1. 정보전송공학 - 신호변환

*** 정보통신 시스템 구성도

데이터 전송계: 데이터를 목적지까지 전달					데이터 처리계
DTE (Data Terminal Equipment, 데이터단말 장치): 입출력 기능	DCE (Data Communication, 데이터통신장치): 신호 변환 장치, 회선 종단 장치	전송로	DCE (Data Communication, 데이터통신장치): 신호 변환 장치, 회선 종단 장치	CCU (Communication Control Unit,  통신제어장치): 회선  level 변동감시, 에러/오류 검출, 직/병렬 변환장치, 문자분해/조합	호스트 컴퓨터

 

 

1. 통신모형(샤논)

변조(Modulation)

- 보내고자 하는 정보신호(원신호)를 반송파의 진폭, 주파수, 위상 등에 실어 보내는 과정

- 원신호를 전송로에 적합한 신호로 변환

- 원거리 전송 가능

- 송수신 Ant 의 길이 해결

- 주파수 분할 다중화(FDM)

- 잡음과 간섭에 강함

- 회로 소자가 단순화되어 소형화 가능

- 정보원  ---->  송신기  --변조--> 전송매체 --복조 --> 수신기 ----> 수신자

 

 

2. 신호의 3요소

- 진폭, 주파수(시간장 진동수, Hz), 위상

 

 

3. PCM

 PCM 계통도

		아날로그 (PAM)		디지털(PCM)			아날로그(PAM)
		A/D 변환				전송 채널	D/A 변환
아날로그 신호 -----------	--LPF--	--표본화--	--압축--	--양자화--	--부호화-	--중계기-- 선로	--복호화--	--신장--	--LPF--	아날로그 신호 -----------
	사전 앨리어싱 차단 필터	아날로그 신호로부터 대푯값 추출		진폭을 이산화한 정수값	비트 조합으로 변환	ISI(인접부호간 간섭)	PAM 신호로 복원

 

표본화 오차

- Aliasing

- 절단오차: 아날로그 신호를 디지털화할 때 디지털화 된 값이 허용되는 최대값보다 큰 경우의 오차

- 반올림오차

- 개구오차

*절단 오차, 반올림오차, 개구오차: 이론적인 오차로 개선 불가

 

압축(Compressor): 1/2 압신기(Companding)

- 입력 PAM 작으면 크게, 입력 PAM 크면 압측

- 비선형 양자화 효과

- S/N 비 개선

- 압신기: 선형 양자화기를 비선형 양자화 효과 내게 함, 입력 PAM 작으면 크게, 입력  PAM 크면 압축

μ - Law	A - Law
북미식(NAS)	유럽식(CEPT)
μ = 255/1 (압축비)	A = 87.6/1
15절선	13절선
입력신호에 관계없이 대수곡선	낮은 입력에 대해서 선형 높은 입력에 대해서 대수곡선

 

 

양자화(Quandization)

-  양자화잡음: 반올림, 버림

- 표본값을 설정된(PAM, 순시값) 이산값으로 댕으시키는 과정

- 양자화 계단수 M =2         n: 양자화 비트수, 1 증가 시 계단은 2배씩 증가, 양자화 잡음 감소

- 양자화 비트 수 n = log M

 

양자화 잡음( (peak clipping, limiting))

slope over load noise (경사 과부화 잡음)	- PAM 신호가 설정해 놓은 전체 양자화폭을 넘어서게 되어 PAM 신호의 일부가 잘려나가 오차가 발생되는 양자화 잡음 - 변화의 크기가 너무 커서 이산적인 신호로의 변화가 이를 따라가지 못함으로 발생되는 오차 - 아날로그 파형이 급격히 변할 때 그 변화를 추적할 수 없어 경사 과부하 잡음으로 나타나는 잡음
Quantizion noise(양자화 잡음)	- 표본화 과정에서 PAM 신호를 0과 1의 이산적인 신호로 바꾸는 과정에서 발생되는 오차 - 계단의 크기가 S라 할 때 양자화 잡음은 S^2/12
Granular nise(입상 잡음)	- 경사 과부하 잡음의 반대로 안만하게 변하는 경우 냐타나는 잡음
양자화 잡음 대책	- 양자화 스탭 수 증가(2 bit = 4, 3bit = 8) - 압신기(Compander)사용 *압축기(송신측: 표뵨화 레벨이 큰 진폭 억누르고 작은 진폭 확대) +  신장기(수신측)을 사용함으로써 선형 양자화를 하면서 비선형 양자화의 효과 얻을 수 있음 - 음성비트를 7비트에서 8비트로 변환 - 양자화 간격 줄이기(양자화 레벨 증가시키기 or 부호화 비트 증가시키기) *부호화 비트 증가시키면 대역폭 확대되는 단점 있음 - 비선형 양자화 :부호화 비트수를 증가시키지 앉ㅎ으면서도 신호 레벨이 증가할수록 양자화 간격 증가시켜 신호 레벨이 낮은 부분에서도 양자화 잡음의 영향이 크게 작용하는 단점 보완한 양자화 방법

 

 

양자화기 종류

선형 양자화	- 양자화 잡음, 과부하 잡음, 일정한 간격 유지 양자화, 구성 간단,. S/N 감소 - 입력신호의 레벨(전압의 크기) 작을수록(경사 완만할수록) S/N 감소
비선형 양자화	- 선형의 개선, 입력신호 레벨에 따라 스탭의 간격 불규칙 - PAM 신호크기가 작은 영역 양자화 스탭 수 증가 시 스텝 크기 감소 - PCM - 24 채널의 스텝 크기 = 입력신호 전압의 최대치/양자화 레벨수(2^음성비트) = 2^7 = 128단계 - PCM - 32 채널의 스텝 크기 = 입력신호 전압의 최대치/양자화 레벨수(2^음성비트) = 2^8 = 256단계
적응형 양자화	- 순간압신 : 매 표본마다 스탭크기 설정 - 음절압신: 5ms 간격 스탭크기 설정 - ADM(적응형 델타변조). ADPCM(적응형 차분 펄스 부호변조) - S/N비가 좋음 - 시스템 구성 어려움

 

 

예측기 사용여부에 따른 분류

예측 양자화	- 전압의 순시치의 차이점만을 양자화, DPCM. DM
비예측 양자화	- 입력되는 순시치 진폭, 그 자체만을 양자화 적응형 예측기 - 순차적응방식: 매 표본시간마다 필터의 예측계수를 변형시킴                         매 표본시간마다 업데이트 시킴 -> 예측오차 최소화 힘듬                         필터계수 따로 송신할 필요 없어 시스템 구성 간단함 - 블록적응방식: 일정시간마다 필터의 예측계수를 변화시킴                         예측오차 최소화 효과적                         예측기의 필터계수를 수신단으로 송신 위해서는 양자화된 오차신호와 같이 다중화 되있어야 함(시스템 복잡)

 

 

 

부호화

- 양자화된 신호로부터 0과 1의 조합으로 변환

	pulse 유	pulse 무	극성 +	극성 -
High Logic(정논리)	1	0	1	0
Low Logic(부논리)	0	1	0	1

 

Gray Code(A/D 변환기의 일종)	- 직렬 부호기(Serial Coder): 구성이 쉽고, 경제적, 변환속도 느림, 8개의 PCM 워드를 구성하는 각 bir를 순차적으로 1개씩 생성 - 병렬 부호기(Parallel Coder): 구성이 매우 복잡, 비경제적, 변환속도 빠름, 8개의 PCM 워드 동시에 생성
Source Coding (원천부효과)	A -> D(압축)
channel Coding(오류 검출 및 정정	- parity(검출) - CRC - Haming - Convolution - BCH - Turbo

 

 

 

중계기

- 전송채널, 중계, 증폭, 재생

- Repeter: 재생중계기

- ISI 경감

- Jitter 누적

- 3R 기능(재생중계기 기능) => 왜곡 없는 신호 재생 가능

Reshaping(파형재생, 등화증폭)	- 일그러져 수신된 파형 복원 (변형된 펄스 식별 용이하도록)
Regeneration(식별재생)	- 데이터 판별 후 오류 정정 (펄스유뮤를 판별하여 펄스 재생)
Retiming(위상재생)	- 클록성분 검출 후 이를 기반으로 새로운 클록 발생시킴 (타이밍파 추출하여 펄스를 정위치에 배열)

 

ISI(Inter Symbol Interference)

- 인접부호간(상호부호간) 간섭, 고속전송에 치명적

- PCM 통신채널에서 수신된 펄스파형이 일그러져 각 비트에 할당된 타임 슬롯을 벗어나 인접 슬롯으로 들어감 -> 검파 시 간섭 줌

- 대부분 전송로 잡음에 의해 발생

- 잡음이 없는 상황에서도 불완전한 필터 작용과 시스템 대역의 제한으로 심벌 간 간섭 발생 가능

- 측정 방법:오실로스코프 이용하여 측정 가능 (눈패턴(eye pattern)이 오실로스코프상에 나타남)

* 눈을 많이 뜰 수록 잡음이 없는 상태, 눈이 완전히 감기면 ISI 간섭이 매우 강한 상태

* 수신신호를 오실로스코프의 수직편향판에 가하고 전송된 심벌률(R = 1/7)과 동일한 주기를 갖는 톱날파를 수평편향판에 가하면 눈 패턴 생성됨

- ISI 방제 대책: 부호간 간섭이 0이 되도록하는 펄스 성형필터 사용

*진폭과 위상왜곡과 같은 전송로의 왜곡 보상을 위한 등화기 사용

* 등화기: 전송로 또는 장치등이 신호가 통과할 때 생기는 주파수 특성 등의 열화를 보상하기 위한 장치, 변복조기(모뎀)의 수신부에 위치

 

4. 변조방식

- 변조방식 종류

아날로그 변조	아날로그 신호를 아날로그 신호로 변조 - AM: SSB(Single Sicd Band), DSB, VSB(Vestigial Sicd Band) *DSB -SC: 반송파가 포함되지 않는 방식 *DSB-LC(TC): 반송파 포함, 양측파대 진폭 변조 방식 - FM: 반송파의 주파수 변화 - PM: 반송파의 위상 변화
디지털 변조	디지털 신호를 아날로그 신호(Modem)로 변조 -  ASK, FSK, PSK, QAM
펄스 변조	아날로그(PAM, PPM, PUM), 디지털(PCM, Delta, DPCM, PNM) * 기저대역(Base Band): 원시;ㄴ호파의 고유주파수 대역  *반송대역(Broad Band): 주파수 천이

 

- 펄스 변조의 종류

아날로그 변조	- PAM(펄스 진폭변조): 반송파의 진폭이 변화 - PAM(펄스 폭변조): 펄스 폭이 변화 *펄스 폭 = 듀티사이클 = (+)반주기/(+)반주기 + (-) 반주기 - PAM(펄스 위치변조): 펄스 열의 상대적 위치(시간)를 변화 - PAM(펄스 주파수 변조): 펄스 열의 간격 변화
디지털 변조 (PCM, 펄스부호변조)	DM (Delta Modulation, 델타 변조)	- PCM의 8배 정도 - 입력되는 아날로그 신호의 변화되는 부분만을 일정시간마다 검출, 한비트만을 사용하여 이 차이가 + 이면 1로 부호화, - 이면 0으로 부호화 - 현재 신호와 예측신호를 비교하여 1bit로 표현 - DPCM(차분 PCM)의 가장 간단한 형태 - 경사과부하 잡음 - 그래뉴어(입자형, 입상) 잡음
	ADM (Adaptive Modulation, 적응 델타 변조)	- 계단의 크기를 신호의 상태에 따라 가변시킴 - 기울기 잡음, 입상 잡음 등을 줄이기 위해 신호으 기울기에 따라 step 조절 - 진폭이 천천히 변화하는 신호에 대해 계단의 크기를 감소시켜 입력신호의 레벨에 적응시킴
	DPCM (Differential Pulse Code Modulation, 차분 PCM) -> ADPCM	- PCM보다 양자화하는데 필요한 레벨 수가 감소 - 현재신호보다 예측치의 차이로 PCM 변조 - 정보 전송량 감소 - 4bit 변조, 효율 2배 증가 - 압축기의 기능이 뛰어나고 하드웨어 복잡해짐
	ADPCM (Adaptive Differential PCM, 적응차분 PCM)	- 적응 양자화기에 의해 수행됨, 적응형 예측기 - 과거의 표본값에 의해 양자화의 계단을 바꾸어 적용함 *적응형 양자화기 - 순간압식 방식: 매표본시마다 신호의 크기에 따라 계단의 크기 변화 - 음절압신 방식: 약 5ms마다 진폭에 따라 양자의 계단 크기 변화 *적응형 예측긱 - 순간 적응 방식: 예측기의 필터 계수를 변화시키는 방법 - 블록 적응 방시계: 약 10~40ms마다 필터 계수를 변화시키는 방법

 

- PCM 24채널 VS 32채널

PCM-24/TDM	- NAS -> T1 - 1.544Mbpps = 1.544kbps - 양자화 비트수: 7bit - 프레임당 채널 수: 24 - 음성채널: 24 - fs = 5 kHz - 압신특성: μ = 255, 15절선식 - 채널당 전송속도: (7bit + 1bit) * 8000 = 65kbps - 프레임당 비트수: 8bit * 24ch + 1bit = 193bit - 전송 속도: 1프레임 비트수 * 8000 = 1.577Mbps
PCM-32(30)/TDM	- CEPT -> E1 - 2.048Mbps -양자화 비트수: 8bit - 프레임당 채널 수: 32 - 음성 채널: 30 - fs = 8kHz: - 압신특성: A = 87.6, 13절선 - 채널당 전송속도: 8bit * 8000 = 64kbps - 프레임당 비트수: 8bit * 32ch = 256bit - 전송속도: 1프레임 비트수 * 8000 = 2.048Mbps

 

 

*pulse Stuffing

: 낮은 계위와 높은 계위 사이에서 통화 채널 수는 정배수가 성립, 그러나 전송속도는 정배수 성립 안됨 (비동기 전송방식으로 운용되기 때문) -> 이 오차 보상 위해 stuffedBit 포함시킴

* Bit Stuffing

: 동기를 맞추기 위해서, 다섯 개의 연속된 1이 나타나면 그 다음에 강제로 0 삽입  => 플래그와 혼동 방지

* 아날로그 다중화 계위 - 아날로그 하이어러키(FDM 하이어러키(Hierarchy)

군	약호	ch수	주파수 대역폭	스펙트럼
통화로	ch	1	4 kHz	1번
전군	PG	3	12~24 kHz	3번
기초군	BG	12	60~108 kHz	4번
기초초군	SG	60	312~552 kHz	5번

통화로	- 채널 - 대역폭(3.1 kHz)	- 300Hz ~ 3.400Hz - 1전화회선
전군	- PG(Pre Group) - 대역폭(12 kHz)	- 12 kHz ~ 24 kHz - 3전화회선
기초군	- BG - 대역폭(48 kHz)	- 60 kHz ~ 108 kHz - 12전화회선(기초군)
초군	- SG(Super Group) - 대역폭(240 kHz)	- 312 kHz ~ 552 kHz - 60전화회선(기초 초군)
주군	- MG(Master Group) - 대역폭(1,232 kHz)	- 812 kHz ~ 2,044 kHz - 300전화회선(기초 주군)
초주군	- SMG(Super Master Group) - 대역폭(3,872 kHz)	- 8,516 kHz ~ 12,388 kHz - 900전화회선(기초 초주군)
거군	- JG(Jumbo Group) - 대역폭(17,072 kHz)	- 42,612 kHz ~ 59,684 kHz - 3,600전화회선(기초 거군)

 

 

표준	신호레벨	선로부호방식	회선수	속도(Mbps)
북미방식	DS1	AMI or B8ZS	24	1.544
	DS1C	AMI or B8ZS	48	3.152
	DS2	B6ZS	96	6.312
	DS3	B3ZS	672	44.736
	DS3C	B3ZS	13744	90.764
유럽방식	E1	HDB 3	30	2.048
	E2	HDB 3	120480	8.448
	E3	HDB 3	1920	34.368
	E4	CMI		139.264

 

 

*기초군 선정 조건: 여파수의 종류와 수 고려하여 결정

- 기초군: 변조없이 전송 가능, 각 방식이 통일되어있음