3. 아날로그 신호 전송(아날로그signal)

1. 디지털 대 아날로그 전송

디지털 데이터를 아날로그 신호로 부호화하는데 3가지 방법이 있습니다.

1) 진폭 편이 변조(ASK) , 2) 주파수 편이 변조(FSK) 3) 구상 진폭 변조(QAM)

반송파의 정의는 아날로그 전송에서 발신자는 정보 신호에 기반이 되는 고주파를 생성한다 .이 고주파를 반송파라고 한다. 디지털 데이터를 아날로그 신호로 바꾸기 위해서는 이런 반송파 중 진폭, 위상, 주파수 중 하나를 변경하는 방법을 사용하고, 수신자는 반송파의 주파수에 맞추어지도록 조절한다. 

 

1) 진폭 편이 변조 : ASK 방식

몇가지 신호 요소의 준위를 사용할 수 있지만 보통 2개의 준위(서로 다른 2개의 아날로그 신호)를 사용하여 ASK를 구현합니다. 한 신호의 최대 진폭은 0이며 다른 신호의 최대 진폭은 반송파의 진폭입니다. 이처럼 서로 다른 두 진폭을 가진 아날로그 신호(준위)로 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전송하는 방식이 됩니다.

 

반송 주파수는 단지 하나이지만 변조 과정은 복합신호를 만드는데 그 복합 신혼는 각각 다른 주파수를 가진 간단한 신호들 이 조합되어 만들어진다. 따라서 아날로그 신호의 주파수는 1개이지만 실제 필요한 대역폭은 (1+d)*S만큼 필요로한다. 

 

(1+d)*s를 분석하면 우선 대역폭은 기본적으로 신호율과 비례한다는 사실을 안다.
이때 흔히 변조와 필터 과정에서 관련되는 d라고 불리는 또 다른 요소가 관여한다.  d는 0과1을 포함한 사이의 값이다. 

위 식을 통해 최소 요구 대역폭은 S에서 2S라는 것을 알 수 있다. 

또한 대역폭의 중간 지점은 반송파의 주파수가 위치한지점이 된다.
만약 띠대역 통과 채널을 사용한다면 변조 신호는 대역의 중앙에 위치하도록 선저해줘야한다. 

 

※ 다준위 ASK

위 설명에서는 2개의 진폭을 예시로 들었다. 2개 이상의 준위를 사용하는 ASK도 존재하지만 순수 ASK로 구현되지 않고QAM으로 구현된다. 

 

 

2) 주파수 편이 변조 : FSK 방식

데이터를 표현하기 위해 신호의 주파수를 다른 주파수를 가진 펄스(준위)를 사용하여 각 디지털 비트의 지속시간이 일정한 동안 신호의 주파수는 일정하며 다음 데이터 요소가 다른 값을 가지면 주파수가 바뀌게 된다. 

이 방식은 최고 진폭과 위상은 일정하게 유지 된다.

서로 다른 주파수인 2개의 반송파를 생각할 수 있다. 각각의 반송파는 자신만의 대역폭 S(1+d) 만큼을 요구하고 그 대역폭의 중점이 반송파 주파수이다. 

두 반송파 주파수 간의 차이를 2△f 라고 가정하면 

두 반송파에 대한 전체 요구 대역폭은 아래와 같다. 

B = (1+d)*S+2△f

 

3) 위상 편이 변조 : PSK 방식

위상 편이 변조 방식은 2개 이상의 서로 달느 신호요소를 나타내기 위해 위상의 변화를 준다.

진폭과 주파수는 일정하다. 전송하려는 디지털 데이터에 대해 아날로그 신호의 준위(서로 다른 위상을 가진 펄스)의 개수는 2개 이므로 한 준위당 하나의 디지털 데이터를 전송할 수 있으며 디지털 데이터가 변화할때마다 아날로그 신호의 준위가 바뀌게 되는 방식이다. 

위상 편이 변조의 2개의 반송파가 있을때 반송파의 요구 대역폭은 B=(1+d)S와 같다. 두 반송파는 위상만 다를 뿐 주파수는 동일하기 때문에 이 대역폭의 중점에 해당하는 주파수가 반송파의 주파수가 된다. 

 

 

2. 아날로그 데이터를 아날로그 신호로 변환

매체가 띠대역 통과 특성을 갖고 있거나 띠대역만 사용 가능한 경우 아날로그 데이터를 조건에 맞는 아날로그 신호로 변경해야한다.

아날로그 변조는 1) 진폭 변조, 2) 주파수 변소, 3) 위상 변조 3가지 방법이 있다.

 

1) 진폭 변조

변조 신호의 진폭 변화에 따라 반송파의 진폭이 같이 바뀌는 방식으로 변조 된다.

반송파의 주파수와 위상은 동일하며 정보의 변화에 따른 진폭의 변화만 존재한다.

 

2) 주파수 변조

주파수가 높을수록 신호를 더 멀리 보내기가 쉽습니다. 반송파의 최대 진폭과 위상은 일정하지만 변조 신호의 전압 준위에 따라 반송파의 신호 주파수가 변조되도록한다.

주파수 변조는 잡음이 거의 없다는 장점이 있다.

 

3) 위상 변조

이 방식은 반송파의 신호 위상이 변조 신호의 전압 준위의 변화에 따라 변조되게 된다.

반송파의 최고 진폭과 주파수는 일정하게 유지되지만 보내려는 신호의 진폭이 변함에 따라 반송파의 위상이 비례하여 변하게 된다.