[데이터 통신]Signal Encoding Techniques

용어정리

Unipolar : 신호(0,1)가 모두 같은 극을 가짐

polar : 신호(0,1)가 각각 다른 극을 가짐

Data rate : 초당 전송되는 비트 수

Duration or length of a bit : 비트 구간 또는 비트길이는 송신기가 한 비트를 방출하는 데 걸리는 시간으로 1/Data rate 이다.

Modulation rate : 변조율은 신호 레벨의 변화 속도

Mark and space : 각각 1과 0을 뜻한다.

Interpreting Signals

1. 비트의 시작과 끝을 알아야한다.

2. 비트의 지속 시간을 알아야한다. 111111왔을 때 이게 1인지 11인지 구별

3. 5V와 -5V가 올 때 어느것이 1이고 0인지 알아야한다.

4. 데이터 율이 증가하면 비트 오류율도 증가한다.

5. 신호 대한 잡음 비가 작으면 오류율이 감소한다.

6.Bandwidth가 넓어지면 데이터 율이 증가한다.

전송기법 평가 방법

신호 스펙트럼, 시간 정보, 오류 검출, 신호 간섭 및 잡음 면역성, 가격 및 복잡성

NRZL

0과 1에 대해 각각 전압 레벨을 사용한다. 대체로 음전압에 1, 양전 압에 0을 쓴다. 또한 DC전압을 줄이기 위해 0과 +5V가 아닌 -5V와 5V로 한다.

NRZI

차등 인코딩 중 특정 신호가 나올 때만 전압을 변경한다. NRZL보다 잡음에 강하다.

-> NRZ는 modulation하기는 가장 쉽지만 직류 성분의 존재와 동기 능력이 부족하다. NRZL에서는 특정 신호가 연속되거나 NRZI에서는 0의 신호가 연속될 때 전압 역시 유지해야 되는데 이는 직류 시스템이 들어가야 한다. 같은 전압이 유리되면 열에너지가 발생되기 때문에 문제가 발생할 수 있으며 둘 사이의 동기화를 잃게 만든다.

Multilevel Binary - Bipolar-AMI

신호가 1이 나왔을 때 양,음 순서대로 전압을 변경한다.

0은 0으로 유지한다.

Multilevel Binary - Pseudoternary

-> 순직류 선분이 없으며 NRZ보다 오류 검출이 쉽다. 신호 하나에 대해서만 연속적으로 나와도 동기화가 된다. 그러나 반대 신호에 대해서는 동기화를 잃을 수도 있다.

레벨을 3개 사용하지만 표현할 수 있는 값은 2개이다.

Biphase - Manchester

0일때는 하향 천이 1일때는 상향 천이가 일어난다.

Biphase - Differential Manchester

0일　때는 천이가 2번 1일때는 한번 일어난다.

->매 신호마나 전압이 바뀌어 동기화 하기 쉽다.

직류 성분이 없다. 천이가 지정위치에서 잃어나야하는데 다른곳에서 잃어나면 오류이다.

천이가 너무많아 모듈레이션 비용이 크다. 많은 대역이 필요하다.

Scrambling

Biphase는 높은 데이터율 때문에 LAN응용에서 널리쓰였지만 신호율이 높아 장거리 통신에 사용하지 못한다. 그래서 기존 기법에 연속된 부분을 치한 함으로서 성능을 올린다. 단 치한하는 코드는 정상 코드에서 나올수 없는 코드여야한다.

1. 직류 성분이 없다.

2. 긴 0 신호가 없다.

3. 데이터율이 감소하지 않는다.

4. 오류 검출 능력

B8ZS

Bipolar에 연속된 비트를 치환한 것이다.

+0000 0000 => 000+ -0-+

-0000 0000 => 000- +0+-

HDB3

0000(대체)이후 펄스 개수가 짝수인지 홀수인지로 직류선분을 없애고 직전 펄스로 짝인지 홀인지 정한다.

디지털 데이터 -> 아날로그 신호

전화시스템에 많이 사용된다.

모뎀으로 데이터를 변경한다.

300Hz ~ 3400Hz대역이다.

ASK(Amplitude S K)

진폭을 다르게 하여 데이터를 표현한다.

진폭이 없으면 노이즈가 발생하기 쉽다. 속도를 줄여 사용하거나(전화) 광케이블을 같이 이용하여 노이즈를 줄인다.

BFSK(B Frequency S K)

진폭으로 신호를 구분한다. ASK보다 오류가 둔감하다 다중레벨로 갈수록 대역폭 효율을 제공하지만 오류율이 증가한다.

PSK

Binary PSK - 0과 1이 위상이 180차이가 있다

Differential PSK - 1일때만 위상이 180 차이를 낸다.

Quadrature PSK - 위상 차를 90으로 하여 4개의 데이터를 보낸다.

진폭으로 구별하는 것보다 주파수로 구별하는 것이 더 대역폭이 넓다.

QAM

ASK와 PSK를 합쳐논 것이다.

같은 위상의 다른 진폭으로 더 많은 종류의 데이터를 표현할 수 있다.

아날로그 데이터 -> 디지털 신호

PCM
PCM은 sampling이론을 바탕으로 한 것이다. sampling이론이란 어떤 신호가 유의미한 최고의 주파수보다 2배 이상의 속도로 일정한 시간 간격마자 채집된다면, 채집된 데이터는 원래의 신호가 가진 모든 정보를 포함하게 된다. 즉 음성 데이터가 4000Hz 이내의 주파수로 제한되어 있다면 초당 8000개의 샘플로 음성 신호를 완전히 특징지을 수 있다.

진폭의 위치에 따라 PCM코드가 다르다.

without nonlinear encoding - 폭이 동일하다

With nonlinear encoding –폭을 중심에 밀집시켜서 중앙의 정확도를 올리자

Delta Modulation

데이터 보다 낮으면 1 높으면 0이다.

리시버는 계단 모양의 데이터만 알 수 있다.

전화처럼 높낮이가 큰 변화가 없으면 PCM보다 좋다

->PCM은 진폭을 쪼갠 횟수에 따라 PCM code의 길이가 결정된다 반면 DM은 0아니면 1이다 따라서 셈플링한 횟수가 똑같다면 셈플링 데이터 크기가 달라진다.

4000Hz에서 8000번의 셈플링이 필요한데 pcm code가 4bit라면 8000*4=32kbps가 필요하고 DM은 8000*1 = 8kbps가 필요하다. 즉 압축할 때는 DM이 좋다.