[Network Basic] 신호변환, PCM_2

1. PCM(디지털 신호)의 장단점 

장점	단점
잡음에 강하다.	채널당 소요되는 대역폭이 증가된다.
LSI화에 적합하다.	PCM 고유의 잡음인 양자화 잡음(quartering noise)이 발생
분기와 삽입이 쉽다.	동기(synchronization)가 유지되어야 한다.
가공처리가 쉽다.	지리적으로 분산된 신호의 다중화에 어려움이 있다.
정비주기가 길다.	A/D, D/A 변환과정이 증가된다.
보안성을 확보할 수 있다.	기존 아날로그 네트워크와의 정합에 소요되는 비용부담이 큼

 

PCM의 구성 단계 

• 음성정보와 같은 아날로그 신호가 디지털 신호로 변환되기 위해서는 크게 표본화(sampling), 압축(compress), 양자화(quartering),  
• 부호화(encoding) 등의 4단계로 나누어진 PCM(Pulse Code Modulation) 과정을 거쳐야 한다. 

 

PCM 과정 

1. 표본화 : 샘플링 이론을 바탕으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 할때 신호를 일정시간 마다 추출하는 과정 
2. 압   축 : 표본화된 신호는 양자화 되기 직전 압축 
3. 양자화 : 표본화 과정을 거쳐 채집된 진폭의 크기를 몇 개의 이산적인 구간으로 나누어 이산적인 수로 표현하는 것 
4. 부호화 : 양자화 과정을 거친 펄스를 디지털 신호로 표현하는 방법으로 Unipolar(단극형), Polar(극형), Bipolar(양극형)등을 사용해 표현  

 

(3) 디지털 데이터 -> 아날로그 신호 

 

  ① ASK(Amplitude Shift keying) - 진폭 편이 변조 

• 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 때 아날로그 신호의 진폭을 사용하여 변조하는 방법 
• 디지털 신호가 0 이면 진폭을 주지 않고 디지털 신호가 1이면 진폭을 주는 방법으로 표현한다. 

② FSK(Frequency Shift Keying) - 주파수 편이 변조 

• 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 때 아날로그 신호의 주파수를 사용하여 변조하는 방법 
• 디지털 신호가 0 이면 낮은 주파수 신호를 디지털 신호가 1이면 높은 주파수 신호를 주는 방법으로 표현한다. 

 

③ PSK(Phase Shift Keying) - 위상 편이 변조 

•  디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 때 아날로그 신호의 위상을 사용하여 변조하는 방법 
• 디지털 신호가 0 이면 이전에 가지고 있던 위상을 그대로 유지하고, 1 이면 위상을 반전시키는 방법으로 표현한다. 

ASK, FSK, PSK 비교 

구분	ASK	FSK	PSK
검파	동기/비동기	동기/비동기	동기
	동기검파, 정합여파기	동기 : PLL, 비동기 : 포락선
대역폭	기저대역 신호의 최대주파수의 2배	대역폭이 희생되어 M진 FSK로   대역폭 증가	ASK와 동일하나 동일 S/N하에서   양호 특성
구현	매우 간단		약간 복잡
에러성능	낮음		양호
통신속도	저속	저속	고속

 

④ 진폭-위상 편이 변조(APSK : Amplitude Phase Shift Keying) 

• 진폭과 위상을 동시에 변조하는 방법 
• QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이라고도 함 
• 비대칭 디지털 가입자회선(ADSL)과 몇몇 무선 표준에서 자주 사용되는 아날로그 신호 전송 기법으로 고속 전송을 지원 

 

  (4) 디지털 데이터 -> 디지털 신호 

• 디지털 신호는 불연속적인 전압 펄스의 연속으로 구성된다. 이때 각 펄스를 신호(Signal) 요소라고 한다. 
• 이진 데이터는 각 데이터 비트가 신호요소로 인코딩 되어 전송되고 이때 가장 간단한 경우는 각 비트가 1:1로 각 신호요소에 대응되게 하는 전송방법이다. 
•  모든 신호요소가 극성의 수식적 부호를 가질 때, 즉 모두가 음(-) 이거나 혹은 양(+)일 경우에 이 신호를 단극형(unipolar) 이라고 한다.
• 반면에 어떤 논리 상태가 양의 전압으로, 다른 논리 상태가 음의 전압으로 표시될 때 양극형(polar) 신호 전송이라고 한다. 

 

① 디지털 데이터 인코딩의 기본 사항 

•  신호스펙트럼(signal spectrum) 
•  에러 검출 
•  클록(clock) 
•  신호 간섭 및 잡음 면역 
•  비용 및 복잡성 

  

② 디지털 인코딩 기법의 종류 

• 영비복귀(NRZ : Non-Return to Zero) 
  • 0의 전위로 복귀하지 않는 가장 간단한 인코딩 방식 
  • 1개의 펄스 간격 동안 신호의 높이가 안정된 상태로 유지하고, 1에 대해서는 높은 상태로 변환한다. 
• 영복귀(RZ : Return to Zero) 
  • 펄스와 다음의 펄스 사이를 반드시 0 전위로 일정 시간 동안 유지한 후에 다음 신호를 보내는 방법 
  • 입력신호가 1인 경우 펄스 간격의 절반은 높은 상태를 유지하고 나머지 절반은 0의 상태로 되돌아오게 된다. 
• 양극성 바이폴라(Bipolar) 
  • 신호가 세 개의 상태로 변하는 것으로 입력신호가 0 이면 0의 레벨, 1이면 양(+)의 펄스 혹은 음(-)의 펄스를 교대로 변환시키는 방식 
•  Biphase 
  • NRZ 코드의 한계를 극복하기 위해 사용하는 방법으로 2단계 기법이라고 불리 운다. 
• 스크램블(scramble) 
  • 회선상의 일정 전압 레벨에서 일어나는 순서열(Sequence) 동기를 유지하기 위해 수신기의 클록에 대한 충분한 전이를 제공할 수 있는Filling Sequence로 대치된다. Filling Sequence는 수신기에서 인식되어야 하고 원래의 데이터 Sequence로 대치된다.