데이터통신-Signal Encoding/Modulation(2)

Digtal 신호를 Digtal 신호로 사용되는 기법은 6가지가 있습니다. 그중에 두인 NRZ-L과 NRZ-I 에 대해 먼저 이야기해보도록 하겠습니다. 

 

Nonreturn to Zero-Level(NRZ-L)

- 0 -> 1 / 1 -> 0 

Nonreturn to Zero-Inverted(NRZ-I)

- differential encoding 사용

 

아래 그래프를 보면 NRZ-L 의 규칙은 빠르게 알 수 있습니다. 하지만 NRZI는 ... 잘 모르겠죠. 

differential encoding 을 사용하기 때문입니다. 

differential encoding 이 뭐냐하면은 0,1 의 값을 표현하는게 아니라 변화를 파악하는 겁니다. 

'0이 들어왔네? ' 가 아니라 '1이 0으로 바뀌었네?' 하는 겁니다. 

 

이는 신호해석의 관점에서 노이즈에 신뢰성이 있습니다. (reliable) 

 

예를 한 번 들어보겠습니다. 입력이 다음과 같이 들어온다고 생각해봅시다. 

292, 295, 299, 294, 290.

그럼 differential encoding 은 다음과 같습니다. 

292, +3, +4, -5, -4 

 

이렇게 하면 굳이 많은 양의 데이터를 통신할 필요가 없습니다. 

그럼 문제점은 뭘까요?

 

 

첫번째 값을 잘못 전송했거나(가장 안좋은 경우겠죠) 하나의 값이 error 가 날 경우 계속 전파된다는거죠.

Error Propagation입니다. 

 

NRZ 장단점

장점

-구현이 쉬움

-bandwidth 을 적게 사용

단점

-DC component

-동기화 하기 힘들어짐

 

-> 시그널 통신 말고 magnetic recording 에 자주 사용됩니다.

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Multilevel Binary

Use more than two levels

 

Bipolar-AMI는 다 합하면 0이 나옵니다. 이는 No net dc component를 의미합니다. (무슨 의미인지 몰라서 교수님께 쪽지보냄)

 

또한 1 0 -1 이렇게 왔다갔다하기 때문에 동기화가 쉽습니다. 

Bandwidth도 적게 들고 error detection 도 쉽습니다. 

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Biphase 

Mancherster Encoding

동기화 관점에서 유리합니다.

 

첫번째 1과 두번째 1의 방향이 다릅니다. Differential이 붙었기 때문에 1이 나올때마다 방향이 바뀌는 겁니다. 

 

Biphase의 장점과 단점

장점

- 스스로 클럭킹을 해서 동기화가 쉽습니다. 

- Dc component 없습니다. 

- Error detection 

 

단점

- 많은 bandwidth

- modulation rate 가 최대 NRZ의 두배입니다. 

 

 

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 Scrambling

Scrambling은 연속적인 값을 계속 유지하는 것이(입력이 0 0 0 0 0 0 0 0 ) 동기화의 어려움을 주기 때문에 임의적으로 값을 변화해주는 걸 말합니다. 아래는 예시입니다. 

보면 Scrambling 코드를 V로 구분해주고 있습니다. 

 

이렇게 하면 dc component를 없앨 수 있고 data rate 에 reduction이 없고 Error detection 하기 쉬워집니다.

 

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다음은 Analog Data를 Analog Signals 로 보내는 걸 알아보겠습니다. 

왜 analog signal을 modulate하나? Frequency division Multiplexing(FDM) 을 위해서 입니다. 

modulation의 종류는 세가지가 있습니다. Amplitude(진폭) , Frequency(주파수), Phase(위상) 입니다.

캐리어와 보내고자 하는 원본 , 그리고 세가지 종류에 따라 modulation 한 모습입니다. 

 

 

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Amplitude Modulation

 

머리가 아프게 수학적 개념이 들어가기 시작합니다. 제가 수학을 정말 못하는데요...

딱 봐도 어려워 보입니다. 일단 [ ] 로 묶인게 진폭에 해당합니다. 안에 m(t) 는 나의 메세지, 즉 아날로그 신호를 의미하죠. 그리고 fc는 Carrier 주파수 입니다. na는 Modulation Index 입니다. 

 

이걸 이해하기 위해선 주기함수를 이해해야하는데요. 주기함수 개념을 잠시 보겠습니다. 

 

g(x + T) = g(x)

T의 주기로 똑같은 함수를 의미합니다. 

여기서 진동 수 f 는 1/T 입니다. 

 

대표적인 주기함수는 cos, sin 이 있습니다. 

공식을 가져와봤습니다...

 

알아두면 좋습니다. 

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Modulation 기술

-Amplitude shift keying(ASK)

-Frequency shift keying(FSK)

-Phase shift keying(PSK)

ASK

캐리어의 다른 진폭으로 표현이됩니다. 

비효율적입니다. 

OOK ; On/Off keying

FSK

1.Binary FSK(BFSK)

2. Multiple FSK(MFSK)

BFSK 의 확장입니다. 

여러 비트로 표현해야합니다. 0,1 이 아닌 00, 01, 10, 11로 표현되어져야할 겁니다. 

 

PSK

Differential PSK

 

Quadrature PSK 는 2파이를 4등분에서 2분의 파이 만큼 나타냅니다.

 

-Multiple PSK

-QPSK

-Offset QPSK

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QPSK and OQPSK Modulators

101101 이 들어갔을때 1은 위쪽으로 가고 0은 아래쪽으로 흘러서 -1로 변합니다. I(t) 가 흘러서 cos(2파이fct)/루트2를 곱합니다. -1은 cos(2파이fct)/루트2 를 phase shift (p/2) 한걸 곱합니다. 그리고 이 두 값을 더합니다.