통신 이론 (1) : 변조이론_아날로그(Analog)

앞서서 먼저 올렸었던 대체 통신이란 무엇인가....에서 정말 짧게 사전적 정의에 대해서만 알아보았는데
통신은 "송수신 간에 약속된 수단 및 절차에 따라 채널을 통해 정보를 주고 받는 것" 이라고 적어놓은 것을 볼 수 있다.

이 통신 이론은
"통신 채널 양 단간에 오류없는 신뢰적이고 효율적인 정보 신호 전송" 에 관련되는 기술 이론들이다.

통신이 워낙 광범위한 주제이기 때문에
관련 이론 또한 다양하다.

이번 게시물에서는 변조 [Modulation] 이론!!
그리고 이 내용에서도 좀 자세히 알아보게되면 양이 한 페이지에 담기 너무 버겁기 때문에
변조 이론 중에서도 아날로그 방식에 대해 알아보려고 한다.

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보통 흔히 알고 있을텐데
통상적으로 크게 아날로그 방식 과 디지털 방식 으로 나뉘고 있다.

아날로그 통신/변조 (Analog Communication/Modulation) 방식

: 아날로그 신호에 의해 반송파의 파라미터 (진폭, 주파수, 위상) 을 변화시켜 전송된다.

(주파수는 진폭과 수직적인 진동 횟수라고 보면 된다._파라미터들의 값에 따라 각기 다른 정보가 담긴다고 생각하면 쉽다.)

◎ 구분

• 선형성
  • 선형(Linear) - 진폭변조 (AM)
    : 전송되는 신호(반송파)가 전보 신호에 따라 선형적으로 변화되는 변조방식
    주파수 효율성이 좋아서, 대역제한된 채널 에서도 사용하기 용이하다
    
    
    정보신호 & 반송파신호 주파수 이외에 새로운 주파수는 발생하지 않고
    대역폭의 2배를 넘지 않으며
    스펙트럼 형태도 바뀌지 않는다.
    SNR 관련 문제 발생은 전송 전력을 늘리는 것만으로 해결 가능하다.
    (전력 ▲ = 신호 복원/복조 용이 = 통신 품질 ▲)
    
    
    ＊ SNR (신호대잡음비) : 수신 측에 도착한 일정 신호에서 나타난 신호전력 대 잡음전력 간의 비율 → "잡음이 신호에 대해 끼친 영향을 정량적으로 나타낸 것"
    
    
  • 비선형 - 각 변조 (FM , PM)
    ＊비선형 변조 (Nonlinear) = 각 변조 (Angle) = 지수 변조 (Exponential)
    제곱법칙처럼 비선형적인 형태의 변조이며
    각(Angle) 성분에 정보를 실어보내는 변조 방식이다.
    중첩이나 새로운 주파수 발생, SNR 부분에서 선형 변조방식과 차이점이 있다.
    (중첩 원리 X / 더 넓은 대역폭 필요 / 잡음에 강함 / 새로운 주파수 성분 가질 수 있음 등 등)
    
    
    
    
• 변조 대상 파라미터 _ 진폭 / 주파수 / 위상
  • 진폭 : AM (Amplitude Modulation)
  • 주파수 : FM (Frequency Modulation)
  • 위상 : PM (Phase Modulation)
  • 진폭 & 위상 : QAM (Quadrature Amplitude Modulation_직교 진폭 변조)
    : 제한된 주파수 대역에서도 전송효율 ▲
    (직교위상변조 방식의 일종 - 디지털에도 위와 같은 방식의 변조 有 - ASK & PSK)

＊아날로그 신호(Analog Signal) : 시간 및 진폭 값 모든 부분에서 연속적인 신호

＊연속시간 신호(Continous-time Signal) : 시간에서만 연속적인 신호 → 때론 이산적 값도 허용하는 차이점

＊이산시간 신호(Discrete-time Signal) : 시간에서만 이산적인 신호 → 이산시간마다 연속적&이산적 값 가지는 특징

＊샘플 신호(Sampled-data Signal) : 이산시간마다 연속 값(진폭) 갖는 신호 

＊디지털 신호(Digital Signal) : 시간 및 진폭 값 모든 부분에서 이산적인 신호 → 각 이산적 값 사이에는 값이 없다

＊반송파(Carrier) : 정보가 포함되는 높은 주파수의 파형 _ 통상적으로 반송파의 주파수는 원래의 정보 신호보다 훨씬 높은 주파수를 사용한다.

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위 방식 말고도 다른 방식으로 구분할 수도 있다.

1. 연속 파형 변조

해당 변조 방식은 위에서 알아봤던 AM과 FM 등으로 세분화된다.

2. 아날로그 펄스 변조

펄스 변조는 디지털 변조에서도 사용되는 방식인데
주기적인 펄스를 정보 신호에 의해 변조하는 것이다.

완전히 분리된 것은 아니고
아날로그 변조 결과를 변환하는 형태이다.

아날로그 펄스 변조 방식은
"연속 펄스 변조"라고도 불리우는데

아날로그 파형을 이산적인 시간 간격으로 표본화 시킨 후,
그 값에 따라 진폭, 위치, 폭 등을 변화시킨다.

즉, 펄스 파형의 파라미터가 연속적인 아날로그 양에 따라 변조되는 형태이다.

• 특징

  • 구현 용이
    : 레이저, 마이크로파 장비 등으로 쉽게 구현 가능하다.

  • 시분할 다중화 가능
    : 펄스가 없는 구간에 다른 시간 구간의 신호 샘플들을 넣을 수 있다.

    ＊시분할 다중화(TDM) : 시간 분할된 여러 사용자 타임슬롯을 하나로 결합시키는 다중화 방식
    

  • 큰 폭의 주파수 대역 필요

출처 : 정보통신기술용어해설

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• 펄스진폭 변조 (PAM_Pulse Amplitude)
  : 표본치 진폭 크기에 1:1 대응관계를 갖는 형태로 가장 많이 사용되는 방식이다.

• 펄스폭 변조 (PWM_Pulse Width)
  : 주기적인 펄스의 폭 조절에 따른 듀티사이클 변조

  ＊듀티사이클(Duty Cycle_충격계수) : 주기적 on-off 장치에서 주기와 켜져있는(on) 시간의 비율

  

  출처 : 정보통신기술용어해설

  
  

• 펄스위치 변조 (PPM_Pulse Position)
  : 입력 신호의 진폭 크기에 따라
  펄스의 시간적 위치를 변화시키는 방식
  

  출처 : 정보통신기술용어해설