통신 시스템 모델
◆ 정보원에서 만들어진 정보는 적합한 신호로 변환되고(전기신호), 이 신호는 다시 전송매체의 특성에 적합한 형태의 전송신호로 재변환되어 전송된다. (아날로그 또는 디지털)
◆ 4가지 형태의 통신방식이 있다.
1) 아날로그 신호 - 아날로그 전송신호 : AM, FM, PM
※ AM : Amplitude Modulation (진폭변조)
※ FM : Frequency Modulation (주파수 변조)
※ PM : Phase Modulation (위상 변조)
2) 아날로그 신호 - 디지털 전송신호 : PWM, PAM, PPM, PCM
3) 디지털 신호 - 아날로그 전송신호 : ASK, FSK, PSK
4) 디지털 신호 - 디지털 전송 신호 : Line Encoding
DTE : Data Terminal Equipment , DCE : Data Circuit Terminating Equipment
□ m(t) : Message singal
- analog or digital
- 기저대역 신호 , 즉 변조 이전의 주파수를 갖는 신호
□ Transmitter(트랜스미터)
- 변조
□ Channel(채널)
- 신호가 전송되는 통로
- 일반적으로 medium 전송매체와 같은 의미
- Transmission medium 전송매체
1) 유선 : twisted pair cable(tp케이블), coaxial cable, optical fiber cable(광케이블)
2) 무선 : radio link
□Receiver (리시버)
- 복조
아날로그 / 디지털 신호
□ Analog singal(continuous signal)
- 데이터의 값이 연속적인 범위 내에 존재
- 외부세계에 존재하는 다양한 신호(음성신호, 영상신호, 생체신호, 광신호 등)
- 아날로그 정보도 디지털 전송이 가능 → A/D Conversion
□ Digital Signal(Discrete Signal)
- Continuous signal → sampling(표본화)/quantization(양자화)/coding(부호화) → Discrete signal
여기서 continuous 하면 지속적인 이라는 뜻, Discrete 하면 별개의 라는 의미
- Binary signal (0,1)
1) 디지털 신호는 항상 0과 1 두 가지 상태만 존재
A/D Conversion
□A/D Conversion
- PCM(Pulse-Code Modulation) 으로 변하기도 함.
- 가로축 : 시간축, 세로축 : 신호의 크기
- sampling(표본화)
1) 가로축(시간축)을 디지털화 하는 과정
2) 일정시간 간격마다 데이터를 샘플링 하는 것 (샘플링 타임이 작을수록 좋지만, 데이터의 개수는 많아짐)
※ 여기서 일정시간 간격이 즉 샘플링 타임
3) 나이키스트의 샘플링 이론 : fs ≥ fn , Ts ≤ fn/2
즉 내가 녹음한 주파수가 4KHz라면 fs=8KHz가 되는 것이다.
샘플링 주파수 fs는 신호에 포함된 신호주파수의 2배가 되어야한다.
-quantization(양자화)
0~1 → level 0
1~2 → level 1
2~3 → level 2
3~4 → level 3 으로 생각하기 때문에 양자화 과정에서 '양자화 에러' 라고하는 오류가 발생한다.
- 샘플링과 양자화를 거친 후 0과 1로 바꾸는 부호화를 거치지 않고 바로 보내는 것을 우리는
Multi-Amplitude Pusle Code 라고 부른다.
- 표본화 구간마다 1개로 양자화된(M-ary) 표본값을 전송한다.
1) M개의 서로 다른 파형이 필요함
a) Multi-Amplitude Pusle Code : Ts마다 한 개의 멀티레벨 펄스 전송
b) Binary Pulse Code : Ts마다 k개의 이진레벨 펄스 전송
i) 4개의 이진 펄스를 조합하여 사용하면 16레벨로 양자화된 샘플을 표현 가능
ii) 단순하고 검출이 용이
Chaneel Effects
□ Distortion
1) Attenuation(감쇄), Nosie(잡음), fading : 매질의 시간적 변화 → 반사, 회절, 산란 → 전파강도 변화
2) fading은 이동통신인 무선/셀룰러 시스템 설계에 특히 중요
※ 신호는 채널이 전송되는 경로
□ Simple Channel model : Additive White Gaussian Noise(AWGN)
□ 디지털 통신은 잡음이나 왜곡에 더 강인함.
* 백색 잡음 : 모든 주파수 대역에 걸쳐 균일한 잡음( 모든 스펙트럼을 포함하면 백색광)
* 가산 잡음 : 잡음이 신호의 진폭에 단순하게 더해지는 경우
* 가우시안 잡음 : 자연계에서 일어나는 불규칙한 현상의 모델링 (확률분포 / 정규분포)
* Multiplication Noise
소스코딩 & 채널코딩
□ 소스 코딩
- Redundancy를 줄이기 위해 디지털 데이터 압축
- Bit rate를 감소시킴으로써 필요한 채널 대역폭 감소
- 주어진 대역폭에서 전송할 수 있는 데이터양 증가
□ 채널 코딩
- Redundant data를 삽입함으로써 전송과정에서 발생하는 오류를 검출하거나 정정하는 기법
- Redundant datf를 삽입함으로써 전송 대역폭 증가
Modulation
□ Modulation
1) Baseband Modulation : line coding
2) Bandpass Modulation (usually sinusoidal waveform)
※ 밴드패스 모듈레이션은 아날로그 신호를 변조( 전자기파(정현파)를 사용)
□ Bandpass Modulation
1) Amplitude Modulation = AM
2) Frequency Modulation = FM
3) Phase Modulation = PM
이 3가지를 합쳐서 carrier waveform이라고 부른다.
Line coding (디지털신호 → 디지털 신호로 변환시 사용)
1) Unipolar NRZ : DC 전하성분 존재, 동기신호 비포함
2) Polar NRZ : 1은 양전압, 0은 음전압
3) Unipolar RZ : 비트 1은 양전압으로 비트 0은 0전압으로, 단 return to zero 방식이므로 비트 중간에 0으로 복귀해야함.
4) Polar RZ : 비트 1은 양전압, 비트 0은 음전압으로, 비트 중간에 0으로 복귀(역기서는 0이 음전압을 의미)
5) Bipolar RZ : 비트 1은 양전압와 음전압을 교대로 표현, 비트 0은 0전압
6) Manchester : 비트 1은 양→음으로 전이, 비트 0은 음→양으로 전이
Bandpass modulation
1) Amplitude Shift Keying(ASK) or ON/OFF Keying (OOK)
0 → 0
2) PSK (Phase Shift Keying)
3) FSK(Frequency Shift Keying)
멀티플렉싱 / 멀티플액세스
□ 차이점
멀티플렉싱 : 1 circuit N channels (다수의 신호를 동일회선에 전송/유선)
멀티플액세스 : 채널할당(기지국과 단말기) : 멀티플렉싱 개념이 포함/우선
□ 멀티플렉싱
- FDMA(Frequency Division Multiple Access)
- TDMA(Time Division Multiple Access)
- CDMA(Code Division Multiple Access)
□ 멀티플액세스
- FDM(Freuquency Division Multiplexing)
- TDM(Time Division Multiplexing)
- CDM(Code Division Multiplexing)
