[Week 5-2] Data encoding (Digital Data → Analog Signal, Analog Data → Digital Signal)

Chap 5. Data Encoding

 

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< Digital Data → Analog Signal >

: public telephone system
: analog signals를 receive, switch, transmit 하도록 설계
: 주파수 범위 - 300Hz ~ 3400Hz
: subscriber locations의 digital signals를 처리하는 데 적합 x
: modem(modulator-demodulator)을 사용하여 digital data -> analog signal / analog signal -> digital data

 

 

< Definition of Analog Signal Encoding Formats >

1) ASK (Amplitude Shift Keying)

0 - 중간 (no line signal)

1 - sine 2번

 

2) BFSK (Binary Frequency Shift Keying) - FSK

0 - sine 1번

1 - sine 2번

 

3) BPSK (Binary Phase Shift Keying) - PSK

0 - sine 2번 아래 -> 위

1 - sine 2번 위 -> 아래

 

4) DPSK (Differential Phase Shift Keying) - PSK

0 - 이전과 모양이 동일한 sine 2번 

1 - 이전과 모양이 다른 sine 2번

 

5) MFSK (Multiple FSK) - FSK

M = 4일 때,

11 - fc + 3fd

10 - fc + fd

01 - fc - fd

00 - fc - 3fd

 

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< ASK >

: Encode 0/1 by different carrier amplitudes

: Usually have one amplitude 0

: 갑작스러운 gain changes에 취약

: Inefficient

: Up to 1200bps on voice grade lines

: optical fiber (광섬유)를 통한 빠른 속도

 

 

< BFSK >

: FSK의 가장 일반적인 형태

: Two binary values는 two different frequencies

(near carrier) 로 표시

: ASK보다 오류에 덜 취약

: Up to 1200bps on voice grade lines

: High frequency radio (고주파 라디오)

: coaxial cable을 사용하는 LANs보다 주파수 ↑

 

 

< Phase Shift Keying (PSK) >

: The phase of the carrier signal이 데이터를 나타내기 위해 이통

 

> Binary PSK (BPSK)

: Two phases represent the two binary digits

 

> Differential PSK (DPSK)

: Phase shifted relative to previous transmission rather than some reference signal

 

 

< Multiple FSK (MFSK) >

: Each signaling element represents more than one bit
: 2개이상의 frequencies 사용
: More bandwidth efficient
: 오류에 더 취약

 

MFSK Frequency Use (M = 4)

 

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< Bandwidth & BER(Bit error) >

ASK	MFSK	MPSK
	M ↑ → bandwidth ↑, BER ↓	M ↑ → bandwidth ↓, BER ↑

Theoretical Bit Error Rate for Multilevel FSK and PSK

 

 

< Performance of Digital to Analog Modulation Schemes >

> Bandwidth

: ASK/PSK - bandwidth directly relates to bit rate

: Multilevel PSK - gives significant improvements (개선사항)

 

> In presence of noise

: PSK, QPSK의 bit 오류율 = ASK, FSK보다 3dB 우수

: MFSK, MPSK는 bandwidth efficiency와 error performance 간에 tradeoff를 가진다

 

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< Analog Data → Digital Signal >

Digitization

: analog data → digital data로의 전환

: NRZ-L 사용

: NRZ-L이 아닌 다른 코드 사용

: Be converted to analog signal

 

A2D : codec 사용

- Pulse code modulation (PCM)

- delta modulation

 

Digitizing Analog Data

 

 

< PCM (Pulse Code Modulation) >

: PAM된 아날로그 신호를 Sampling/Encoding/Quantizing 과정을 거쳐 디지털 신호를 생성

* PAM (Pulse Amplitude Modulation)

- Analog samples

- digital로 전환하기 위해, 각각의 analog samples은 binary code로 할당되어야 한다

 

: Sampling → Quantization → Encoding → Decoding → Filterling

 

: PAM sampler → Quantizer → Encoder

 

PCM block diagram

: Sampling Theorem에 기초

"신호 f(t)가 일정한 시간 간격으로 샘플링되고 최고 신호 주파수의 두 배 이상의 속도로 샘플링되면,

샘플에는 원래 신호의 모든 정보가 포함됩니다.

f(t)는 lowpass filter를 사용하여 이러한 샘플로부터 재구성할 수 있습니다."

 

PCM

 

PCM example

 

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< Non-Linear Coding >

 

 

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교재는 Data and Computer Communications를 참고하였고, 자료는 이화여자대학교 이형준 교수님의 정보통신공학 강의에서 가져온 것입니다.