데이터부호화 데이터의형태 : 아날로그, 디지털 신호의형태 : 아날로그, 디지털 데이터부호화 : 아날로그나디지털데이터를다른모양의데이터나신호로변환 디지털데이터 / 디지털신호 디지털데이터 / 아날로그신호 아날로그데이터 / 디지털신호 아날로그데이터 / 아날로그신호 부호화기 / 복호화기 (Encoder/Decoder) 데이터비트를디지털신호로변환 ( 디지털시그널링 ) 변조기 / 복조기 (Modulator/Demodulator) 아날로그나디지털데이터를아날로그신호로변환 ( 아날로그시그널링 ) 1
부호화및변조기술 x(t) g(t) : 디지털혹은아날로그 부호화기 x(t) 디지털 복호화기 g(t) t (a) 디지털신호로의부호화 S(f) m(t) : 디지털혹은아날로그 변조기 f c s(t) 아날로그 복조기 m(t) fc f 반송주파수 (b) 아날로그신호로의변조 2
디지털데이터, 디지털신호 디지털데이터를선로에적합한디지털신호의형태로변환 대표적기법 NRZ NRZ (Non-Return to Zero) Manchester Differential Manchester 3
Nonreturn to zero(nrz) The simplest encoding scheme 0 => transmitted by raising the voltage level to high 1 => transmitted using low voltage 4
Manchester Encoding Self-synchronizing code 0 => transition form high to low at the center of each bit cell 1 => transition from low to high at the center of each bit cell 5
Differential Manchester encoding Self-synchronizing code Always a transition at the center of each bit 0 => a transition at the start of the bit cell 1 => no transition at the start of the bit 6
Digital Coding 예 7
Digital Coding 예 8
Digital Coding 예 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 NRZ-L NRZI Bipolar-AMI Pseudoternary Manchester Differential Manchester 9
Why Digital Coding? To reduce high frequency components Less high frequency components, less distortion For better synchronization capability More transitions, easier synchronization To reduce DC (Direct Component) Less DC, easier AC (Alternative Component) coupling For noise immunity 10
신호스펙트럼 Mean square voltage per unit bandwidth NRZ-L, NRZI B8ZS, HDB3 AMI, Pseudoternary NRZ = Nonreturn to zero level NRZI = Nonreturn to zero inverted AMI = Alternate mark inversion B8ZS = Bipolar with 8 zeros substitution HDB3 = High density bipolar - 3 zeros f = frequency (Hz) R = data rate (bps) Manchester, Differential Manchester Normalized frequency ( f / R ) 11
아날로그데이터, 아날로그신호 기본아날로그변조원리 진폭변조 (AM: Amplitude Modulation) 주파수변조 (FM: Frequency Modulation) 위상변조 (PM: Phase Modulation) 12
진폭변조, 주파수변조및위상변조 (a) 반송파 (carrier) (c) 진폭변조신호 (b) 변조할정현파신호 (d) 주파수변조신호 (e) 위상변조신호 13
디지털데이터, 아날로그신호 반송파신호 (carrier signal) 의진폭, 주파수, 위상중에하나또는이들의조합을이용하여디지털데이터비트를표현 기본디지털변조원리 진폭편이변조 (ASK: Amplitude-Shift Keying) 주파수편이변조 (FSK: Frequency-Shift Keying) 위상편이변조 (PSK: Phase-Shift Keying) 14
디지털변조원리 ASK (Amplitude Shift Keying): s( t) = Acos(2πf 0 c t) binary 1 binary 0 FSK (Frequency Shift Keying): s( t) Acos(2πf1t ) = Acos(2πf 2t) binary 1 binary 0 PSK (Phase Shift Keying): QPSK (Quadrature( PSK): Acos(2πf ct + π ) s( t) = Acos(2πf ct) 90 o 의위상차를갖는 4개의신호요소를사용 하나의신호가 2개의비트전달 binary 1 binary 0 15
디지털변조의예 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 ASK FSK Differential PSK 16
QPSK QAM 17
QAM(Quadrature Amplitude Modulation) Combine ASK and PSK 위상과진폭이서로다른신호요소를사용 하나의신호가여러개의비트전달 18
QAM 신호요소 90 135 1011 1010 0010 1000 45 180 1111 0111 0011 0110 0000 0101 0001 1001 0 1110 225 0100 1101 315 1100 270 19
아날로그데이터, 디지털신호 PCM 부호화기 연속시간, 연속진폭의아날로그데이터 PAM 표본화기 PAM 펄스 양자화기 PCM 펄스 디지털데이터부호화기 PCM 출력 선로부호화기 디지털신호 Sampling 을통해펄스로표현 : PAM (Pulse Amplitude Modulation) 펄스 이산시간, 연속진폭의신호 PAM 펄스를양자화 : PCM (Pulse Coded Modulation) 펄스 이산시간, 이산진폭의신호 20
Analog-Digital Conversion 아날로그신호 3.0 1.4 6.2 6 1. 3 2.8 5.9 6 4.1 표본화시간 PAM 펄스 3 1 1 3 4 PCM 펄스 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 PCM 출력 21
Sampling 22
Nyquist s Sampling Theorem Sampling frequency > 2f H f H = the maximum frequency contained in the signal The receiver can completely reconstruct a signal by sampling it 2f times per second 23
Quantization 24
다중화 개념 하나의전송선로를통하여여러개의신호를결합하여함께전송하는기술 다중화방식 : 주파수분할다중화 (FDM: Frequency Division Multiplexing) 시분할다중화 (TDM: Time Division Multiplexing) 광파장분할다중화 (WDM: Wavelength Division Multiplexing) N 개의입력 MUX 하나의공유링크 N 개의채널 DEM UX N 개의출력 25
주파수분할다중화 (FDM) 통신선로의주파수대역폭을여러개의작은대역폭으로나누어전송 여러송신신호를서로다른주파수대역으로변환 ( 변조 ) 하여전송 원신호의스펙트럼 CH1 CH2 신호의이동된스펙트럼 FDM 하나의링크에다중화된신호의스펙트럼 f CH3 26
주파수분할다중화의구조 m1 ( t) 부반송파 f sc1 ssc 1 ( t) m2 ( t ) m N ( t) 부반송파 f sc2....... 부반송파 f scn ssc 2 ( t) ssc N ( t)............. å mc ( t) 송신기 f c s( t) (a) 송신기 M c ( f ) 0 f sc1 f sc2 f sc N B sc1 B sc2 B B sc N f (b) 혼합신호의스펙트럼 대역여파기 ; f sc1 ~ ssc 1 ( t) 복조기 ; f sc1 m ~ 1 ( t) ~ s() t 수신기 f c m ~ c () t 대역여파기 ;........ 대역여파기 ; f sc2 f scn ~ ssc 2 ( t) ~ ssc N ( t) 복조기 ;........ 복조기,; f sc2 f scn m ~ 2 ( t)........ m ~ N ( t) (c) 수신기
ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line) 기존의전화선을사용 1 MHz 이상의넓은대역폭 비대칭전송속도 : 하향채널의속도가상향채널보다높음 하향채널속도 : 최대 8Mbps 상향채널속도 : 최대 1Mbps 5.5km 거리까지전송가능 주파수분할다중화원리사용 기존전화를위해서는하위 25kHz 대역폭사용 Plain old telephone service (POTS) 나머지주파수대역폭을 FDM 기술로두개의채널로다중화 상향채널, 하향채널 28
ADSL 채널구성 29
동기식시분할다중화 (Synchronous TDM) 전송시간을일정한간격의시간구간으로나누어주기적으로각채널에할당 시간슬롯 (time slot) 의위치에의해채널식별 하나의프레임은일정한수의시간슬롯으로구성 송수신기간의프레임단위의정확한동기가필수적임 디지털신호 TDM 할당된시간슬롯을 통해데이터전송 1 2 3 4... time slot 1 cycle 30
동기식시분할다중화기능구성도 m 1 ( t ) 입력버퍼 m.... m 2 ( t ) N ( t ) m i ( t ) 변조기 / 디지털송신기 s ( t ) (a) 동기식시분할다중화송신기 프레임 i 프레임 i+1 1 2..... N 1 2..... N 시간슬롯 ( 데이터로채워져있거나비어있음 ) (b) 동기식시분할다중화프레임 출력버퍼 m ~ 1 ( t ) ~ s ( t ) m ~ i 복조기 / 디지털수신기 ( t ) m ~ 2 ( t ) m ~ N ( t ) (c) 동기식시분할다중화수신기
DS-1 전송프레임구조 frame i-1 frame i (125 ms) frame i+1 framing channel 1 channel 2 channel 24 framing channel 1 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 24 x 8 + 1 = 193 bits
통계적시분할다중화 (Statistical TDM) 전송할데이터가있는경우에만시간슬롯을할당 동적인시간슬롯할당에의한전송대역폭의효율적인사용 추가적인주소정보를시간슬롯의헤드에부착하여식별자로사용 일반적으로데이터통신의다중화에널리사용 33
동기식시분할다중화와통계적시분할다중화의비교 A m 1 ( t ) 입력버퍼 t1 t2 t3 t4 B m 2 ( t ) m i ( t ) C m 3 ( t ) D m 4 ( t ) (a) 시분할다중화송신장치 프레임 1 프레임 2 프레임 3 A1 B1 B2 C2 A3 C3 D3 시간슬롯 낭비되는대역폭 (b) 동기식시분할다중화 A1 B1 B2 C2 A3 C3 D3 주소 데이터 여분의이용가능대역폭 (c) 통계적시분할다중화
파장분할다중화 (WDM) 광영역에서의일종의주파수분할다중화 단일모드광섬유는약 30THz 의넓은주파수대역폭을가짐 (1300nm 및 1550nm 광파장영역사용 ) 하나의광섬유를통해수십개의파장분할다중화가능 현재광전송기술로파장 1개당 2,5~10Gbps 급전송이가능 l 1 광 MUX 광 DEMUX l 1 l 2 l 1, l 2,,l m l 2 광섬유 l m l m 35