5 장부호화(Encoding)open.cyberoro.com/board/old_file/chap05.pdf · · 2007-04-07ÜAMI, B8ZS, HDB3 < 양극형 AMI(Alternate Mark Inversion)

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Data Communications & Networking – chapter 5. 1

5 5 장장 부호화부호화((Encoding)Encoding)

<정보는 통신 매체를 통해 전송되기전에 신호로 부호화되어야 한다

<여러 가지 부호화 방법


디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))

<단극형(Unipolar)Ü 하나의 극(양극 또는 음극)만을 사용 (1: 극, 0: idle)

<단극형 부호화 예

<단극형 부호화 문제점Ü직류 : DC(Direct Current) ComponentÜ직류성분을 다룰 수 없는 매체를 통과 못함Ü동기화(Synchronization)Ü연이은 “0” 이나 “1”에 대한 타이밍을 맞추기 어렵다 .

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디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))<극형(Polar)Ü두가지 전압(양극과 음극)을 사용Ü단극형 부호화의 직류성분 문제 완화w 맨체스터 부호화, 차분 맨체스터 부호화 : 직류성분 완전 제거

<극형 부호화 종류Ü NRZ, RZ, Biphase

<NRZ(Non-Return to Zero)Ü신호의 준위는 항상 양극 아니면 음극Ü한 비트 간격동안 전압이 항상 일정치를 유지w Zero 전압으로 돌아오지 않음

Ü NRZ-Lw 가장 간단한 형태이며, 신호 레벨이 비트 상태를 나타냄w 컴퓨터 주변기기에 사용

Ü NRZ-I : 정보비트가 1이되면 극성 반전


디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))< NRZ-L와 NRZ-I 부호화

< NRZ의 장단점Ü 장점

w 잡음 발생 시 상대적인변화값에 의해 0,1을 판별함으로잡음의 영향을 덜 받는다.

w 신호를 보내는 매체의 극성과무관함

Ü 단점w 직류 성분의존재와 동기화 능력 부족

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< RZ(Return to Zero)

Ü 3개의 값을 사용(양극, 음극, 제로)하여 동기화 보장w 1 : 양극에서 제로로

w 0 : 음극에서 제로로

w 0 전압은동기화에 사용

Ü 각 비트 간격의 반이 지나고 나면 신호는 다시 zero로 되돌아옴

Ü 단점 : 한 비트 부호화를 위해 두번의 신호 변화가 일어남, 많은 대역폭 필요

< RZ 부호화


디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))< 2상(Biphase)

Ü 동기화 문제에 대한 최선의 해결책Ü 2가지 방법으로구현

w Manchester, Differential Manchester

Ü 신호가 비트 간격의 한 가운데서 변화하되“0”으로 돌아오지않는다.

< Manchester와 Differential Manchester 부호화

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<맨체스터Ü각 비트 간격의 중간에서 신호 반전w 음? 양 : 1, 양 ? 음 : 0 표현

w RZ와 같은 수준의 동기화 달성

<차분 맨체스터Ü중앙의 반전은 동기화를 위해 사용w 비트 시작점에서 전이가 있을 경우 : 0 표현

w 그렇지 않을 경우 : 1 표현


디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))< 양극형(Bipolar)Ü 3개의 전압 레벨 사용(양극, 음극, 제로)

w 제로 레벨 : 2진 0w 양극과 음극 전압 : 1(교대로)

Ü AMI, B8ZS, HDB3< 양극형 AMI(Alternate Mark Inversion)Ü 양극형 부호화의 가장 간단한 유형Ü 교대로 나타나는 반전은 1의 비트 의미Ü 단점 : 계속되는 0의 문자열에 대한 동기화 문제

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디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))< B8ZS(Bipolar 8-Zero Substitution)Ü 계속적인 0의 문자열에 동기화를 제공하기 위해 북미에서 채택된 방식

< B8ZS 부호화

Ü 0이 8개 이상 연속적으로 나타날때, 0문자 속에 VIOLATION이라는 인위적인 신호변화 실행

Ü 변경된 극을 만나야 1이 입력된 것w 고의로 변경된 내용으로확인


디지털디지털--대대--디지털디지털 부호화부호화((계속계속))< HDB3(High-Density Bipolar 3)Ü 연속된 0의 문자열 동기화를 위해 유럽과 일본에서 채택한 방식

< HDB3 부호화

Ü 매번 연속된 4개의 0을 만나면 AMI 패턴에 변경 시킴Ü 앞의 마지막 1이 홀수개 : 연속된 4번째 0의 위치에 위반 패턴 삽입Ü 1이 짝수개 : 연속된 0의 첫번째와 4번째 위치에 위반 패턴 삽입

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<예제 5.1Ü B8ZS를 사용하여 비트 스트림 10000000000100을 부호화하라. 첫

번째 1의 극은 양으로 가정 한다

<풀이



<예제 5.2Ü HDB3을 이용하여 비트 스트림 10000000000100을 부호화하라 . 지

금까지의 1의 개수는 홀수이고 첫 번째 1은 양으로 가정한다

<풀이

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5.2 5.2 아날로그아날로그--대대--디지털디지털 부호화부호화

<아날로그 정보를 디지털 신호로 표현<아날로그-대-디지털 부호화<펄스 진폭 변조(PAM:Pulse Amplitude Modulation)Ü아날로그 정보를 샘플링하여, 결과에 따라 연속된 펄스를 생성

Ü샘플링(표본 채집, Sampling)

w 일정한 간격마다 신호의 진폭 측정


아날로그아날로그--대대--디지털디지털 부호부호((계속계속))

<펄스 코드 변조(PCM:Pulse Code Modulation)Ü양자화는 샘플링된 간격을 특정 범위의 값으로 할당하는 방법

Ü양자화

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<아날로그 신호에서 to PCM 디지털 코드까지



<Sampling RateÜ아날로그 신호의 디지털 재현의 정확도는 채집된 표본의 수에 따

라 다르다.

Ü나이퀴스트 정리(Nyquist theorem) : PAM을 사용하여 아날로그 신

호를 재현하기 위해서는 표본채집률이 최소한 원래 신호의 최고

주파수의 2배가 되어야 한다 .

Ü최고 주파수가 4,000Hz인 전화목소리 정보 채집

w 매초 8,000번의 표본 채집율

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< 예제 5.3

Ü 10,000Hz(1,000Hz에서 11,000Hz까지)의 대역폭을 갖는 신호에 필요한 표본 채집률은?

Ü 풀이w 표본채집률 = 2 * (11,000) = 22,000 samples/second

< 표본당 몇 비트인가?

Ü 표본 채집률을 알았다면, 필요로 하는 정밀도 레벨에 따라 각 표본당 전송되어지는 비트의 수 결정

< 예제 5.4

Ü 각 표본당 12레벨의 정밀도(+0 ~ +5, -0 ~ -5)가 요구된다면 각 표본에 보내어지는 비트의 수?

Ü 풀이w 4 비트 ( 1비트 – 부호비트, 3비트 = 23 = 8레벨)



<비트율Ü비트율 = 표본채집율 * 표본당 비트수

<예제 5.5Ü사람의 목소리를 디지털화 하고자 할 때, 표본당 8비트

라고 가정하면 비트율은 얼마인가?

<풀이Ü표본채집율 = 4,000 * 2 = 8,000 samples/secondÜ비트율 = 표본채집율 * 표본당 비트수 = 8,000 * 8

= 64,000 bits/s = 64Kbps

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5.3 5.3 디지털디지털--대대--아날로그아날로그 부호화부호화

<ASK(Amplitude Shift Keying)

<FSK(Frequency Shift Keying)

<PSK(Phase Shift Keying)

<QAM(Quadrature Amplitude Modulation)


디지털디지털--대대--아날로그아날로그 부호부호((계속계속))

<비트율(Bit rate) : 초당 전송되는 비트의 수

Ü비트율 = 보오율 × 비트 수

<보오율(Baud rate) : 초당 신호단위의 수

Ü비트율은 각 신호단위에 표현되는 비트 수와 보오율의 곱이므로

보오율은 비트율보다 적거나 같다.

Ü보오율 = 비트율/비트 수

<반송파신호(Carrier Signal)

Ü정보신호를 위한 기본 신호

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<예제 5.6Ü아날로그 신호가 각 신호 요소에 4 비트를 전달한다. 초당 1,000개

의 신호요소가 보내진다면 보오율과 비트율은?

<풀이Ü보오율 = 신호요소의 수 = 1,000 bauds per secondÜ비트율 = 보오율 * 신호요소당 비트 수 = 1,000 * 4 = 4,000 bps

<예제 5.7Ü신호의 비트율이 3,000이다. 각 신호의 요소가 6비트를 전달한다

면 보오율은?

<풀이Ü보오율 = 비트율/신호요소당 비트의 수

= 3,000/6 = 500 bauds per second



<진폭편이 변조(ASK:Amplitude Shift Keying) Ü진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않음

w 0과 1을 표현하기 위해 신호의 강도 변화

Ü잡음 등에 민감

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< 보오율과 ASK 대역폭의 관계

< ASK에 요구되는 대역폭Ü BW = (1+d) * Nbaud

Ü BW:대역폭, Nbaud:보오율, d:회선의 상태와 관련된 계수Ü ASK에서 보오율과 비트율은 동일 ? 한신호 단위에 한 비트 표시

fc: 반송파



<예제 5.8Ü 2,000bps로 전송되는 ASK신호의 최소 대역폭은?

전송은 반이중 방식

<풀이Ü ASK는 보오율과 비트율이 같다 .

따라서 보오율 2,000, 대역폭 2,000Hz

<예제 5.9Ü 500Hz의 대역폭을 갖는 ASK신호의 보오율과 비트율은?

<풀이Ü ASK에서 보오율은 대역폭과 같다.Ü보오율: 5,000 , 비트율: 5,000 bps

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<예제 5.10Ü 10,000Hz(1,000~11,000Hz)의 대역폭에 대해 시스템의 전이중 ASK

다이어그램을 그리시오. 각 방향의 반송파와 대역폭을 구하라.

<풀이Ü각 방향의 전이중 ASK는 BW = 10,000/2 = 5,000Hz

반송주파수는 각 대역의 중간지점

fc(forward) = 1,000 + 5,000/2 = 3,500Hzfc(backward) = 11,000 – 5,000/2 = 8,500Hz



<주파수 편이 변조 (FSK:Frequency Shift Keying)Ü신호의 주파수가 2진 1 또는 0에 따라 변경

Ü ASK의 잡음 문제 해소

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<FSK의 보오율과 대역폭의 관계



<예제5.11Ü 2,000bps로 전송되는 FSK신호의 대역폭을 구하라 . 전송은 반이중

이고, 반송파는 3,000Hz만큼 분리되어야 한다 .Ü보오율과 비트율이 동일

<풀이Ü fc1과 fc2가 반송주파수라면

BW = 보오율 + (fc1 – fc0)BW = 비트율 + (fc1 – fc0)

= 2,000 + 3,000 = 5,000Hz

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<예제5.12Ü매체의 대역폭이 12,000Hz이고, 두 반송파 사이의 간격이 최소

2,000Hz가 되어야 할 때, FSK 신호의 최대 비트율은? 전송은 전이중이다.

<풀이Ü BW = 보오율 + (fc1 – fc0)Ü보오율 = BW – (fc1 – fc0) = 6,000 – 2,000 = 4,000HzÜ보오율은 비트율과 같으므로 4,000bps



<위상편이 변조 (PSK:Phase Shift Keying)Ü위상이 2진 1 또는 0에 따라 변경

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<PSK성운 (Constellation)



<4-PSK

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<4-PSK의 특성



<8-PSK의 특성

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<PSK에서 요구되는 대역폭



<예제5.13Ü 2,000bps의 속도로 전송하는 4-PSK신호 전송에 요구되는 대역폭

은? 전송은 반이중 방식이다.

<풀이Ü 4-PSK에서 보오율은 비트율의 반이므로 1,000이다 .Ü PSK 신호는 보오율과 같은 대역폭을 필요하므로 1,000Hz

<예제5.14Ü 8-PSK신호에 5,000Hz의 대역폭이 주어졌을 때, 보오율과 비트율

은?

<풀이Ü PSK에서 보오율은 대역폭과 같으므로 5,000

8-PSK에서 비트율은 보오율의 3배이므로 15,000bps

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<구상 진폭변조(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)Ü ASK와 PSK의 조합(진폭과 위상을 조합)Ü현대의 모든 모뎀에 사용

<4-QAM과 8-QAM 성운


<8-QAM 신호의 시간 영역


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< 16-QAM 성운



<비트와 보오

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<비트율과 보오율 비교

8NN8Octabit256-QAM

7NN7Septabit128-QAM

6NN6Hexabit64-QAM

5NN5Pentabit32-QAM

4NN4Quadbit16-QAM

3NN3Tribit8-PSK, 8-QAM

2NN2Dibit4-PSK, 4-QAM

NN1BitASK, FSK, 2-PSK

Bit RateBaud RateBits/BaudUnitsModulation



<예제 5.15Ü성운다이어그램이 하나의 원 위에 같은 간격으로 위치한 8개의 점

으로 구성되어 있다 . 비트율이 4,800bps이면 보오율은?

<풀이Ü성운으로 부터 45도씩 떨어진 점으로 구성된 8-PSK변조 이므로

23=8, 3비트가 1개의 신호요소에 의해 전송 된다 .

Ü보오율 = 4,800/3 = 1,600 baud

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<예제5.16Ü 1,000보오, 16-QAM 신호의 비트율은?

<풀이Ü 24 = 16이므로 한 신호당 4비트가 전송되므로

(1,000) * (4) = 4,000bps

<예제5.17Ü 72,000bps, 64-QAM 신호의 보오율은?

<풀이Ü 26 = 64 이므로, 한 신호당 6비트가 전송되므로

72,000 / 6 = 12,000 baud


5.4 5.4 아날로그아날로그--대대--아날로그아날로그 부호화부호화

<아날로그 정보를 아날로그 신호로 표현<진폭변조(AM:Amplitude Modulation)Ü위상과 주파수는 변하지 않고 진폭만 정보에 따라 변화한다

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아날로그아날로그--대대--아날로그아날로그 부호화부호화((계속계속))

<AM 신호의 대역폭Ü변조되는 신호의 2배



<예제 5.18Ü 4KHz의 대역폭을 갖는 오디오 신호가 있다. AM을 사용하여 부호

화 할 때 필요한 대역폭은?

<풀이Ü BW = 2 * 4KHz = 8KHz

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<주파수 변조(FM: Frequency Modulation)Ü정보 신호의 진폭이 변경되면, 반송 주파수도 같은 비율로 변경



<FM 대역폭Ü변조 신호 대역폭의 10배와 같다

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<예제5.19Ü 4MHz 대역폭을 갖는 오디오 신호가 있다 . FM을 사용하여 신호를

부호화하기 위해 필요한 대역폭은?

<풀이Ü BW = 10 * 4Mhz = 40Mhz



<위상 변조(PM: Phase Modulation)Ü반송파 신호의 위상이 변조신호의 진폭의 변화에 따라 변조

Ü주파수 변조의 대안으로 일부 시스템에서 사용

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