9강. [CH-02 Physical layer] Analog(data) to Analog(signal)

이번 강의에서는 아날로그 데이터를 아날로그 시그널로 바꾸는 방법에대해 알아보겠습니다. 

그런데 문자 그대로 보면 이상하게 느껴질 수도 있습니다만, 우리는 디지털 데이터를 디지털 시그널로 바꾸는 라인코딩에 대해 이미 배운적이 있습니다. 이를 했던 이유는 무엇이었는지 기억이 나나요?

디지털 데이터도 그냥 플립플롭에서 출력전압을 유지하고 있는 것일 뿐이었습니다. 결국 이것도 전깃줄에 전압이 걸려있냐 아니냐의 문제이므로, 이것만 본다면 시그널과 애매하다는 말을 언급한적이 있었습니다. 그런데 이 플립플롭의 출력 전압을 그냥 바로 전송용 전깃줄에 걸어주면 3가지 문제가 있다고 했고 그래서 라인코딩 알고리즘을 이용해 디지털 데이터를 적당한 모양의 디지털 시그널로 바꾸어준다고 했습니다.

 

아날로그 데이터에서 아날로그 시그널 변환도 마찬가지입니다. 

음성 데이터 자체를 시그널로 사용해서 전송하는 것보다 조금 변화를 주는게 더 좋기 떄문에, 같은 아날로그지만 변환 과정을 거친다는 것이 논의의 핵심입니다. 이러한 아날로그 변환은 특히 주파수 대역을 평행이동 시키는데 많이 활용됩니다.

 

예를들어, 라디오 방송국들은 모두 비슷비슷한 대역의 정보를 만들어냅니다. 왜냐하면 라디오 방송이라는 것은 인간이 녹음을 하는 것이기에, 인간의 음역대인 0-4000 hz 정도의 대역을 가지기 때문입니다. 그런데 모든 방송국이 이 대역으로 방송을 하면 우리가 주파수를 저 중간 정도인 2000hz에 맞춰준다고 했을 때, 모든 방송국의 소리가 동시에 들리게 됩니다. 사실상 전송이 안되는 것이죠..

 

따라서 각 라디오 방송국에는 고유 주파수가 할당이 되어 있고 각 방송국은 이 주파수 대역에 맞도록 자신의 방송 시그널을 평행 이동 시켜야합니다. 이럴 때 아날로그 to 아날로그 변환이 활용되는 것이죠.

 

Analog Data to Analog signal

아날로그 데이터를 아날로그 시그널로 바꾸는 방식에는 진폭 변조, 주파수 변조, 위상 변조 3가지 방법이 있습니다.

 

 

 

Amplitude modulation(AM)

 

진폭 변조는, 디지털 데이터를 아날로그 데이터로 바꿀 때, 진폭에 따라 준위를 나눈다는 개념과는 조금 다릅니다. 구체적으로 어떻게 한다는 것인지 보여들리면 다음과 같습니다. 

 

 

디지털 데이터를 아날로그 시그널로 바꿀 때에도 이와 비슷하게 진폭 변조를 진행하였습니다만, 그 때는 더해지는 시그널이라고만 이야기하고 반송파라는 것을 구체적으로 설명하지는 않았습니다. 그러나 여기에서는 꼭 짚고 넘어가야합니다..

반송파(Carrier frequency)는 아날로그 시그널로 변환하기 위한 뼈대입니다. 그래서 결과로 나온 아날로그 시그널의 주파수와 위상은 반송파와 완전하게 동일합니다. 

 

따라서 원본 아날로그 데이터의 주파수에 상관없이, 반송파의 주파수 대역으로 주파수 대역이 형행이동하게되는 것이고 이 방식은 AM이라고 합니다. 

 

Frequency modulation(FM)

 

원본 아날로그 시그널의 voltage가 큰 부분은 더 조밀하게 작은 부분은 주파수가 작도록 만들어줍니다.

 

이렇게 하면 AM에 비해서 대역폭을 더 많이 필요로 하지만 노이즈에 더 강합니다. 

왜냐하면 FM은 진폭, 전압이 신호에 아무런 영향이 없습니다. 하지만 AM은 진폭도 의미가 있는데, 노이즈는 주로 진폭의 형태로 들어오기 때문에 FM이 AM보다 노이즈에 훨씬 더 강합니다.

 

Phase modulation(FM)

 

반송파 신호의 위상이 변조 신호의 전압 준위 변화에 따라 변조됩니다. 반송파의 최고 진폭과 주파수는 일정하게 유지되지만, 정보 신호의 진폭이 변화함에 따라 반송하의 위상이 비례하여 변화합니다.

 

언뜻보면 FM과 비슷해보일 수도 있습니다만, PM은 반송파의 기울기에 비례하여 진폭이 변화합니다.