4장. 펄스 변조와 원천 부호화🧐

아날로그 펄스 변조

1. 변조 (modulation)

-> 신호정보를 전송 매체의 채널 특성에 맞게끔 신호의 세기나 변위 , 주파수 , 위상 등을 적절한 파형 형태(정현파)로 변환하는것

 

2. 복조(Demodulation)

-> 변조된 신호로부터 원래의 정보 신호를 추출해내는 과정

 

3. 아날로그 변조 : 아날로그 신호에 변조를 하면 아날로그 변조라고 함.

- 진폭 변조 (AM:amplitude modulation)

- 주파수 변조 (FM: Frequency modulation)

- 위상 변조 (AM : Phase modulation)

 

 

4. 디지털 변조 : 디지털 신호에 변조를 하면 디지털 변조

- 진폭 편이 변조 (ASK : amplitude shift keying)

- 주파수 편이 변조(FSK: Frequency shift keying)

- 위상 편이 변조 (PSK: Phase shift keying)

 

5. 펄스 변조 방식

- 펄스 폭 변조 (PWM : pulse-width modulation)

- 펄스 진폭 변조 (PAM: pulse-amplitude modulation)

- 펄스 위치 변조 (ppm: pulse-position modulation)

 

캐리어(carrier)교류신호 -- 전달신호이다.
AM 신호는 진폭 변조된 신호이다.
FM 신호는 주파수 변조된 신호이다.

*AM 보다 FM의 성능이 더 뛰어나다. (bad <--AM < FM < PM -->good)

 

펄스 변조: 정현파 대신에 펄스열을 반송파로 사용, 펄스 진폭(Amplitude), 폭(width), 위치(Position)를 활용

PAM : 펄스 진폭 변조
PWM : 펄스 폭 변조 - 신호가 커지면 폭이 넓어짐
PPM: 펄스 위치 변조  - 신호가 커지면 위치가 우측으로 간다. 작아지면 좌측으로 간다.

*PAM 과 PTM (PWM,PPM) 으로 나눌수 있다.

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디지털 펄스 변조

 

- PCM (pulse coded modulation)

- DPCM (Differential pulse coded modulation)

- DM (Delta modulation)

- ADM (Adaptive Delta Modulation)

 

1) PCM 

- PCM: 신호를 표본화한 뒤 얻어진 신호를 양자화하고 부호화 하여 이값을 기저대역 신호(baseband signal)로 변환

- PCM은 표본화,양자화,부호화를 거쳐서 만들어진 디지털 정보신호로 펄스열을 변화시키기 때문에 디지털 펄스변조라고 한다.

 

아날로그 통신 은 잡음, 왜곡, 간섭으로 인해 일그러진 신호를 증폭기를 통과하여 최대한 원래신호로 전달하는데,
증폭기를 통과하더라도 잡음이 들어간다. (SNR: signal noise rate)

디지털 통신은 비트를 다시 복원하면 잡음이 없지만, *지터현상(타이밍 흔들림) 이라는 단점이 있다. (BER : bit error rate)


* 지터현상(or 타이밍 흔들림)이란?
타이밍 펄스가 여러가지 이유로 원래의 시작 시간이나 끝나는 시간위치와는 다른 시간적 위치로 벗어나서
즉, 타이밍 동기가 맞지 않도록 하여, 재생부호의 위치의 변동을 일으키고, 펄스의 왜곡을 일으킨다.

★PCM 펄스를 이용한 디지털 통신방식 특징

1. 전송 채널에 존재하는 누화와 잡음등의 각종 방해에 강한 통신 방식이다.

2. 전송신호의 레벨 변동에 강한 전송 특성을 갖는다.

3. 재생 중계 전송에 의하여 잡음이 누적되지 않는다.

4. 회선 및 루트의 변경, 유지와 보수 등이 용이하다.

5. 통화로 당 장치의 가격이 아날로그방식에 비해 저렴하다.

6. 표본화 오차, 양자화 잡음 등 디지털통신방식 고유의 잡음이 발생한다.

7. 점유 주파수 대역이 매우 넓다.

 

★PCM 신호를 DPCM 신호로 바꾸면 어떻게 될까?

PCM에서는 양자화된 신호값 0, 3, 5 ,6 ...를 부호화 하지만,
DPCM 에서는 앞에 있는 신호값과의 차이(0, 3, 2, 1 ...)를 부호화 한다.

신호들 사이에 있는 상관관계을 제거하여 원천 부호화 효율을 좋게 한다.

예를 들어, 신호값이 1,2,3,4 를 PCM으로 전송한다면, 1,2,3,4 모두를 전송해야하지만,
                                        DPCM으로 전송하면,  1을 4번 보내면 된다.

실제로는 앞에 있는 신호값과의 차이를 계산하는것이 아니라, 과거 표본값들의 통계적 분석을 통해 현재 신호값을 예측하고 이 예측값과 현재 신호값의 차이를 부호화한다.

ADPCM 방식은 시간에 따라 변하는 입력값의 통계적 특성을 맞추어주기 위해 수신단에서 계속적으로 가중치의 값을 갱신하여 양자화 오차를 줄이는 방법이다.

델타 변조 (DM : Delta modulation)

차동 신호에 대하여 표본당 1비트만을 사용하는 DPCM의 특별한 경우( 차동신호 + : 1 ,  차동신호 - : 0)

+ 일때는 DM 신호가 1 인것을 확인할수 있고, - 일때는 DM신호가 0인것을 확인할수 있다.