[NW] 디지털 전송 (디지털 변환, 표본 채집률, 부호화)

 

디지털 전송

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데이터 전송률

 

1초당 전송된 데이터 요소의 개수로 정의하며 단위는 초당 비트 수(bps)이다.

 

신호 전송률

 

1초당 전송된 신호 요소의 개수이며 단위는 보(baud)다.

 

 

데이터 전송률은 비트율이라고도 하며,

신호율은 펄스율, 변조율, 보율이라고도 한다.

 

 

데이터 통신은 신호 전송률을 낮추면서 데이터 전송률을 높여야 한다.

데이터율을 높인다는 것은 전송 속도를 높이는 것이고,

신호율을 낮춘다는 것은 대역폭 요구량을 줄인다는 것이다.

 

 

아날로그 - 대 - 디지털 변환

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아날로그를 디지털 신호로 바꾸는 기법 중 펄스 코드 변조와 델타 변조가 있다.

 

 

펄스 코드 변조

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가장 널리 사용되는 기법이 펄스 코드 변조(PCM, Pulse code modulation)이다.

 

PCM 부호화기는 아래 세 과정을 갖는다.

 

1	아날로그 신호를 채집한다.
2	채집된 신호를 계수화한다.
3	계수화된 값을 비트 스트림으로 부호화한다.

 

 

채집

 

PCM의 첫 단계는 채집(sampling, 샘플링)이다.

아날로그 신호가 매 Ts초마다 채집된다. 여기서 Ts는 채집 기간 또는 채집 주기이다.

 

채집 주기의 역은 채집률 또는 채집 주파수라고 하며 fs로 표시한다.

여기서 fs는 이상적, 자연적, 꼭지치기인 세 가지 채집 방법이 있다.

 

 

 

이상적 채집은 아날로그 신호로부터 펄스를 채집한다.

이상적이지만 구현이 쉽지 않다.

 

자연적 채집은 고속 교환기가 채집이 일어나는 짧은 시간 동안만 잠시 켜지게 된다.

그 결과로 아날로그 신호의 모양을 유지하는 일련의 채집량이 생긴다.

 

가장 흔한 채집 방법은 채집 후 유지라고 불리는데,

이는 전기 회로를 사용하여 꼭지치기 채집량을 만들어낸다.

 

채집 과정은 때로 펄스 진폭 변조(PAM, Pulse amplitude modulation)라고도 불린다.

이 결과로 생긴 것은 여전히 정수 값이 아닌 값을 갖는 아날로그 신호이다.

 

 

표본 채집률

 

나이퀴스트 정리에 따르면, 원래의 아날로그 신호를 재생하기 위한 한 가지 필요조건은

채집률은 원래 신호가 갖는 최대 주파수의 최소한 두 배가 되어야 한다는 것이다.

 

 

 

신호가 대역 제한적이어야만 신호를 채집할 수 있다.

즉, 무한 대역폭을 갖는 신호는 채집할 수 없다.

 

채집률은 대역폭이 아니라 가장 높은 주파수보다 최소한 두 배가 되어야 한다.

 

아날로그 신호가 저대역-통과 신호라면 대역폭과 최고 주파수는 같다.

아날로그 신호가 띠대역 통과 신호라면 대역폭 값은 최대 주파수 값보다 낮다.

 

 

부호화

 

PCM의 마지막 단계는 '부호화'이다.

각 표본이 계수화되고 표본당 비트 수가 정해진 이후에는 각 표본이 nb비트의 부호로 바뀌는 것이다.

계수화 준위 개수가 L이면 비트 수는 nb = log₂L이다.

비트율은 다음 식으로부터 구할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

* 해당 글은 '데이터통신과 네트워킹' 책을 참고하여 작성하였습니다. 출처: 데이터통신과 네트워킹 5 (Forouzan)