디지털통신 1 충북대학교

1주차

기저대역 디지털 변조

q 목표

Ÿ 디지털 정보를 전송하기 위한 다양한 아날로그 신호파형의 형태 이해

Ÿ 잡음, 대역제한 등에 의한 통신 채널의 영향 이해

Ÿ 심볼 간 간섭과 펄스 정형 이해

Ÿ 최적 전송(BW efficiency maximization)을 위한 신호 설계 이해

Ÿ 최적 수신(BER minimization)을 위한 수신기 설계 이해

디지털통신 2 충북대학교

내용q Line coding

Ÿ NRZ, RZ, Manchester, ...

q Channel effects and intersymbol interferenceŸ Effects of AWGN and band-limited channelsŸ Eye-patterns

q Pulse shapingŸ Nyquist criterion for zero-ISIŸ Pulse shapingŸ Raised-cosine pulse

디지털통신 3 충북대학교

기저대역 디지털 변조

1. Line Coding

1) Unipolar NRZ (nonreturn-to-zero) 2) Polar NRZ3) Unipolar RZ (return-to-zero)4) Polar RZ5) Bipolar RZ (AMI)6) Manchester

2. 채널의 영향

3. 펄스 성형

디지털통신 4 충북대학교

Line Coding

q Line codingŸ 2진 bit stream을 channel을 통해 전송하기 적합하도록 기저대역 신호 (전기적 신호)

파형으로 변환하는 과정

Ÿ Transmitted signal

( ) ( )k bk

y t a p t kT= -å

- : '1', '0’의 bit stream에 대응되는 값, 보통 {∓1}

- : bit interval

- : pulse. 보통 filter를 통과시켜 발생

q Signal Generation

Ÿ Filter input : ( ) ( )k bk

x t a t kTd= -å

Ÿ Pulse shaping filter : ( ) ( )h t p t=

Ÿ Filter output : ( ) ( ) ( )y t h t x t= *

디지털통신 5 충북대학교

Baseband Signal Generation

t

( )x t( )y t( )x t

( ) ( )h t p t=

t

( )p t

T

q Spectrum of baseband signal2( ) ( ) ( )y xS f S f P f=

1( )xS fT

= ß 1( ) ( )xR T

t d t=

∴2( )

( )yP f

S fT

=

1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0( )y t

t

디지털통신 6 충북대학교

Line Code가 지녀야할 바람직한 특성1) 높은 대역 효율

2) 높은 전력 효율

3) 비트 동기 정보 포함

4) Zero DC component- AC coupling circuit에서 직류 차단

- A/D 변환기에서 Bias 유발

5) Error detection capability예) AMI code

디지털통신 7 충북대학교

Types of Line Codes

à on-off code

＊ NRZ (nonreturn-to- zero)

디지털통신 8 충북대학교

NRZ (nonreturn-to-zero) Signaling1 0 1 1 0 0 0 1 1

unipolar NRZor "unipolar"

polar NRZor "polar"

q NRZ signaling의 문제점

1) '0', '1'이 연속되는 경우, 비트 동기를 위한 self-synchronization 불가능

à 해결 방법: 별도의 전용 채널에 clock 신호 전송

2) '0', '1'이 연속되는 경우, DC drift 발생

관찰시점

detection 결과 1 0 1 1 1 1 0

비트 동기의 어려움

디지털통신 9 충북대학교

Power Spectrum of NRZ Signal

q PSD of bipolar NRZ signal2

2( )( ) sinc ( )y b b

b

P fS f T fT

T=@

q PSD of unipolar NRZ signal

( )2 1( ) sinc ( )4 4b

y bTS f fT fd= +

q Characteristics of NRZ signal

Ÿ Null-to-null bandwidth =

Ÿ Unipolar NRZ: DC component ≠ 0

0

f1

bT1

bT-

( )yS f

2

bT

/ 4bT

14

æ öç ÷è ø

2

bT-

f1

bT1

bT-

( )yS f

2

bT

bT

2

bT-

디지털통신 10 충북대학교

RZ (return-to-zero) Signaling

1 0 1 1 0 0 0 1 1

unipolar RZ

polar RZ

bipolar RZor

AMI (alternate

mark inversion)

Ÿ 한 bit의 중간에서 신호의 파형이 0 volt로 return

Ÿ Polar, bipolar : 3-level codeà two threshold levels à increase BER

디지털통신 11 충북대학교

Unipolar RZ Signaling

1 0 1 1 0 0 0 1 1

q 특성

Ÿ 대역폭 : NRZ에 비해 2배 증가 ( / 2bT T= )

Ÿ 비트 동기를 위한 self-synchronization 어려움

Ÿ DC drift 발생

q Spectrum

0

f1

bT1

bT-

( )yS f

2

bT

16bT

116æ öç ÷è ø

2

bT-

2

14pæ öç ÷è ø

디지털통신 12 충북대학교

Polar RZ Signaling

1 0 1 1 0 0 0 1 1

q Polar RZŸ Bit timing information 포함

Ÿ 대역폭 : NRZ에 비해 2배 증가

Ÿ 3-level code à BER 증가

q Spectrum2

2( )( ) sinc

4 2b b

yP f T fTS fT

æ ö= = ç ÷è ø

0

f1

bT1

bT-

( )yS f

2

bT

/ 4bT

2

bT-

디지털통신 13 충북대학교

Bipolar RZ Signaling1 0 1 1 0 0 0 1 1

q 특성

Ÿ DC 성분 = 0Ÿ 대역폭이 NRZ와 동일

Ÿ 약간의 error detection 기능 제공

Ÿ 3-level code à BER 증가

Ÿ 0이 오래 지속되는 경우 timing 정보 추출 곤란

q Spectrum

2 2( ) sinc sin ( )4 2b b

y bT fTS f fTpæ ö= ç ÷

è ø ß (?)

0

f1

bT1

bT-

( )yS f

2

bT

2/bT p

2

bT-

불가능:두 개 중 하나는

error

디지털통신 14 충북대학교

RZ Signal의 특징 비교

1 0 1 1 0 0 0 1 1

1 0 1 1 0 0 0 1 1

q Polar RZŸ Bit timing information 포함

Ÿ 대역폭 : NRZ에 비해 2배 증가

Ÿ 3-level code à BER 증가

q Bipolar RZ (AMI)Ÿ 에서 PSD가 0Ÿ 대역폭이 NRZ와 동일

Ÿ 약간의 error detection 기능 제공

Ÿ 3-level code à BER 증가

Ÿ 0이 오래 지속되는 경우 timing 정보 추출 곤란

디지털통신 15 충북대학교

Manchester Code (Bi-Phase Signaling)

1 0 1 1 0 0 0 1 1

q Manchester codeŸ DC 성분 = 0Ÿ self-synchronization 가능

Ÿ 단점: 대역폭 증가

Ÿ magnetic recoding에 사용

q PSD of bi-phase signal2

2 2( )( ) sinc sin

2 2b b

y bb

P f fT fTS f TT

pæ ö æ ö= = ç ÷ ç ÷è ø è ø

0

f1

bT1

bT-

( )yS f

2

bT2

bT-

2

4 bTp

디지털통신 16 충북대학교

Comparison of Line Codes

Line codes PSD Null-to-Null Bandwidth Zero DC?

Polar NRZ 2sinc ( )b bT fT1

bTNo

Unipolar NRZ ( )2 1sinc ( )4 4b

bT fT fd+

1

bTNo

Polar RZ 2sinc4 2b bT fTæ ö

ç ÷è ø

2

bTNo

Unipolar RZ 2 21sinc sinc16 2 16 2b b

bn

T fT n nfT

d¥

=-¥

æ öæ ö æ ö+ -ç ÷ç ÷ç ÷è øè ø è ø

å2

bTNo

Bipolar RZ 2 2sinc sin ( )4 2b b

bT fT fTpæ ö

ç ÷è ø

1

bTYes

Manchester 2 2sinc sin2 2b b

bfT fTT pæ ö æ ö

ç ÷ ç ÷è ø è ø

2

bTYes