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2. 정보통신공학(개론)

1. PCM

 

2) PCM(Pulse Code Modulation)

 

가. PCM

 

PCM은 analog 신호를 바꾸어서 전송하고, 수신측에서 다시 원래 신호로 바꿔주는 방식입니다.

이 과정에서, analog 신호는 digital 신호를 바뀌게 되고, digital 신호가 전송로를 통해 전송되므로, digital 변조방식이라고도 합니다.

 

(1) PCM 과정

위에서 말씀드렸듯이, PCM은 아날로그 신호를 디지털신호로 변경해서 전송하고, 다시 아날로그신호로 변경되는 과정을 거칩니다.

 

 

ⓐ LPF(Low Pass Filter)

- 앞에서 말씀 드렸듯이, 원하는 신호만을 전송하기 위해 LPF를 먼저 사용합니다.

즉, 엘리어싱이 일어나지 않게 하기 위해서, 필요한 대역만 잘라서 전송하기 위한 필터입니다.

 

ⓑ 표본화(Sampling)

- 사실 한국어로 하면 어떤 느낌인지 감이 많이 안 오실텐데, 샘플링이라고 생각하시면 됩니다.

해당 대역의 대표값을 만들어 주는 과정입니다.

주파수 측에서 생각을 하면, 입력 analog 신호의 최고 주파수를 이라 할 때, 표본화 주기는 을 만족하게 해야합니다.

표본화의 결과로 나오는 신호는 PAM 신호이고, 순시 진폭값이라고 하는데, 이것에 대해서는 추후에 다루도록 하겠습니다.

 

ⓒ 압축(Companding)

- 양자화를 하기 전에, 작은 신호는 크게 만들고 큰 신호는 작게 압축시켜서 양자화를 합니다.

- 수신할 때 다시 원래 값으로 돌려서 원 신호를 만드는 과정입니다.

- 이렇게 함으로써, 입력 신호의 크기와 상관 없이 일정한 SNR을 얻게 하는 것을 압축(Companding)이라고 합니다.

- 이 압축의 종류에는 크게 법칙과 A 법칙이 있습니다.

- 크게 중요한 사항은 아니지만 간단히 언급하고 넘어가겠습니다.

1. 법칙은 미국에서 주로 사용하는 법칙으로 디지털 방송 시스템에 =255 압축량을 사용합니다.

2. A 법칙은 유럽에서 쓰는 방식으로 A=87.6 압축량을 사용합니다.

 

ⓓ 양자화(Quantization)

- 표본화의 결과로 나온 값을 이산적인(discrete) 값으로 변환시키는 것을 양자화라고 합니다.

- 쉽게 말하면, 나온 결과 값을 bit로 표현하는 과정을 말합니다.

 

ⅰ. 양자화 Step

- 몇 bit로 양자화 할 것인지 정해진 경우, 양자화 step을 나눌 수 있습니다.

- 만약, 3bits로 양자화를 하려고 결정을 하면, 나올 수 있는 결과는 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111로 총 8가지입니다.

- Sampling을 통해 나온 결과 값을 위에 있는 8개의 bit에 대응을 시키는 것입니다.

ⅱ. 양자화 잡음(Quantization noise, Granular noise)

- 대응을 시키는 과정에 나오는 잡음이라고 생각하면 됩니다.

- 예를 들어보겠습니다.

    1. 3bit로 양자화를 하기로 결정했습니다.

    2. Sampling을 통해 나온 결과 값은 1, 2.2, 3.7, 4, 6, 7, 8이라고 생각을 하겠습니다.

    3. 이러한 경우에는 1 = 000, 8 = 111로 생각해서 대응(양자화)을 시킬 수 있겠습니다.

    4. 하지만, 2.2와 3.7과 같은 경우는 어쩔 수 없이 001(2), 011(4)로 대응을 시킬 수 밖에 없습니다.

    5. 이러한 경우에 0.2와 0.3의 양자화 잡음이 발생을 하는 것입니다.

- 이러한 양자화 잡음은 analog to digital convert에는 어쩔 수 없이 발생하는 잡음입니다.

ⅲ. 양자화 잡음 전력

- 이러한 양자화 잡음의 크기에 대해 궁금해 합니다.(이유는 나중에 설명드리겠습니다.)

- 이러한 양자화 잡음을 로 표현하고, 크기는 다음과 같습니다.

( 여기서 는 양자화 계단(Step)의 크기)

- 위 식이 어떻게 나왔는지에 대해서도 나중에 다루도록 하겠습니다.

ⅳ. 신호 전력대 양자화 잡음 전력비(SNR)

- 사용 bit수가 많아질 수록 양자화 잡음이 적어집니다.(당연한 말이죠)

 ( 과부하 잡음이 없는 경우)

- 여기서 n은 사용되는 bit 수를 말합니다.

 

ⓔ 부호화

- 앞에 양자화 된 결과를 실제 bit와 matching을 시키는 과정을 부호화라고 합니다.

 

ⓕ 재생 중계기

- 재생 중계기는 전송 과정에 발생하는 감쇠, 위상천이, 누화, 잡음 등의 영향으로 왜곡된 신호를 왜곡이 없게 만들어 주는 것을 말합니다.

- 3R기능을 하는데, Reshping, Regeneration, Retiming과 같은 역할을 합니다.

- 해당 3R기능에 대해서는 추후 설명을 하도록 하겠습니다.

 

ⓖ 복호화

- 전송받은 신호를 Analong 신호로 변경하는 과정을 말합니다.

 

ⓗ PCM의 장점과 단점

ⅰ. 장점

- 각종 잡음에 강합니다.

- 누화에 강합니다.

- 전송 구간에서 잡음이 축적되지 않습니다.

- 고주파 특성이 불량하여 FDM 방식을 적용할 수 없었던 기존의 케이블을 전송 매체로 사용할 수 있습니다.

- 고가의 여파기를 필요로 하지 않습니다.

ⅱ. 단점

- 점유 주파수 대역폭이 넓습니다.

- Jitter(위상이 흔들림)가 발생합니다.

 

 

 

계속 다음번에 다룬다고 말씀을 드리는데, 한 번에 모두 다루게 되면 진도가 진행이 되지 않아서 지금 상황에서는 큰 의미를 두지 않고, "아~ 이렇구나" 정도로만 이해를 하고 넘어가시면 공부에 더 효율이 생기실 껍니다.

물론 저는 하나하나 왜 그랬는지 파고 공부를 해서 시간이 너무 많이 걸렸고, 다른과목에 소홀해져서 전체적인 학점을 좋게 받지는 못했었습니다.

 

그러면 다음번에는 PCM과 TDM에 대해서 공부하도록 하겠습니다.

궁금하신 사항이 있으면 댓글을 달아주시고, 공감과 댓글을 달아주시면 큰 힘이 됩니다.

읽어주셔서 감사합니다.

 

 

 

 

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