지금 이 순간

1. 개요

2. Multicarrier(OFDM) 방식 출현

  2.1 Frequency Selective Fading

  2.2 ISI(Inter-Symbol Interference)

  2.3 Orthogonality

3. Block diagram of an OFDM

4. Guard Interval and Cyclic Prefix

5. Time Frequency Domain Description

6. OFDM 특징

1. 개요
 - 고속의 송신 신호를 다수의 직교하는 협대역 반송파로 다중화시키는 변조 방식

 - 고속의 전송률을 갖는 데이터 열을 낮은 전송률을 갖는 많은 수의 데이터 열로 나누고, 이들을 다수의 협대역 부반송파를 사용하여 동시에 전송하는 것

 - OFDM은 데이터 열을 여러 개의 부채널로 동시에 나란히 전송하는 다중반송파 전송 방식의 특별한 형태

2. Multicarrier(OFDM) 방식 출현

 2.1 Frequency Selective Fading

    - Frequency Selective Fading이란 전파가 날아다니면서 겪게 되는 채널의 특성이 주파수별로 달라서 생기는 페이딩

    - 기존의 통신기법에서 사용되던 Wideband signal은 Frequency Selective Fading을 극복하기 위해 복잡한 channel equalisation 기법들이 필요하였음

    - 그래서 나온 solution이 multicarrier 방식임

    - 광대역을 협대역으로 쪼개서 생각하면 각 서브캐리어에서는 채널왜곡이 단순히 gain의 차이로 나타나서 One-tap으로 구성된 필터만으로 equalisation을 수행 가능함 

 2.2 ISI(Inter-Symbol Interference)

     - Multipath등에 의하여 전파 전달 지연 시간 발생하며 이는 다음 심벌에 간섭을 일으킨다

     - 심벌 S1의 길이가 Ts라고 가정하면, S1이라는 symbol을 보냈을 때 수신된 신호의 길이는 Ts-alpha가 됩니다. 이때 늘어진 alpha 부분이 다음 symbol S2에 영향을 미치는 것

     - 심벌의 길이가 짧아질수록, ISI의 영향은 커지게 됨(symbol의 길이가 짧아져도 alpha는 그대로 유지). 따라서 ISI로 인해 data(symbol) rate를 올리는데 한계가 있음

     -  Multicarrier 방식을 사용할 경우 한 timeslot에 subcarrier 수만큼 symbol을 보낼 수 있어서 Symbol rate를 올려도 ISI 없이 전송이 가능

 2.3 Orthogonality

     - multicarrier 방식은 guardband를 필요로 함, 그러므로 주파수 효용성이 떨어짐

     - 이를 보완하기 위한 solution이 Orthogonal Frequency Division Multiplexing임

     - 직교하는 subcarrier들을 중첩시켜서 구성, 주파수 효율을 높임

3. OFDM Block diagram

 - f0, f1, f2, f3는 교성을 갖는 주파수

 - Transmitter는 IFFT로, Receiver는 FFT로 구현

 - Receiver에서는 수신 신호에 각각의 주파수를 곱한 후 적분을 하면 직교성을 갖고 있기 때문에 곱한 주파수 성분에 실려있는 데이터 만이 추출된다.

※IFFT/FFT

  - 한 개의 파동에 여러 데이터를 담기 위해 주파수 별로 데이터를 담은 후 IFFT를 해서 한 개의 파동으로 만든 다음 전송

 - 수신된 신호는 FFT를 해서 다시 주파수 별로 쪼개어 특정 주파수의 데이터만 취득

4. Guard Interval and Cyclic Prefix

  - OFDM은 데이터를 Symbol 단위로 전송

  - 다중 경로 채널에 의한 전파 전달 지연시간 발생, 이는 ISI(Inter Symbol Interference) 심벌간 간섭을 야기함 

  - 이러한 ISI를 방지하기 위해 연속된 OFDM symbol 사이에 채널의 최대 전달 지연시간보다 긴 보호구간(Guard Interval)을 두어 신호를 전송하지 않는다

     OFDM Symbol 주기= 유효 데이터를 위한 Symbol 주기+ 보호 Interval

  - 약간의 시간 지연을 갖고 들어오는 자신의 신호끼리 또한 간섭 발생(Intra Symbol Interference, 내부 심벌간 간섭)

  - 내부 심벌간 간섭으로 인한 직교성 파괴를 방지하기 위해 유효 Symbol 구간에서 마지막 구간의 신호를 복사하여 삽입(Cyclic Prefix)

5. Time Frequency Domain Description

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/

1. 개요

2. 포획효과

3. Capture ratio 

4. 유사한 크기를 가진 두 신호나 간섭이 큰 신호를 수신할 때

<Background knowledge>

수퍼헤테로다인 수신기

  - 반송파(Carrier) 주파수를 기저대역(Baseband) 주파수로 직접 변환하지 않고, RF신호에서 선택된 신호 대역만을 중간단계로 1차적인 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환한 후 다시 기저대역으로 변환하는 수신 방식

                                                                                            http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=3335&m_search=S

1. 개요

  - 같은 주파수를 가진 두개의 FM 변조된 신호가 있을 경우 FM 수신기에서 강한 FM 신호가 다른 약한 FM 신호를 완전히 억압하는 현상, 즉 강한 FM 신호만 들을 수 있음

  - AM의 경우 두 신호의 합성음이 수신기에서 들림

  - 포획효과 때문에 FM은 동일채널 간섭에 강함

2. 포획효과

3. Capture ratio

  - 원하는 신호와 원하지 않는 신호사이의 세기비

  - 일반적인 tuner에서 capture ratio는 2dB

  - 원하는 신호가 원하지 않는 신호보다 2dB이상이면 원하지 않는 신호를 보통 30dB 감소시킴

Another effect that is often associated with FM is called the capture effect. This can be demonstrated when two signals are present on the same frequency. When this occurs it is found that only the stronger signal will heard at the output This can be compared to AM where a mixture of the two signals is heard, along with a heterodyne if there is a frequency difference.

A capture ratio is often defined in receiver specifications. It is the ratio between the wanted and unwanted signal to give a certain reduction in level of the unwanted signal at the output. Normally a reduction of the unwanted signal of 30 dB is used. To give an example of this the capture ratio may be 2 dB for a typical tuner to give a reduction of 30 dB in the unwanted signal. In other words if the wanted signal is only 2 dB stronger than the unwanted one, the audio level of the unwanted one will be suppressed by 30 dB.

http://www.radio-electronics.com/info/rf-technology-design/fm-reception/capabilities-specifications.php

4. 유사한 크기를 가진 두 신호나 간섭이 큰 신호를 수신할 때

 - 유사한 크기를 가진 두 신호가 수신될 경우, 수신기는 두 개의 신호 사이를 왔다갔다하는 현상이 발생함

 - 간섭신호가 희망신호보다 클 경우, FM 수신기에서는 간섭신호가 출력

1. 개요

2. 동기화의 종류

  1) 비동기식 방식

  2) 동기식 방식

3. 비동기식(유사동기식) 디지털계위(PDH)

   1) NAS

   2) CEPT 

   3) NAS와 CEPT의 비교

   4) 비동기식 다중화의 원리

4. 동기식 디지털 계위(SONET/SDH)

   1) SONET 

   2) SDH

   3) 동기식 다중화 구조

5. PDH, SONET, SDH의 비교

6. 결론

1. 개요

  - 동기란 데이터통신에서 전송매체를 통해서 전달된 정보를 정확히 읽어내기 위해 송신과 수신 시점을 맞추는 것을 뜻함

  - 디지털 다중화란 다수의 저속신호를 하나의 고속신호로 다중화하는 방법

  - 디지털 다중화를 위해서는 동기를 맞추는 것이 필수적이며, 동기는 맞추는 방식에 따라서 크게 유사동기방식(PDH:Plesiochronous Digital Hierarchy)과 동기방식(SDH:Synchronous Digital Hierarchy. SONET:Synchronous Optical NETwork)로 구분

  - 신호계위는 각종 신호의 전송로 매체의 비트속도, 교환기와의 접속, 망구성 등을 고려하여 각 국가마다 국제적인 표준을 갖고 있음

2. 동기화의 종류

  - 모든 통신장비는 동기를 맞추어야만 송수신이 가능하고, 동기를 맞추는 방식에 따라 비동기방식과 동기식 방식이 있음

  1) 비동기식 방식

     - 특별한 클럭을 제공받지 않고 송수신 장비간 동기를 맞추는 방식으로 특별한 문자열 또는 비트블럭으로 동기를 맞추는 방식

     - Start bit(열)와 Stop bit(열)이 있음

     - HDLC의 Flag 01111110, 이더넷의 preamble 7Byte

     - 문자단위 또는 프레임단위의 전송 

참조> Ethernet의 Frame 구조

  2) 동기식 방식

     - 송수신간의 클럭을 동기시키키 위해 외부클럭을 사용하는 방식

     - Start bit와 Stop bit 열이 없음

     - PDH, SDH, SONET등의 계위가 있음

3. 비동기식(유사동기식) 디지털 계위(PDH)

   - PDH(Plesiochrous Digital Hierarchy) 

   - 서로 다른 클럭원에 의하여 발생되는 입력신호들을 결합시키는 방식

   - 입력신호의 비트속도를 맞추기 위해 추가적인 bit 삽입(Bit Stuffing)

   - 북미방식(NAS)과 유럽방식(CEPT)이 있음

   - 단계별 다중화를 거쳐 고위계위로 다중화: 다중화된 신호내의 하위계위신호 추출을 위해서는 순차적으로 상위 계위신호를 해제해야하는 과정을 거쳐야 함

※참조(음성신호 sampling) 

   - 음성신호는 300~3400Hz이며, 보호대역 포함 4kHz로 해석함

   - Nyquist 표본화 이론에 따라서 2배로 표본화하면 8kHz로 sampling

   - 한 sample을 256단계로 나누어서 양자화, 즉 sample당 8개의 bit가 필요

   - 따라서 8000samples/sec*8bits/sample=6400 bits/sec, 다시 말하면 한 개의 음성채널의 전송속도는 64kbps이다

  1) NAS(North America Standard, 북미방식)

    - Frame 구조

   - 표본화 주파수: 8000Hz(125㎲ 주기)

    - 프레임당 타임슬롯(채널) 수:24개

    - 타임슬롯(채널) 당 비트수: 8비트

    - 프레임당 비트수: (8bits * 24채널)+1=193bits

    - 출력 비트율(속도): 193bits/frame*8000frame/sec = 1.544Mbps

   2) CEPT(유럽방식)

    - frame 구조

     - 표본화 주파수: 8000Hz(125㎲ 주기)

     - 총 채널 수: 32개 수용(정보 채널 30개+동기 채널 1개(time slot 0)+신호 채널 1개(time slot 16))

     - 타임슬롯(채널) 당 비트수: 8비트

     - 프레임당 비트수: 8bits*32channel=256bits

     - 출력 비트율(속도): 256  bits/frame+8000 frame/sec = 2.048Mbps 

    3) NAS와 CEPT 비교  

    4) 비동기식 다중화의 원리

      - 여러 개의 하위 계위 신호를 각각의 크기에 맞는 상자에 각자 담아 이것을 모아서 보다 큰 상자인 중간 계위신호에 담고 다시 중간 계위 신호를 모아 보다 큰 상장에 담는 과정을 순차적으로 진행하여 다중화

4. 동기식 디지털 계위(SONET/SDH)

  - 기존 디지털 다중화 계위(PDH)는 각 나라별로 서로 다른 계위를 사용하고 있음

  - PDH는 동기를 맞추기 위해 Stuffing bit를 추가해야 하고, 단계별 다중화를 거쳐 고위계위로 다중화하는 단점이 있음

  - 이를 보완하기 위해 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)가 제안됨

  - 각종 계위 신호들은 STM-n 신호로 일단계 다중화

  - SONET(Synchronous Optical Network): 북미를 중심으로 제안

  - SDH: SONET을 기초로한 세계적인 동기식 전송방식

  - SONET/SDH는 광케이블을 통해 다양한 종류의 디지털 통신 서비스를 전송하기 위한 동기식 네트워크 표준 규격

 1) SONET

   - 북미를 중심으로 제안된 동기식 전송 방식

   - SONET의 기본 전송단위인 STS(Synchronous Transport Signal)-1은 90byte*9행의 2차원 논리적 배열구조를 가지는 프레임

   - 전체 810Byte 영역에서 36Byte는 프레임이 올바른 전송에 필요한 프로토콜 오버헤드

   - 상기와 같은 프레임이 초당 8000번(125㎲) 전달되기 때문에 STS-1의 전송속도는 8000 frames/sec*810 bytes/frame*8bits/byte=51.84Mbps

   - SONET이 Gigabit급 이상의 전송속도를 가지기 위해서는 이와 같은 프레임들이 커다란 하나의 프레임으로 다중화되어야 한다

   - 다중화는 STS-1 프레임 단위로 이루어지고 다중화된 프레임은 STS-3, STS-12등과 같이 다중화에 포함된 STS-1 프레임의 수로 표시한다. 

  2) SDH

    - SONET을 기초로 한 세계적인 동기식 전송 방식

    - 프레임(125㎲ 단위) 구조는 270byte*9행으로 이루어져 있으며 전송속도는 8000frames/sec*2430bytes/frame*8bits/byte=155.52Mbps이다

https://nets.ucar.edu/nets/presentations/sonet/sonet-13.html

   - SOH(Section Overhead): STM-n 신호가 구성될 마지막 단계에 삽입, 재생기, 다중화기 구간에서 삽입, 추출

   - RSOH(재생기구간 오버헤드): 프레임 정렬, 오류감시

   - MSOH(다중화기구간 오버헤드): 오류감시, 구간 APS(자동보호절체)

   - AU Pointer: AU로 정렬할 때 추가하는 포인터(TU 또는 AU 프레임 내에 VC가 시작되는 주소 지정)

   - POH(Path Overhead): VC 신호가 구성될 때마다 삽입, 해당 VC가 조성되는 점과 해체되는 점 사이의 Ene-to-End 통신을 위해 사용

   - STM-1 payload capacity:9행*260bytes = 149.760Mbps

  3) 동기식 다중화 구조

     - 동기식 신호를 구성하는 단위들은 아래와 같다. 
       (1) C(Container) : 동기식 다중화 구조를 구성하는 기본신호 단위로 Palyload에 들어갈 최소 정보단위이다.
           PHD신호를 수용하기 위한 콘테이너는 C11, C12, C2, C3, C4가 있고 ATM Cell들은 C4에 매핑된 후  동기식 다중화된다. 
       (2) VC(Virtual container) : POH와 Payload로 구성된다. VC1, VC2는 저위 VC이고 VC3, VC4는 고위 VC이다. 
       (3) TU(Tributary Unit) : 저위 VC를 고위 VC로 다중화할 때 사용하며 Payload 와 TU포인터로 구성된다.  
       (4) TUG : TU 한 개 이상 결합한 것으로 Byte Interleaving방식으로 다중화한다. Interleaving이란 brusty한 에러를 분산시켜 robust한다. 
       (5) AU(Administrative Unit) : 고차 VC를 전송하는 단위로 Payload와 AU Pointer로 구성된다.  
       (6) AUG : AU 신호들이 한 개 이상 결합한것  
       (7) STM-n : 동기식 다중화 구조의 최종신호 단위로서 실제 동기식 전송망에 전송되는 신호이다. STM-n은 AUG를 n개 바이트 교직 다중화(BIM) 시킨 후 SOH를 더하여 만들어진다.  

 각종 계위 신호들은 STM-n 신호로 다중화 시키는 과정을 동기식 다중화라고 하며, C, VC로의 매핑, TU, AU로의 정열, TUG AUG로의 다중화, 포인터 처리를 통하여 이루어진다. 
       (1) 매핑(Mapping) :  PDH계 Data를 해당 VC에 싣는 과정으로 비동기식 신호를 동기식 구조로 맞추는 일이다.  
       (2) 정렬(Aligning) : 프레임 어긋남(Frame Offset)에 관한 정보를 반영하면서 VC를 TU 또는 AU에 싣는 과정 
       (3) 포인터 처리 : VC를 TU 또는 AU에 정렬시키면서 프레임 어슷남 정보를 포인터에 기록하는 것 
       (4) 다중화 : TU가 TUG로, AU가 AUG로 적응되는 과정

  - A conceptual diagram of the STM-1 frame can be seen below. This diagram shows how a Container-4 maps into a Virtual Container-4 and how a VC-4 subsequently maps into an Administrative Unit-4 and then into an STM-1 frame 

      http://www.ece.uvic.ca/~elec499/2001a/group04/sdh_brief_overview.html

  5. PDH, SONET, SDH의 비교

     - SDH는 기존의 북미시과 유럽식의 디지털 계위를 대부분 수용해서 STM-n 신호로 디지털 계위의 통합이 이루어졌다

     - one step multiplexing과 Overhead의 체계적 활용으로 통신망의 운용관리 및 유지보수 업무를 원활하게 수행 가능

     - Pointer를 몇 차례 삽입하여 범세계적인 통신망의 동기화를 꾀했다

1. 개요

2. 표본화

3. 표본화 정리

4. 양자화

5. 양자화 잡음비 개선 방법

6. 양자화 방식의 종류

7. 부호화

1. 개요

 - PCM(Pulse Code Modulation)은 음성파형을 최고 주파수의 2배 이상의 속도로 표본화하고, 표본값의 진폭을 양자화 과정을 거쳐 이산적인 양자화 레벨에 가장 가까운 레벨로 근사화 시킨 후 8개 비트로 부호화하는 과정

Analogue signal →  LPF → Sampling → 압축기 → 양자화 → 부호화 → 재생중계기 → 복호화 → 신장기 → 여파기 → Analogue signal

2. 표본화

   - 연속 신호를 일련의 표본(이산 시간 신호)으로 바꾸는 과정

3. 표본화 정리

  - 원 신호의 최대주파수가 fm일 때, 2fm 이상으로 표본화(fs)하여 송신하면 수신측에서 표본 추출된 신호로부터 원신호를 정확하게 재생이 가능  

     (c) fs = 2fm

     (d) fs < 2fm  : Aliasing 발생, 원신호 복구 불가

 4. 양자화

 - 연속적인 진폭값을 유한한 수의 진폭값에 대응, 즉 연속적으로 변화하는 어떤 값을 불연속적인 대표값으로 나타내는 값

 - 이 과정에서 양자화된 파형과 원파형의 오차가 발생되는데 이 오차를 양자화 잡음이라고 함

    양자화 잡음= Q(양자화 파형)-S(원파형), PCM의 주된 잡음 

 - 양자화 스텝사이즈가 작으면 작을수록 양자화 잡음은 줄어들게 되지만 입력신호 전 범위를 양자화하는데 필요한 스텝수가 많아지게 되므로 부호화 비트수가 많아지게 된다.

 - 양자화 레벨 M=2^n(n: bit 수)

 - 양자화 잡음 전력 N=∇^2/12(∇: 양자화 스텝폭)

 - 양자화 잡음비 S/N=6n+1.8[dB](n: bit 수)

    1bit 증가할 때 6[dB] 증가, '6dB 법칙'

5. 양자화 잡음비 개선 방법

 - Oversampling(Sampling 주파수를 Nyquist율보다 높여서 양자화 한다)

 - 양자화 스텝수 M을 증가시킨다. 다시 말하여 스텝사이즈를 줄인다.(스텝수를 2배할 때마다 S/N비는 6dB 개선)

 - 비선형 양자화를 행한다.

   (입력 신호 레벨이 작을 때는 양자화 스텝 사이즈를 작게, 입력 신호 레벨이 클 때는 양자화 스텝 사이지를 크게 하는 방식)

 - 압신방식(진폭이 적은 곳은 신장, 진폭이 큰 곳은 압축)을 사용함으로써 비선형 양자화와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 

 * Oversampling의 효과

   가. 개요

      - Oversampling이란 Nyquist 주파수(fs=2fm)보다 훨씬 높은 주파수로 표본화하는 것을 말하며 이미 Sampling된 신호를 다시 Sampling 하는 것

         [실례]

          가령 CD의 경우 44.1kHz, DVD의 경우 48kHz로 샘플링되어 있는데 이것을 재생할 경우 sampling이 clock 신호를 제거하기 위해 출력단에 아날로그 LPF가 필요함

          하지만 fs/2가 되는 주파수에서(가령 44.1kHz의 경우 22.05kHz)에서 샤프한 LPF를 구성하는 것은 상당히 높은 차수의 필터가 요구됨

          그래서 44.1kHz로 된 신호의 중간에 두 샘플링 신호의 평균값이 되는 신호를 넣어주면 원신호에 대해 2배의 sampling rate가 됨

     - Oversampling은 오차를 없애기 위해 표본화를 할 때 아나로그 파형의 최고 주파수로 표본화하지 않고  일반적으로 2.56배 정도로 표본화함

  나. Oversampling의 효과

     - 양자화 잡음 경감

     - 표본화된 PAM 신호의 간격이 넓어 완만한 차단 특성을 갖는 필터 사용이 가능해지므로 필터 구현이 용이

     - 2배의 주파수로 Oversampling하면 양자화 잡음의 스펙트럼이 2배로 넓게 퍼져서 양자화 신호대 잡음비가 3dB 개선

       S/N=6n+1.8+10logd[dB](n: bit 수, d:oversampling 계수)

6. 양자화 방식의 종류

 6.1 선형 양자화

     - 입력 신호 레벨에 관계없이 동일한 스텝 사이즈로 양자화

 6.2 비선형 양자화

     - 작은 신호 레벨은 작은 스텝 사이즈로, 큰 신호 레벨은 큰 스텝 사이즈로 양자화

 6.3 적응 양자화

     - 입력 신호의 기울기에 따라 양자화 스텝사이즈의 크기를 증가 또는 감소시키는 방식

     - ADM, ADPCM에 적용

     - S/N 양호해지나 시스템 구성 복잡

 6.4 Dither 장비

     - 양자화 간격의 1/3보다 작은 백색잡음을 삽입하여 양자화 왜곡을 경감시키는 기술

[참고] 

 디더링이란?

     양자화가 진행되는 동안 시간 도메인에서 충분히 빠른 속도로 샘플링하면 웨이브폼 정보를 거의 완벽하게 보존할 수 있을 것입니다. 진폭 도메인에서 디더링을 통해 웨이브폼 정보의 대부분을 보존할 수 있습니다.

http://www.ni.com/white-paper/3016/ko/

1.개요

2. 고효율 PCM

3. DPCM

 3.1 개요

 3.2 DPCM의 구성도

4. DM(Deltal Modulation, 델타변조)

  4.1 개요

  4.2 DM 구성도 및 파형

  4.3 특징

5. Adaptive DPCM, DM

6. 상호비교

1. 개요

  - 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화하여 디지털 데이터로 변환하는 것을 PCM(Pulse Code Modulation)이라고 함

  - PCM은 64kbps 속도로 광대역성을 가짐

  - PCM 신호 전송 시 전송 효율을 높이기 위해 DPCM, DM을 사용함

2. 고효율 PCM

  - DPCM, DM, ADPCM, ADM

  - bps=fs*n, n을 낮추므로써 전송 용량을 낮추고자 함

  - sample 당 비트수: PCM(8bits)

                               DPCM(4bits)----->ADPCM

                               DM(1bit)----->ADM

3. DPCM

 3.1 개요

  - DPCM은 실제 표본값과 예측된 표본값의 차이만을 부호화하여 정보량을 감소시킴

  - 차만을 양자화하기 때문에 양자화 Step가 줄어들어 정보량이 줄어듬

  - 음성과 영상신호는 데이터간 상관성이 높아 DPCM 적용 시 효율적인 특성 결과를 얻게 됨

  - DPCM의 성능 개선을 위해 적응형 양자화기와 적응형 예측기를 사용한 ADPCM이 사용됨

 3.2 DPCM의 구성도

<참조> http://linecard.tistory.com/24

4. DM(Deltal Modulation, 델타변조)

  4.1 개요

  - 순시 진폭값과 예측값과의 차이를 1bit 부호화로 처리하여 정보전송량을 크게 줄임

  - 차분신호 ∇t가 단지 1비트로 부호화되는 가장 간단한 DPCM 형태임

  - DM은 현재의 표본값에서 이전 표본값을 뺀 차동신호가 (+)이며 '1'로 (-)이면 '0'으로 부화화하는 방 식

  - 1bit 양자화기를 사용하기 때문에 양자화 잡음을 줄이기 위해 Oversampling 한다

    (음성의 경우 DPCM fs=8kHz, DM fs=16kHz)

  4.2 DM 구성도 및 파형

  - DM 구성도는 DPCM과 동일(단지 DM에서는 1bit 양자화기, DPCM에서는 4bit 양자화기)

  - 델타 변조기의 파형

     아날로그 파형이 급격하게 변하는 경우 그 변화를 추적할 수 없을 때 경사 과부하 잡음(Slope Overload Noise)

                             완만하게 변화할 경우 입상(Granular) 잡음이 발생

  4.3 특징

    -  델타 변조는 정보량을 상당히 줄일 수 있고(많은 정보를 압축), 회로구성이 간단하여 신뢰성이 높음

    - 전송 중의 에러에 대단히 강하여 BER이 10^-1~10^-2 정도로 저하되어도 음성통신 가능

5. Adaptive DPCM, DM

  - DPCM, DM 방식의 성능을 개선하기 위해 적응형 양자화기와 적응형 예측기를 사용하는 고효율 PCM 방식

  - 입력신호의 기울기가 커지면, 양자화 Step Size 증가시킨다(경사 과부하 잡음 감소)

  - 입력신호의 기울기가 작아지면, 양자화 Step Size 감소시킨다(입상 잡음 감소)

6. 상호비교