지금 이 순간

1. 변복조 개념

 1.1 변조의 정의

 1.2 디지털 변조 개념 및 종류

2. 디지털 변조

 2.1 ASK(Amplitude Shift Keying)

 2.2 FSK(Frequency Shift Keying)

 2.3 PSK(Phase Shift Keying)

   2.3.1 BPSK(Binary Phase Shift Keying)

   2.3.2 ASK, FSK, PSK 상호 비교

   2.3.3 DPSK(Differentrial Phase Shift Keying)

   2.3.4 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)

   2.3.5 MPSK(M-ary Phase Shift Keying)

 2.4 QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 직교진폭변조)

 2.5 각 방식의 비교

1. 변복조 개념

 1.1 변조의 정의

    - 부호화된 신호를 반송신호에 얹어 전송매체의 특성에 적합한 전송신호로 바꾸어주는 과정

    - 전송할 신호를 전송매체의 특성에 맞도록 보다 높은 주파수대역의 반송신호에 싣는 과정

    - 전송할 신호의 주파수대역이 전송매체의 특성에 맞지 않을 경우 이 신호의 주파수대역을 전송매체의 주파수대역에 옮겨 전송할 경우 필요함

    - 대표적인 사용예로서 음성 주파수대역을 라디오전파의 주파수대역에 옮기는 경우

    - 무선통신에서 변조를 통하면 수신측 안테나 크기 작아짐

    - 변조를 통하면 주파수분할 다중화 가능성 

    - 변조의 종류

※ 디지털 전송

  가. 기저대역 전송(Baseband 전송)

    - 디지털 데이터를 그래로 보내거나 또는 전송로의 특성에 맞는 알맞은 부호로 전환시켜 전송하는 방식

     - 디지털 데이터 to 디지털 시그널, 협대역, 단거리

     - AMI(북미), CMI(유럽)

  나. Broadband 전송

     - 디지털 데이터에 따라 반송파의 진폭, 주파수, 위상을 변화시키거나 진폭과 위상을 동시에 변화시켜 정보를 전송

     - 디지털 데이터 to 아날로그 시그널, 광대역, 장거리

     - ASK, FSK, PSK

 1.2 디지털 변조 개념 및 종류

     - 디지털 변조는 디지털 대 아날로그 변조(digital to analog)라 함

     - 디지털 신호 0,1을 기반으로 하는 정보를 아날로그 특성을 갖는 정보로 바꾸는 과정

     - 예를 들어 한 컴퓨터에서 다른 컴류터로 전송 시 데이터는 디지털이지만 전화선은 아날로그 신호만 전송할 수 있으므로 데이터는 변환시켜야 함

     - 디지털 데이터에 따라 반송파의 진폭, 주파수, 위상을 변화시키거나 진폭과 위상을 동시에 변화시키는 방식

     - ASK(Amplitude Shift Keying)

       FSK(Frequency Shift Keying)

       PSK(Phase Shift Keying)

       QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

2. 디지털 변조

 2.1 ASK(Amplitude Shift Keying)

   가. 개요

    - 디지털 부호에 대응하여 정현 반송파의 진폭(포락선)을 변화시키는 변조 방식

    - 디지털 클럭이 0일 때는 반송파를 보내지 않고, 1일 때는 반송파를 보내는 방식을 특히 OOK(On-Off keying) 방식이라 한다

    - 구조와 원리가 가장 간단하지만 전압을 조정하는 방식이라 상대적으로 잡음의 영향을 많이 받는 편임

   나. ASK 변조기

   다. ASK 일반식

      f(t)=Ac*cos(2*pi*fc*t+φ)

              '1'인 경우   f(t)=Ac*cos(2*pi*fc*t+φ)

              '0'인 경우  f(t)=0

    - 디지털 클럭이 0일 때는 낮은 주파수를, 1일 때는 높은 주파수를 보내는 형식의 FM 디지털 전송방법

    - ASK와 FSK의 차이점은 AM과 FM의 근본적인 차이와 유사함

   나. FSK 변조기

    다. FSK 일반식

         f(t)=Ac*cos(2*pi*f1*t+φ)

           '1'인 경우 f1(t)=A*cos(2*pi*f1*t+φ)

           '0'인 경우 f2(t)=A*cos(2*pi*f2*t+φ)

 2.3 PSK(Phase Shift Keying)

    - 디지털 클럭이 0일 때와 1일 때 각각 반송파의 위상에 일정한 차이를 두어 변조시키는 방법

   2.3.1 BPSK(Binary Phase Shift Keying)

       가. 개요

             - 0과 1일 때의 반송파에 180도 위상차를 두는 PSK 방식을 BPSK라고 함

       나. BPSK 변조기

        다. BPSK 일반식  

            f(t)=Ac*cos(2*pi*fc*t+φ)

                    '1'인 경우: f(t)=Ac*cos(2*pi*fc*t)

                    '0'인 경우: f(t)=Ac*cos(2*pi*fc*t+pi)

   2.3.2 ASK, FSK, PSK 상호 비교

 ※ 오류 확률 함수

   2.3.3 DPSK(Differential Phase Shift Keying)

        가. 개요

            - 동기검파만 가능한 PSK의 단점을 보완한 비동기 검파방식

            - BPSK의 변형

            - 연속적인 디지털 심볼 사이의 반송파 위상 차이로 정보를 전송하는 변조 방식

            - 인접한 비트구간에서 반송파의 위상 차이만 알면 복조가 가능한 변조 방식(절대 위상 정보가 필요치 않음)

            - 복조기에서 굳이 반송파를 재생하지 않아도 됨     

        나. DPSK 변조기

            - 정보 비트가 0인 경우 반송파의 위상을 바꾸지 않고, 정보비트가 1인 경우 반송파의 위상을 변화시켜 전송

         다. DPSK 복조기

            - 복조기에서는 반송파를 추출하는 과정이 없이 수신 신호를 단지 Tb만큼 지연시킨 신호를 사용하여 두 비트 간격에서 수신된 신호의 상대적 위상차를 측정

          라. DPSK 특징

             - 복조기에서 반송파가 필요없으므로 회로가 간단, 무선 LAN 분야 변조 방식으로 널리 사용됨

             - 동기식 BPSK 방식보다 Eb/No 값이 3dB 저하됨(동기 검파를 안하기 때문)

                =>BPSK의 경우에는 반송파 복구를 거쳐 생성된 잡음이 없는 정현파를 동기기준신호로 사용하는 것에 비해 DPSK에서는 잡음이 섞인 수신 신호를 지연시켜 위상기준신호로 사용하기 때문에 BPSK의 비트에러율에 비해 성능 열화

   2.3.4 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)

       가. 개요

          - 무선통신에서는 PSK 혹은 확장된 개념인 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)가 많이 사용됨

          - BPSK가 1과 0의 두가지 신호만을 구분하는 반면, QPSK는 4가지의 디지털 신호를 구분함

          - BPSK가 반송파의 위상을 180도씩 바꾸어가면서 전송했다면 QPSK는 90도씩 위상을 변화시켜서 4개의 신호(45, 135, 225, 315도)를 만들어내게 된다

          - M=4인 MPSK 즉, 4PSK와 같은 의미가 되기 때문에 QPSK라고 불리운다

       나. QPSK 변조기

          - 송신기는 2진 부호가 입력되면 직,병렬 변환기에 의해 I 채널과 Q 채널로 나누어짐

          - I 채널은 동상 채널(In phase channel)이고 Q 채널은 직교 채널(Quadrature phase channel)

          -  I 채널과 Q 채널에 따라 90도 위상차를 갖는 2개의 반송파를 각각 BPSK 에서처럼 변조시킨 후 합성하면 2개의 BPSK를 선형으로 더한 값과 같음

http://www.gcscte.org/presentations/2008/Ron.Hranac_Presentation-BER%20+%20MER%20Fun.pdf

           다. QPSK 일반식 

                QPSK(t)= dI(t)*cos(2*pi*fc*t)-dQ(t)*sin(2*pi*fc*t)

                            = α(t)*cos{2*pi*fc*t + θ(t)} 

                          여기서    α(t)=√(dI(t)^2+dQ(t)^2)

                                       θ(t)=tan-1{dQ(t)/dI(t)}  

           라. QPSK 성상도

             - PSK 계열의 전송방식은 반송파의 전압, 즉 I/Q 플롯에서 신호들이 원점에서 떨어진 거리를 의미하는 반지름이 일정하기 때문에 위상만으로 신호의 내용 판단

            마. QPSK 시간 및 주파수 영역

               참고>BPSK와 QPSK 대역폭 비교

           바. QPSK 변,복조기

           사. QPSK 방식의 특징

             - 동기 검파만 가능

             - QPSK 방식은 2개의 직교성 BPSK 신호의 합성과 같으므로 BPSK 방식에 비하여 송수신기의 시스템 구성이 복잡

             - QPSK는 각 채널 독립적이므로 비트오류율은 BPSK의 오류율과 같지만 심볼오류율은 BPSK 심볼 오류율의 2배이다    

                               BPSK 심볼 오류확률: Pe=1/2*erfc(√Eb/No)

                               QPSK 심볼 오류확률: Pe=erfc(√Eb/No)

             - BPSK방식보다 Eb/No값이 3dB 떨어진다

             - 스펙트럼 효율은 BPSK 보다 우수하다(2[bps/Hz])

             - M진 PSK의 경우 M의 증가에 따라 스펙트럼 효율 증가해 고속 데이터 전송이 가능

    참고>비트레이트 r[bps]=n[bits/symbol]*B[symbol/sec=Baud=Hz], 여기서 n=log2(M) M은 레벨 수

   2.3.5 MPSK(M-ary Phase Shift Keying)

         - MPSK는 BPSK와 QPSK를 포함한 M-ary PSK를 의미함

         - M=2인 경우, 즉 두 종류의 신호를 사용하면 BPSK

         - M=4인 경우, 즉 네 종류의 신호를 사용하면 QPSK

         - M=8(8PSK) or16(16PSK)인 경우, 신호의 크기는 같지만 위상이 서로 다른 8 or 16개의 신호를 사용

   2.4 QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 직교진폭변조)

         가. 개요

             - PSK와 ASK의 변조의 장점만 합쳐 놓은 방식

             - 정보 신호에 따라 진폭과 위상을 동시에 변화시키는 APK(Amplitude Phase Keying)의 한 종류이다.

         나. 16진 QAM 변조기 

             - Q1, I1: 극성 결정(1은 '+', 0은 '-')

             - Q2, I2: 크기 결정(1은 0.821V, 0은 0.22V)

             - 직병렬 변환기는 R/2의 전송속도를 갖는 비트 계열을 만들어 2개의 채널에 분배하는 회로

             - 2 to L 레벨 변환기: 직교 채널에 들어온 비트 계열을 L 레벨 신호로 발생시키는 회로

             - 2 to 4 레벨 변환기는 2개의 입력을 받아 4개의 PAM 신호 발생(±0.821V, ±0.22V)

             - LPF: Baseband 신호의 스펙트럼은 고주파수 데이터를 포함하고 있어 전송하기에 부적합, 불필요한 고주파수 데이터를 제거하고 전송대역폭을 줄이기 위해 변조전 LPF를 통과시킴

             - 곱셈기(Multiplexer)와 합성기(Combiner)

               I와 Q채널에 90도의 위상차를 갖는 2개의 반송파를 곱하고 합성하여 M진 QAM 심볼을 생성하는 회로

           다. QAM 일반식

                 QAM(t)= dI(t)*cos(2*pi*fc*t)-dQ(t)*sin(2*pi*fc*t)

                            = α(t)*cos{2*pi*fc*t + θ(t)} 

                          여기서    α(t)=√(dI(t)^2+dQ(t)^2)

                                       θ(t)=tan-1{dQ(t)/dI(t)}  

                  0.821sin(wc*t)+0.821cos(wc*t)의 경우를 계산해 보면

                       크기: α(t)=√(0.821^2+0.821^2)=1.161

                       위상: θ(t)=tan-1{0.821/0.821}=45도

           라. QAM 성상도

          바. QAM 방식 특징

              - 2개의 직교성 DSB-SC 신호를 선형적으로 합한 것과 같다(ASK후 PSK)

              - 소요 전송대역이 정보신호 대역폭의 2배로 DSB-SC의 경우와 동일하다

              - 동기검파방식만 가능하다

              -  M진 QAM의 대역폭 효율은 log2(M) [bps/Hz]이다.

              - 동일 심볼 수를 갖고 있는 M진 PSK와 스펙트럼 효율이 동일

          사. QAM 방식 종류

              - MPSK와 마찬가지로 MQAM이라고 부르기도 하며 2의 승수에 해당하는 만큼의 신호를 사용

              - 16QAM, 64QAM, 256QAM 등이 있음

               참고>Baseband signal filtering

  2.5 각 방식의 비교

        - 점유대역폭: 한 주기내 다수의 비트가 전송될 경우 대역폭이 좁아지게 됨

        - 전송량: 모두 M진 변조를 하여 M이 같다면 전송량은 모두 동일함

        - 내잡음성: 내 잡음성은 FSK가 가장 좋음

        - 비트오율: QAM 방식이 좋으며 FSK와 ASK 순임

        - 시스템 복잡성: QAM이 제일 복잡함

        - 기타 특징: 모든 조건이 동일하다면 2진 ASK on-Off keying 변조가 가장 좋은 특성을 가짐

http://mouloudrahmani.com/electrical/Communication/DigitalModulation.html

http://www.rfdh.com/bas_com/2-7.htm

http://jungbomadang.pe.kr/100015179284

http://blog.naver.com/thorong?Redirect=Log&logNo=70146357694

http://www.cascaderange.org/presentations/QPSK_and_16-QAM_Digital_Modulation.pdf

http://cnx.org/content/m44383/1.4/

http://lea.hamradio.si/~s53mv/nbp/link.html

http://www.qsl.net/n9zia/a108/index.html     Understanding data streams and isolated bits

http://w.nya.kr/doku.php?id=%EC%88%98%EC%97%85:%EC%95%84%EB%82%A0%EB%A1%9C%EA%B7%B8_%EB%B0%8F_%EB%94%94%EC%A7%80%ED%84%B8_%ED%86%B5%EC%8B%A0:%EB%94%94%EC%A7%80%ED%84%B8_%EB%8C%80%EC%97%AD%ED%86%B5%EA%B3%BC_%EB%B3%80%EC%A1%B0#dpsk

Ron.Hranac_Presentation-BER MER Fun.pdf

1. 라인 코딩(Line coding, 선로 부호화)이란?
2. 선로 부호화가 필요한 이유

3. 선로부호화의 종류

 3.1 단극형(Unipolar)

   3.1.1 Unipolar RZ

   3.1.2 Unipolar NRZ

 3.2 극형(polar)

   3.2.1 Polar RZ

   3.2.2 Polar NRZ(RS-232, V.24)

   3.2.3 NRZI(SDLC/HDLC, FDDI, HD-SDI)

   3.2.4 Manchester code

   3.2.5 CMI(SDH)

 3.3 양극형(Bipolar)

    3.3.1 AMI(Alternate Mark Inversion) 

    3.3.2 BnZS(Bipolar with n Zero Substitution)

    3.3.3 HDB-n(High Density Bipolar of order n code)

 3.4 다치형(Multilevel)

4. 선로부호의 요구조건

1. 라인 코딩(Line coding, 선로 부호화)이란?
- 일련의 2진 비트 데이터를 펄스 형태의 신호로 바꾸는 작업

 - 베이스밴드, 무변조 상태에서 가입자선로등으로 전송하기 위해 취해지는 부호화 형식

 - 2진 비트 열과 직접 대응되는 전기적인 펄스 신호에 의한 부호화

2. 선로 부호화가 필요한 이유

  2.1 기준선(Base line) 표류 방지

     - 기준선은 수신자가 수신한 신호의 세기에 대한 평균값

     - 기준선과 비교하여 데이터 요소의 값 결정

     - 오랫동안 지속되는 0이나 1과 같은 신호는 이 기준선을 표류시킬 수 있으며 그 결과 제대로 복호화하기 어려움

  2.2 직류성분

     - 디지털 신호의 전압이 한동안 일정하게 유지되면 스펙트럼은 매우 낮은 주파수를 만들어낸다. 이와 같은 0주파수 주위에 생기는 주파수를 직류 성분이라고 하며 이는 저주파를 통과 시키지 못하거나 변압기들을 사용하는 시스템에 문제를 야기한다.

  2.3 자기 동기화(Self synchronisation)

     - 발신자가 보낸 신호를 인식하기 위해 수신자의 비트 간격이 발신자의 비트 간격과 완전히 일치해야 함

3. 선로부호화의 종류

     3.1 단극형(Unipolar)

         - 하나의 전압 레벨만 사용(1: 펄스 있음, 0:펄스 없음)

         3.1.1 Unipolar RZ

         3.1.2 Unipolar NRZ

      3.2 극형(polar)

         - 2개의 전압레벨 사용(1:p(t), 0:-p(t), 극성이 반전됨)

         3.2.1 Polar RZ

         3.2.2  Polar NRZ(RS-232, V.24)

         3.2.3 NRZI(SDLC/HDLC, FDDI, HD-SDI)  

          3.2.4 Manchester code

                - 수신측 동기화의 용이성을 강조하도록 비트 중간에 극성 변화가 있게한 선로부호 방식

                - LAN 이더넷(10Mbps) 방식에서 사용

          3.2.5 CMI(SDH)

                - 유럽의 E4(139.264Mbps) 캐리어에 사용되는 선로부호 방식

                - 0: 펄스폭의 중앙에서 0에서 1로 천이

                - 1: 이전 '1'이 '1'이면 '0'으로, '0'이면 '1'로 천이 

      3.3 양극형(Bipolar)

         - 3개의 전압레벨 사용하나, '1'일 경우에 이전 펄스 극성에 따라 2개 전압레벨 (+),(-) 중 하나를 사용, '0'일 경우에 펄스 없음  

        3.3.1 AMI(Alternate Mark Inversion) 

             - 주로 DS-1 캐리어(T1 1.544Mbps)에 사용되는 선로 부호화 방식

         3.3.2 BnZS(Bipolar with n Zero Substitution)

               - 연속적인 0이 발생하더라도 시스템의 클럭을 유지하여 회선의 생존을 유지토록 함

               - n개의 연속된 0에 대해 바이폴라 반칙(Bipolar Violation) 펄스를 의도적으로 포함시켜 특별한 패턴의 n개 부호로써 대체시켜 전송하는 선호부호화 방식

         3.3.3 HDB-n(High Density Bipolar of order n code)

               - n+1개의 연속되는 '0' 비트열을 특정한 패턴으로 치환시키는 선로부호 방식

      3.4 다치형(Multilevel)

         - 3 이상의 전압레벨 사용 

         - 2B1Q(2 Binary 1 Quartenary, xDSL, ISDN), 8B6T(8 bits 6 ternary, 100BASE-T4), MLT-3(Multilevel Transmit 3 level)

4. 선로부호의 요구조건

 - 전력소비가 적어야 함(직류성분 제거)

 - 동기를 제공해야 함(수신단에서 정보로부터 비트 및 심볼 동기에 필요한 타이밍 정보를 얻음)

 - 오류발생이 적어야 하며 오류 발생 시 복구가 용이해야 함

 - 점유 대역폭이 적어야 함

 - 누화, ISI, 왜곡 등과 같은 각종 장애에 강해야 함

[참조]

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=1224&m_search=%B6%F3%C0%CE%C4%DA%B5%F9

http://www.google.co.kr/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=7&ved=0CHAQFjAG&url=http%3A%2F%2Fnetwk.hannam.ac.kr%2Fdata%2Fdata_communication4%2Fdata_communication4th-chap04.ppt&ei=DMtcUv7YAcztiAf18oGQBQ&usg=AFQjCNEJr9Ygc2tdJv-h5vX7LfYd3WQHWQ&sig2=Y5eiZHHpHLtRYyEAvBAe7g&bvm=bv.53899372,d.aGc&cad=rjt

http://blog.naver.com/baramm76?Redirect=Log&logNo=20129708918

http://w.nya.kr/doku.php?id=%EC%88%98%EC%97%85:%EC%95%84%EB%82%A0%EB%A1%9C%EA%B7%B8_%EB%B0%8F_%EB%94%94%EC%A7%80%ED%84%B8_%ED%86%B5%EC%8B%A0:%EB%94%94%EC%A7%80%ED%84%B8_%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0%EC%9D%98_%EA%B8%B0%EC%A0%80%EB%8C%80%EC%97%AD_%EC%A0%84%EC%86%A1

http://en.wikipedia.org/