[데이터 통신] Physical Layer - Analog Transmission

복습하기 위해 학부 수업 내용을 필기한 내용입니다.
이해를 제대로 하지 못하고 정리한 경우 틀린 내용이 있을 수 있습니다.
그러한 부분에 대해서는 알려주시면 정말 감사하겠습니다.

▶Contents

• Signals
• Signal Impairment
• Digital Transmission
• Analog Transmission
• Multiplexing
• Transmission Media

 

▶Analog Transmission

디지털 전송은 바람직하지만 low-pass 채널(0부터 시작하는 채널)이 필요하다. 

bandpass 채널(0부터 시작하지 않는 채널)이 있는 경우 아날로그 전송이 유일한 선택이다.

디지털 데이터를 bandpass 아날로그 신호로 변환하는 것은 디지털-아날로그 변환이다.

low-pass 아날로그 신호를 bandpass 아날로그 신호로 변환하는 것은 아날로그-아날로그 변환이다.

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▶Digital-to-Analog Conversion

디지털-아날로그 변환은 디지털 데이터의 정보를 기반으로 아날로그 신호의 특성 중 하나를 변경하는 과정이다.

bit를 파형으로 어떻게 매칭 할 것이냐에 대한 문제이다.

 

Amplitude Shift Keying(ASK)

• ASK에서는 반송파의 진폭을 변화시켜 신호 요소를 생성한다.
• S : 신호 속도(baud) = 초당 symbol 수
  
  • 대역폭이 넓으면 많아질 가능성이 높다.
• B : 대역폭
• r : 한 번 변조하는 데 사용되는 비트 수
• d : 변조 및 필터링 프로세스에 따른 요인(btw 0 및 1)
  • 사용 가능한 대역 통과 채널이 있으면 변조된 신호가 해당 대역폭을 차지하도록 fc를 선택할 수 있다.
• fc : 반송파 주파수

Frequency Shift Keying(FSK)

• FSK에서 반송파의 주파수는 데이터를 나타내기 위해 변화한다.
• 이진 FSK(BFSK)는 두 반송파 주파수를 고려한다.
• 아래 그림에서 두 개의 반송파 주파수, 즉 f1과 f2를 선택했다.
• f1은 데이터 요소가 0이면 사용되고 f2는 데이터 요소가 1이면 사용된다.
• 주파수 효율은 ASK, PSK에 비해 좋지 못하다.

Phase Shift Keying(PSK)

• PSK에서는 반송파의 위상이 데이터를 나타내도록 변화한다.
• 이진 PSK(BPSK)에서는 신호 요소가 두 개만 있다.
• 하나는 위상이 0°이고, 다른 하나는 위상이 180°이다.
• 주파수, amplitude는 고정이다.

▶Analog-to-Analog Conversion

아날로그-아날로그 변환 또는 아날로그 변조는 아날로그 신호에 의한 아날로그 정보의 표현이다.

• 아날로그 신호를 변조해야 하는 이유를 물을 수 있습니다. (이미 아날로그 신호인데)
• 매체가 본질적으로 bandpass이거나 bandpass 채널만 사용할 수 있는 경우 변조가 필요하다.
• 근거리면 low pass로도 가능하지만 멀리 보낼 때 필요하다.
• 그 예로는 라디오가 있다.
• 정부는 각 라디오 방송국에 좁은 대역폭을 할당한다.
• 각 스테이션에서 생성되는 아날로그 신호는 모두 동일한 범위의 low-pass 신호이다.
• 서로 다른 방송국을 청취하려면 low-pass 신호를 각각 다른 범위로 전환해야 한다.

 

Amplitude Modulation(AM, 진폭 변조)

• AM에서 반송파의 진폭은 변조 신호의 변화에 따라 변화한다.
• BAM은 필수 대역폭이고 B는 변조 신호의 대역폭이다. (BAM is twice B)
• 0 ~ 4000 Hz면 bandwidth가 4000 Hz이다.
• 그럼 BAM은 2배라서 8000이 된다.

Frequency Modulation(FM, 주파수 변조)

• FM에서 반송파의 주파수는 변조 신호의 변화에 따라 변화한다.
• 일반적으로 전압 제어 발진기(VCO)를 사용하여 구현된다.
• FM(BFM)에 필요한 대역폭은 결정하기가 어렵지만,
• BFM= 2 * (1 + (베타) * B로 나타낼 수 있다. 
• 여기서 (베타)는 공통 값이 4인 변조 기술에 의존하는 요인이다.
• 즉, Amplitude가 높으면 더 자주 떨고, 낮으면 덜 떤다.

Phase Modulation(PM, 위상 변조)

• PM에서 반송파 신호의 위상은 변조 신호의 변화에 따라 변화한다.
• PM과 FM의 한 가지 차이점
• FM에서 반송파 주파수의 순간 변화는 변조 신호의 진폭에 비례한다.
• PM의 순간 변화는 변조 신호의 진폭의 도함수에 비례한다.
• 즉, 미분해서 기울기에 따라서 달라진다.