ch05. Analog Transmission

DIGITAL-TO-ANALOG CONVERSION

• Using the following characteristics of Sine wave
  • 진폭
  • 주기
  • 위상
  • 진폭과 위상 : QAM
• Bit and baud rate, the carrier signal
• 동일한 미디어로 여러 채널 신호 전송이 가능하다. : BroadBand

Types of digital to analog conversion

• ASK(AmplitudeShift Keying)
• FSK(FrequencyShift Keying)
• PSK(PhaseShift Keying)
• QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

 

ASK(Amplitude Shift Keying)

1baud당 1bit를 표현할 수 있다. 0일 땐, 진폭의 세기가 약하고, 1일 땐, 진폭의 세기가 커진다.

1초에 5baud가 있으며, 1baud당 1bit를 표현할 수 있다.

 

 

• Baud rate bandwidth와의 관계
  • 1signal은 1bit를 표현한다.
  • Baud Rate = Bit Rate
• ASK Bandwidth
  • S : Signal Rate, N : Data Rate, r : Data Rate / Signal Rate
  • B : Bandwidth, d : factor
  • S = N * (1/r)
  • B = (1+d)*S, 0 < d < 1

Implementation of BPSK

 

FSK(Frequency Shift Keying)

• ASK는 잡음이 많은 환경에서는 신호를 구분하기가 어렵다.

Baud rate(5)/second(1)

ASK는 진폭의 세기에 따라 신호를 구분하였다면, FSK는 ASK의 단점에 대한 보안책으로 등장한 기법이다.

FSK는 주기를 달리해서 신호 요소를 구분하는 방법이다. 

FSK 대역폭은 낮은 주파수의 데이터 속도와 관련이 있지만 높은 주파수에서는 반송파로부터 모듈화된 주파수의 오프셋과 관련이 있다.

 

Implementation of BFSK

 

MFSK(Multiple FSK)

이전까지는 한 신호 요소에 1bit만 표현할 수 있었지만, MFSK는 한 신호요소에 여러 bits를 전송하는 기법이다.

• 각 신호 요소는 2bit이상을 나타낸다.
• 2개 이상의 주파수를 사용한다.
• 대역폭의 효율성이 향상한다.
• 오류에 더 취약하다.

 

PSK(phase Shift Keying)

위상에 따른 데이터 bit를 맵핑해서 전송하는 기법이다.

• Differential PSK
  • 일부 참조 신호가 아닌 이전 전송을 기준으로 위상 이동

 

4PSK

8PSK

PSK bandwidth

 

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)

• PSK와 QPSK와 비슷하다.
• 둘 이상의 비트를 나타내는 각 신호 요소를 보다 효율적으로 사용하면 더 많은 위상 각도를 사용하고 둘 이상의 진폭을 가질 수 있다.

1개의 baud에 3bits가 들어가있다.

 

N-QAM, N : Mapping 할 수 있는 bits의 수

 

진폭(기울기) -> 표현가능한 bits수, 위상(각도) -> 맵핑되는 bit종류

• 점의 수가 많아질수록 한 점이 표현가능한 bit개수가 증가한다. 따라서 Bit Rate도 증가한다.
• 이렇게 되면, 신호의 모양이 비슷해지는데, 이를 구분하기 위해선, 신호가 안정상태면 구분이 잘 되지만, 불안정한 상태라면 error율이 올라간다.
• 방법은 두 가지가 있을 수 있는데, 첫 번째는 신호상태를 계속 측정하면서 QAM의 점의 수를 조절한다.
• Buffer에 들어있는 bit에 따라 자른 후, 해당하는 사분면에 맵핑한다.

 

Analog - To - Analog Conversion

아날로그-아날로그 conversion에는 AM, FM, PM방법이 존재한다.

 

• AM
• 반송파의 진폭은 신호의 진폭에 따라 변경된다.

• FM
• 변조된 신호의 전압 레벨 변화에 따라 캐리어 주파수가 변경된다

• PM
• 반송파의 위상은 신호의 진폭에 비례하여 달라진다.

 

 

Angle Modulation

• Angle Modulation
  • s(t) = Ac cos[2πfct + φ(t)]
    cos(2πfct) : carrier signal
• PM(Phase Modulation)
  •  φ(t) = npm(t)
    m(t) : The input signal to be modulated
  • 신호의 크기는 위상에 영향을 미친다.
    주파수는 신호의 미분과 관련이 있다.
    np: 위상 변조 지수
• FM(Frequency Modulation)
  • φ‘(t) = nfm(t)
  • m(t) : 변조할 입력 신호
    신호의 크기는 주파수에 영향을 미칩니다
    nf: 주파수 변조 지수
    ΔF= nf Am/(2 π ) Am : m(t)의 최대값