디지털통신 및 실습

디지털통신 및 실습

기저대역신호의 전송

지난시간지난시간회상회상

학습에 앞서

1. DM 은 표본 당 ( (1) ) 비트로 부호화 되므로 출력 비트 율은 ( 2) ) 과 동일하게 됩니다 . (1), (2) 에 들어갈 내용은 과정은 무엇입니까 ?

정답 : (1) 1 (2) 표본화 율

2. DM 시스템의 성능은 ( (1) ) 와 ( (2) ) 에 따라 성능이 좌우됩니다 . (1), (2) 에 들어갈 내용은 무엇입니까 ?

정답 : (1) 스텝크기 (2) 표본화 율


3. 원 신호 x(t) 의 변화 특성에 따라 스텝 크기를 조정하는 방식으로 신호 경사가 크면 스텝크기를 크게 하고 완만한 경사 부분에 대해서는 스텝크기를 작게 조정하는 시스템을 무엇이라고 합니까 ?

정답 : (1) ADM

학습목표학습목표

음성신호 , 영상신호와 같은 아날로그신호를 PCM 과 같은 원천부호화 (Source Coding)과정을 통해 비트 열로 변환하였다면 , 변환된 비트 열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환시켜야 하는데 이 디지털 신호를 기저대역신호라 부른다 . 본 회차에서는 기저대역 신호로 변환시키는 2 진 전송부호 , 다진 전송 전송 부호의 종류 및 각각 특성에 대하여 학습한다 .

1.2 진 전송부호2.다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도

학습에 앞서

학습목표

기저대역 전송과 대역통과 전송의 차이점을 이해한다 .

NRZ 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다 . RZ 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다 . AMI 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다 . 맨체스터 전송부호의 전송형식 및 특성을 이해한다 . 다진 전송부호의 장단점을 이해한다 .


1. 기저대역신호란 변조과정을 거치기 전의 신호를 말한다 .

변조과정을 거치기 전의 신호를 기저대역신호라 부르며 변조과정을 거친 후의 신호를 대역통과신호라고 부른다 ..

정답 : O

사전테스트기저대역신호의 전송

Lesson1. 2 진 전송부호

1. 기저대역 (Baseband) 신호란 ?2. 전송부호 및 전송부호 선택 시 고려사항3. NRZ 전송부호4. RZ 전송부호5. AMI 전송부호6. 맨체스터 전송부호

2 진 전송부호기저대역신호의 전송

1. 기저대역 (Baseband) 신호란 ?

•아날로그 통신에 있어서 기저대역 신호 : 변조 과정을 거치지 않고 그대로 전송되는 아날로그 정보 신호 . 예를 들면 음성통신인 경우 가청주파수 신호

•디지털 통신에 있어서 기저대역 신호 : 음성신호나 영상신호와 같은 아날로그 신호를 PCM 과 같은 과정을 거쳐 비트열로 변환하였다면 , 변환된 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환시킨 디지털 신호

•기저대역 전송 (baseband transmission) : 디지털화 된 정보나 데이터를 전송로에 적합한 펄스 파형으로 변환시켜 전송하는 방식

•대역통과전송 (bandpass transmission) : 디지털 신호에 따라 반송파의 진폭 , 주파수 , 위상을 변조 시켜서 디지털 신호를 전송하는 방식

Lesson1. 2 진 전송부호기저대역신호의 전송

2. 전송부호 및 전송부호 선택 시 고려사항

• 기저대역 파형인코더 : 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환

• 전송부호 : 변환된 펄스파형

• 기저대역 파형디코더 : 수신된 펄스열로부터 비트열을 검파

(1) 적절한 타이밍 정보 : 비트와 심볼 동기에 필요한 타이밍 (timing) 검출 용이

(2) 에러 검파 용이 : 전송로에서 발생한 에러 검출 용이

(3) 적은 대역폭 : 가능한 적은 대역폭 요구

(4) 에러율이 우수 : 같은 잡음 환경하에서 잡음에 덜 민감

(5) 스펙트럼의 모양 : 스펙트럼 모양이 전송특성에 알맞게 구성될 필요

• 전송부호선택 시 고려사항


3. NRZ 전송부호

• NRZ(nonreturn-to-zero) 형식 : 한 비트간격에서 0 으로 떨어지지 않고 부호간격 Tb 를 완전히 차지

• 단극방식 : 입력신호가 1 이면 양 (+) 전위의 펄스를 전송하고 입력신호가 0 이면 펄스를 전송하지 않는 방식

• 양극방식 : 입력신호가 1 이면 양 (+) 전위의 펄스를 전송하고 입력신호가 0 이면 음 (-) 전위펄스를 전송하는 방식

4. RZ 전송부호

• RZ(return-to-zero) 형식 : 한 비트간격 Tb 에서 한번은 0 으로 되돌아 가는 형식

• 단극 RZ 부호 : 입력신호가 1 이면 부호간격 Tb 동안 양 (+) 전위에서 영으로 천이하는 펄스로 전송하고 입력신호가 0 이면 펄스를 전송하지 않는 방식

• 양극 RZ 부호 : 입력신호가 1 이면 부호간격 Tb 동안 양 (+) 전위에서 영으로 천이하는 펄스를 전송하고 입력신호가 0 이면 부호간격 Tb 동안 음 (-) 전위에서 영으로 천이하는 펄스를 전송하는 방식

• RZ 부호의 장점 및 단점 : 다음 비트의 시작 전에 언제나 영으로 되돌아 감으로 타이밍정보 제공이 가능하나 NRZ 부호에 비해 펄스 폭이 반으로 감소되어 NRZ 부호에 비해 더 넓은 주파수 대역폭이 필요


5. AMI 전송부호

• AMI(alternative mark inversion) 부호 : 입력신호가 0 이면 0 레벨의 펄스로 , 입력신호가 1 이면 부호간격 Tb 동안 양 (+) 전위와 음 (-) 전위의 2 개의 레벨을 서로 교대로 변환시키는 부호

• AMI 부호의 장점 및 단점 :1 이나 0 이 연속된 경우라도 직류성분이 포함되지 않고 양 (+)전위와 음 (-) 전위가 교대로 반복되는 특징을 이용하여 에러 검출도 가능하다는 장점이 있으나 0이 연속으로 나타나면 타이밍 축출의 어려움이 있다 .

• NRZ-AMI 및 RZ-AMI 부호 :


6. 맨체스터 전송부호

• 맨체스터 (Manchester) 부호 : 입력신호 1 은 한 펄스폭을 2 개로 나누어 반구간 (Tb/2)동안은 양 (+) 전위를 , 남은 반구간 (Tb/2) 동안은 음 (-) 전위로 구성된 2 개의 펄스로 대응시키고 0 은 1 의 경우와 반대되는 2 개의 펄스로 변환시키는 부호로 비트구간의 중간에 언제나 천이가 있다 .

• 맨체스터부호의 장점 및 단점 : 비트구간의 중간에 언제나 레벨 변화가 있으므로 타이밍 축출이 용이하나 펄스 폭이 NRZ 의 반이되어 NRZ 부호에 비해 더 넓은 주파수 대역폭이 필요

• NRZ- 맨체스터 부호 :


돌발퀴즈

돌발퀴즈

1) 음성신호나 영상신호와 같은 아날로그 신호를 PCM 과 같은 과정을 거쳐 비트열로 변환하였다면 , 변환된 비트 열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스 열로 변환시킨 디지털 신호를 ( (1) ) 신호라고 한다 .

2) 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스 열로 변환하여 주는 기능을 하는 기능 블록을 ( (2) ) 라 부른다 .

3) 비트구간의 중간에 언제나 레벨 변화가 있어 타이밍 축출이 용이하다는 장점을 가지는 부호는 다음 중 어느 것인가 ?

(1) 양극 NRZ 부호 (2) 단극 RZ 부호 (3) AMI 부호 (4) 맨체스터 부호

정답 : 1) (1) 기저대역

2) (1) 기저대역파형인코더

3) (4)


Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도

1. 다진 전송부호의 정의 및 장점2. 2B1Q 전송부호3. NRZ 전력스펙트럼밀도 (psd) 4. RZ 전력스펙트럼밀도 (psd) 5. AMI 전력스펙트럼밀도 (psd) 6. 맨체스터 전력스펙트럼밀도 (psd)

다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도기저대역신호의 전송

1. 다진 전송부호의 정의 및 장점

Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도

• 다진전송부호

- 2 진 데이터를 n 비트씩 묶어 이 n 비트 구간에서 M 개의 다진레벨로 부호화하여 전송

- n 비트와 M 개의 다진레벨 간의 관계

- n 비트를 묶어 이 n 비트 구간에서 M 개의 다진레벨을 전송할 때 n 비트 구간을 심볼구간 이라고 부르고 Ts 로 표현하면 , 심볼구간과 비트 구간 간에는 다음의 관계식이 성립

- n=2 이면 두 비트씩 묶어 M=4 개의 레벨로 부호화 함을 의미

또는

- 비트구간 Tb 의 역수는 비트율 Rb [bits/sec, bps] 이며 심볼구간 Ts 의 역수는 심볼율 Rs라 한다 . 심볼율의 단위는 초당 전송되는 심볼의 수를 의미하고 , 영어로는 symbols/sec 라고 쓴다 . 이 심볼율이 대역폭을 결정하게 되는데 심볼율로 위의 식을 다시 표현하면 다음과 같다 .

[symbols/sec]

- ( 장점 ) 심볼율이 비트율 보다 n 배 줄어들어 대역폭이 n 배 감소 . 즉 , 비트를 많이 묶으면 묶을 수록 대역폭이 감소

심볼구간은 비트구간의 n 배

심볼율이 비트율 보다 n 배 감소하므로 대역폭이 n 배 감소

다진레벨 수 비트 수

- ( 단점 ) 레벨 수가 증가 함으로써 동일한 전력의 NRZ 전송 부호에 비해 레벨 간 간격이 작아지게 되고 결국 동일한 잡음전력하에서 에러율이 증가 . 즉 , 비트를 많이 묶으면 묶을 수록 에러율 증가


2. 2B1Q 전송부호

• 2B1Q 부호

- 심볼당 2 비트를 보내는 4 레벨 전송형식

- 2 비트 데이터와 4 레벨 값간의 관계

2 비트 데이터 레벨 값

11 +3

10 +1

01 -1

00 -3

Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도기저대역신호의 전송

2. 2B1Q 전송부호

• 양극 NRZ 부호와 2B1Q 부호 의 비교

- 양극 NRZ 부호의 경우 한 비트는 +V 혹은 – V 로 부호화되므로 심볼구간 Ts 는 비트구간 Tb 와 동일

- 2B1Q 부호의 경우는 2 비트를 묶어 하나의 심볼구간 Ts 에서 4 개의 레벨 중 하나로 부호화하므로 심볼구간 Ts 는 비트구간의 두배 (2Tb)

- 심볼구간 Ts 는 비트구간 Tb 와 동일

- 비트 율과 심볼 율은 동일

- 심볼구간 Ts 는 비트구간의 두배 (2Tb)- 심볼 율은 비트 율의 반

- 입력데이터 비트율 Rb 를 2400[bps] 로 가정 : 양극 NRZ 부호의 경우 심볼율은 2400 [symbols/sec] 이나 2B1Q 의 경우에는 1200 [symbols/sec] 가 되어 2 진 신호전송에 비해 전송 대역폭이 반으로 줄어 듬

Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도기저대역신호의 전송

3. NRZ 전력스펙트럼밀도 (psd)

• 양극 NRZ psd 의 특징

0 f

( )S f

1bT

1bT

2bT

2bT

2

4A

2

4 bA T

0

bTA2

f

( )S f

1bT

1bT

2bT

2bT

[ 양극 NRZ psd] [ 단극 NRZ psd]

- 대역폭 : 1/Tb- f = 0 ( 직류 ) 에서 psd 이 0 이 아니다 . 따라서 중계기에서 교류 정합을 사용하는 경우 직류 성분을 많이 잃어서 신호에 심각한 손상이 발생

• 단극 NRZ psd 의 특징

- 대역폭 : 1/Tb- 단극 NRZ 신호는 진폭이 절반인 양극 NRZ 신호와 직류 성분의 합으로 표현할 수 있다 . 그러므로 단극 NRZ 신호의 PSD 는 양극 NRZ 신호의 PSD 의 1/4 크기와 f = 0에서의 임펄스가 됨 .

기저대역신호의 전송 Lesson2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도

4. RZ 전력스펙트럼밀도 (psd)

• 양극 RZ psd 의 특징

[ 양극 RZ psd] [ 단극 RZ psd]

- 대역폭 : 2/Tb

• 단극 RZ psd 의 특징

- 대역폭 : 2/Tb- 이산적 스펙트럼 때문에 비트 동기화 즉 , 타이밍에 획득에 유리

0

16

2bTA

f2bT 1

bT 1bT

2bT

( )S f2

16A

224

Ap

224

Ap

NRZ 의 두배

0

f1

bT1

bT

( )yS f

2

bT

/ 4bT

2

bT


5. AMI 전력스펙트럼밀도 (psd)

• AMI psd 의 특징

- 대역폭 : 1/Tb- f = 0 ( 직류 ) 에서 psd 이 0 이다 . 즉 , 직류 성분이 없다 .

NRZ 의 대역폭과 동일

0

4

2bTA

( )S f

2bT 1

bT 1bT

2bT

f


6. 맨체스터 전력스펙트럼밀도 (psd)

• 맨체스터 psd 의 특징- 대역폭 : 2/Tb- f = 0 ( 직류 ) 에서 psd 이 0 이다 . 즉 , 직류 성분이 없다 .

NRZ 대역폭의 두배

0

f1

bT1

bT

( )yS f

2

bT2

bT

2

4 bT


돌발퀴즈

돌발퀴즈

정답 : 1) (1) 심볼 (2) 심볼 율 (3) symbols/sec 2) (3)

1) n 비트를 묶어 이 n 비트 구간에서 M 개의 다진레벨을 전송할 때 n 비트 구간을 ( (1) ) 구간이라 부르며 Ts 라고 쓴다 . 이 구간의 역수를 ( (2) ) 라 부르며 , 단위는 영어로는 ( (3) ) 라고 쓴다 .

2) 3 비트를 묶어 이 3 비트 구간에서 M 개의 다진레벨을 전송할 때 M 값은 무엇인가 ? (1) 2 (2) 4 (3) 8 (4) 16


학습정리

학습정리

1. 음성신호나 영상신호와 같은 아날로그신호를 원천부호화를 통해 비트열로 변환한 후 변환된 비트열을 전송로에 적합한 펄스 파형 또는 펄스열로 변환시켜 전송하는 것을 기저대역 전송이라 부른다 . 그에 비해 디지털 신호에 따라 반송파의 진폭 , 주파수 , 위상을 변조 시켜서 디지털 신호를 전송하는 방식을 대역통과 전송이라 부른다 .

2. NRZ 부호의 단점으로는 1 이나 0 이 연속되면 출력전압 레벨이 일정하게 되어 각 비트의 시작과 끝을 구별하는 타이밍 정보를 얻어내기가 어렵다는 단점을 가지고 있다 .

3. RZ 부호는 다음 비트의 시작 전에 언제나 영으로 되돌아 감으로 타이밍정보 제공이 가능하다는 장점이 있으나 NRZ 부호에 비해 더 넓은 주파수 대역폭이 필요하다는 단점이 있다 .

4. AMI 부호는 1 이나 0 이 연속된 경우라도 직류성분이 포함되지 않고 에러 검출도 가능하다는 장점이 있으나 0 이 연속으로 나타나면 타이밍 축출이 어렵다는 단점을 가지고 있다 .

5. 맨체스터부호는 비트구간의 중간에 언제나 레벨 변화가 있으므로 타이밍 축출이 용이하다는 장점이 있으나 펄스 폭이 NRZ 의 반이되어 NRZ 부호에 비해 두 배의 넓은 주파수 대역폭이 필요하다는 단점을 가지고 있다 .

6. n 비트를 묶어 이 n 비트 구간에서 M 개의 다진레벨을 전송하는 것을 다진 레벨부호화라 한다 . 이 때 심볼율이 비트율 보다 n 배 줄어들어 대역폭이 n 배 감소한다 , 그러나 레벨 수가 증가 함으로써 동일한 전력의 NRZ 전송 부호에 비해 레벨 간 간격이 작아지게 되고 결국 동일한 잡음전력하에서 에러율이 증가하는 단점을 가지고 있다 .


학습평가

입력 데이터 비트 율 Rb 가 4800[bps] 라고 가정할 때 , NRZ 부호 , 맨체스터부호 및 2B1Q부호를 사용할 시 각각의 심볼 율 및 대역폭을 구하시오 .

[ 풀이 ]• NRZ 부호 : 한 비트에서 한 심볼을 전송하므로 심볼 율과 비트 율은 동일하게 되므로 심볼 율 Rs 는 4800 [symbols/sec] 이고 대역폭은 4800 [Hz] 이다 .

출력 심볼 율 = 4800 [symbols/sec]대역폭 = 4800 [Hz]


• 맨체스터부호 : 한 비트에서 두 개의 심볼을 전송하므로 심볼 율은 비트 율의 두 배가 되므로 심볼 율 Rs 는 9600 [symbols/sec] 이고 대역폭은 9600 [Hz] 이다 .

• 2B1Q 부호 : 두 비트에서 한 심볼을 전송하므로 심볼 율은 비트 율의 ½ 이 되므로 심볼 율 Rs 는 2400 [symbols/sec] 이고 대역폭은 2400 [Hz] 이다 .



이번 회차에서는


1. 2 진 전송부호2. 다진 전송부호와 전력스펙트럼밀도

다음 회차에서는

기저대역신호의 검파

1. 기저대역 검파 시스템

2. 기저대역 검파부 설계

학습마무리

관련사이트 및 참고문헌

-시뮬링크를 이용한 디지털통신시스템설계 , 김한종 , 미래컴출판사

-아날로그와 디지탈통신 , 진년강 , 청문각출판사

-디지털통신 ( 기초와응용 ), 이문호 , 영일출판사

-아날로그 및 디지털 통신이론 , 김명진 , 생능출판사


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