주파수 상에서 신호의 스펙트럼이 이동되지 않은 채로 전송

예 ) 저주파 영역신호로 주로 유선매체 이용 , PCM

2) 통과대역 통신 : 변조기법을 사용한 방식 , FDM

예 ) 무선 링크를 이용한 장거리 통신 방식에서 적절한 크기의 안테나와 효율적인 전력 사용을 위해서

신호의 주파수를 고주파 대역으로 이동 , FDM 방식

기저대역 (Baseband) : 신호가 원래 가지고 있는 주파수의 범위

반송파 통신 : 변조를 통하여 신호의 주파수 대역을 옮겨서 전송

AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation)


4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)

진폭변조 (AM) : 반송파 신호 의 크기 값 A 가 전송하고자 하는 신호 에 비례한 변화

변조된 신호와 스펙트럼

변조과정은 변조신호를 만큼 좌우측으로 이동시키는 과정

의 대역폭 : B [Hz], 변조신호 대역폭 : 2B[Hz] ( 그림 4.1 a, b, c)

변조신호의 Non-overlap 조건 :

Upper Sideband : USB, Lower Sideband : LSB.

Double-sideband : DSB DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier Modulation)

(4.1)

Bc 2

)cos( cctA )(tm

ttm ccos)( )()( Mtm )]()([2

1 cos)( ccc MMttm

c

)(tm


4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed

Carrier)

그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정


4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed

Carrier)

복조 (Demodulation) : 변조된 신호로부터 원래의 신호 를 복원하는 과정

변조과정 후 에 위치한 신호들을 저역통과하여 신호를 얻음 ( 그림 4.1 d, e)

동기검파 (Synchronous Detection, or Coherent Detection) : 변조시 사용한 sin 함수와 같은 주파수와 위상을 갖는 sin 함수를 사용

(4.2a)

)(tm

c2 )(tm

]2cos)()([2

1cos)()( 2 ttmtmttmte cc

)]2()2([4

1)(

2

1 )( cc MMME (4.2b)

그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정



변조기 (Modulator)

곱셈 변조기 (Multiplier Modulator) : 에 를 직접 곱하는 아날로그 곱셈기를 사용하는 변조기

증폭기의 비선형성과 고가의 단점 비선형 변조기 (Nonlinear Modulator) : 다이오드나 트랜지스터와 같은 비선형 소자를 이용 ( 그림 4.3)

비선형 소자의 입출력 관계 이용

single balanced modulator

(4.3)

)(tm tccos

ttbmtamtz ccos)(4)(2)(

)()()( 2 tbxtaxty

그림 4.3 비선형 DSB-SC

변조기



변조기(Modulator)

스위칭 변조기(Switching Modulator) : 곱셈기를 간단한 스위치 동작으로 대치, 를 하나의

sin 함수로 곱하는 것이 아니라 기본 주파수가 인 임의의 주기함수를 곱해서 변조시킴

그림 4.4a :

신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가 인 BPF를 통과시켜 변조신호 구함

그림 4.4b : 직각 펄스열을 이용한 변조신호

신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가 인 BPF를 통과시켜 변조신호 구함

스위치 변조기 구성 (그림 4.5) : 1) 다이오드 -브릿지 변조기 2) 직렬 브릿지 다이오드 변조기

3) Shunt-브릿지 변조기

(4.4

a

)

)(tm

)cos()( 11 ttmc c

)cos()(0

ncnn

tnCtΦ

c

)cos()()()(0

ncnn

tntmCtΦtm

(4.4b

)c

) ... 5cos5

13cos

3

1(cos

2

2

1)( ttttw ccc

] ... 5cos)(5

13cos)(

3

1cos)([

2)(

2

1)()( ttmttmttmtmtwtm ccc

(4.5)

(4.6)

c ttm c

cos)(2



그림 4.4 DSB-SC 를 위한 스위칭 변조기



그림 4.4 DSB-SC 를 위한 스위칭 변조기



그림 4.5 다이오드 - 브릿지 변조기



그림 4.6 링

변조기

링 변조기 (Ring Modulator) ( 스위치 변조기 일종 ) : double balanced modulator

원리 : 의 양 (+) 반주기에는 다이오드 D1 과 D3 가 “ On” 되어 출력이 에 비례하고

음 (-) 반주기에는 다이오드 D2 과 D3 가 “ On” 되어 출력이 에 비례

tA ccos )(tm

)(tm

) ... 5cos5

13cos

3

1(cos

4)(0 tttt ccc

] ... 5cos)(5

13cos)(

3

1cos)([

4)()()( 0 ttmttmttmttmtv ccci

(4.7

a

)(4.7

b

)


DSC-SC 신호의 복조 : 변조과정 후 LPF 적용과정과 동일

수신된 신호의 반송파의 주파수와 위상을 이용한 동기검파 ( 검출 )(Coherent dem

odulation)

DSB-LC 적용 이유

DSB-SC : 수신기는 송신기에서 보낸 반송파의 주파수와 위상을 정확히 알고

있어야 함 .

수신기 복잡 , 고가 예 ) 일대일 통신의 경우 수신기 복잡해도 송신기의

단순화 목적으로 적용

DSB-LC : 반송파 전송 수신기의 반송파 복원 불필요 , 송신기 고출력 및 고가

장비 필요

예 ) 방송 시스템의 경우 수신기는 간단하고 저가 제작해야 하며 , 송신기는

고가가능 시스템



4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)

AM : DSB-LC

신호와 스펙트럼 :

와 을 그린 후 사이에 반송파 주파수의 정현파를 그리면 변조된

신호

: 수신신호의 포락선을 통해 송신신호 검출가능 ( 그림 4.8b,d)

: 수신신호의 포락선을 검출 불가능 ( 그림 4.8c,e)

AM 신호의 포락선 수신 조건 :

포락선 검출을 위한 반송파 크기의 최소값 :

변조지수 (modulation index) :

: 과변조 (overmodulation) => 포락선 수신 불가 => 동기수신

포락선 검출 ( ) 은 동기검출보다 간단하고 저가 구현가능

ttmAtAtmtAt cccAM cos)]([cos)(cos)(

) )( ( tmofvaluepeakmA p

)(tmA

(4.8a,

b

))]()([)]()([2

1 )( ccccAM AMMt (4.8c

)))(( tmA

0)( tmA

0)( tmA

ttmA allfor 0)(

A

mp (4.10a

)

(4.9

b

)10 (4.10b

)pmA 1

1



그림 4.8 AM 신호와 신호의 포락선



측파대와 반송파 전력

AM 변조신호 :

반송파 전력 : ( 의 자승평균값 ), 소모성 전력

반송파 전력 : , 유용한 전력

전력 효율 (power efficiency) :

톤 변조의 경우

: 송신전력의 1/3 정도만 유용한 전력 ( 음성신호의 경우 25% 정도 )

sidebands

c

carrier

cAM tAtmtAt cos)(cos)(

tA ccos2

2APc

%100)(~

)(~22

2

tmA

tm

PP

P

sc

s

2

)()(~ ,cos)(

22 A

tm tAtm m

2

)(~2 tmPs

10 %,1002 2

2

%33 1 max



AM 신호의 생성 : 반송파 신호를 없애지 않아도 되므로 DSB-SC 변조기보다 간단

스위치 변조기 ( 그림 4.10) : 회로 입력신호 ( )

의 제어로 다이오드의 스위칭이 이루어지고 , 와 가 곱해지는 효과

)(cos tmtC c )(tmC tccos )](cos[ tmtC c )(tw

)()](cos[)(' twtmtCtv cbb

... 5cos

5

13cos

3

1cos

2

2

1)](cos[ ttttmtC cccc

filter bandpassby suppressed

cos)(2

cos2

termsotherttmtC

AM

cc

그림 4.10 AM 신호

생성기



AM 신호의 복조 : AM 신호의 동기검출은 AM 변조 목적을 위반하므로 사용빈도 낮음 .

비동기 검출방법 사용 : 1) 정류 검출 , 2) 포락선 검출 정류 검출 (Rectifier Detection) : 그림 4.11

다이오드와 저항으로 AM 신호의 반파 정류 AM 신호에 곱한 것과 동일효과

B[Hz] LPF =>

)(tw

)(cos)]([ twttmAv cR

... 5cos

5

13cos

3

1cos

2

2

1cos)]([ tttttmA cccc

sfrequenciehigher of sother term )]([1

tmA )]([

1tmA

)(

1tm



그림 4.11 AM 신호

생성기



포락선 검출 (Envelope Detection) : 그림 4.12

변조된 신호의 포락선을 찾는 방법 , 신호의 양 값동안 다이오드를 통해 콘덴서에 첨두치로 충전되고

첨두치 후 저항을 통해 방전하는 과정을 반복함 .

Ripple 을 줄이기 위한 방전시간 계수 RC 값 조건 :

포락선 검출기 출력 :

직류성분 A 는 C 나 RC 의 HPF 로 제거 , Ripple 성분은 RC LPF 제거

검출기의 차이점

정류 검출 : 동기 검출형태 , LPF 는 에서 을 검출하며 , 값에 영향받지 않음

포락선 검출 : 비선형 검출형태 , LPF 의 경우 RC 값이 값에 영향받음

) max ( 2/1/1 m(t)of frequency imum B : BRCc

cfrequency with signal Ripple)]([)( tmAtvc

tostm cc )( )(tm



그림 4.12 AM 신호의 포락선 검출기

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