Transcript 통신시스템 공학 제 4 장 : AM (DSB-SC,DSB-LC) 2004. . Department of Digital Electronics & Information Engineering.

통신시스템 공학
< 강의 자료 >
제 4 장 : AM (DSB-SC,DSB-LC)
2004. .
Department of Digital Electronics & Information Engineering
4. AM – 4.1 기저대역과 통과대역 통신
 변조과정 : 주파수 영역에서 신호의 스펙트럼을 이동시키는 현상
 통신방식
1) 기저대역 통신 : 주파수 상에서 신호의 스펙트럼이 이동되지 않은 채로 전송
예) 저주파 영역신호로 주로 유선매체 이용, PCM
2) 통과대역 통신 : 변조기법을 사용한 방식, FDM
예) 무선 링크를 이용한 장거리 통신 방식에서 적절한 크기의 안테나와 효율적인 전력 사용을 위해서
신호의 주파수를 고주파 대역으로 이동, FDM 방식
 기저대역(Baseband) : 신호가 원래 가지고 있는 주파수의 범위
 반송파 통신 : 변조를 통하여 신호의 주파수 대역을 옮겨서 전송
AM(Amplitude Modulation), FM(Frequency Modulation), PM(Phase Modulation)
제 4 장 : AM (진폭변조)
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통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
 진폭변조(AM) : 반송파 신호
Acos(ct  c )의 크기 값 A 가 전송하고자 하는 신호 m(t )에 비례한 변화
 변조된 신호와 스펙트럼
m(t ) cosct

m(t )  M ( )
1
m(t ) cos ct  [M (  c )  M (  c )]
2
(4.1)
 변조과정은 변조신호를 c만큼 좌우측으로 이동시키는 과정
 m(t )의 대역폭 : B [Hz], 변조신호 대역폭 : 2B[Hz] (그림 4.1 a, b, c)
 변조신호의 Non-overlap 조건 : c  2B
 Upper Sideband : USB, Lower Sideband : LSB.
Double-sideband : DSB  DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier Modulation)
제 4 장 : AM (진폭변조)
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통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정
제 4 장 : AM (진폭변조)
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통신시스템공학
4.2
AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
 복조(Demodulation) : 변조된 신호로부터 원래의 신호 m(t ) 를 복원하는 과정
 변조과정 후  2c 에 위치한 신호들을 저역통과하여
m(t ) 신호를 얻음 (그림 4.1 d, e)
1
e(t )  m(t ) cos 2 ct  [m(t )  m(t ) cos 2ct ]
2
1
1
E ( )  M ( )  [M (  2c )  M (  2c )]
2
4
(4.2a)
(4.2b)
 동기검파(Synchronous Detection, or Coherent Detection) : 변조시 사용한 sin 함수와 같은
주파수와 위상을 갖는 sin 함수를 사용
그림 4.1 DSB-SC 변복조 과정
제 4 장 : AM (진폭변조)
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통신시스템공학
4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
 변조기(Modulator)
 곱셈 변조기(Multiplier Modulator) : m(t )에 cosct를 직접 곱하는 아날로그 곱셈기를 사용하는 변조기
 증폭기의 비선형성과 고가의 단점
 비선형 변조기(Nonlinear Modulator) : 다이오드나 트랜지스터와 같은 비선형 소자를 이용 (그림 4.3)
 비선형 소자의 입출력 관계 이용
(4.3)
y (t )  ax (t )  bx 2 (t )
z(t )  2am(t )  4bm(t ) cosct
 single balanced modulator
그림 4.3 비선형 DSB-SC 변조기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
 변조기(Modulator)
 스위칭 변조기(Switching Modulator) : 곱셈기를 간단한 스위치 동작으로 대치,m(t ) 를 하나의
sin 함수로 곱하는 것이 아니라 기본 주파수가

 그림 4.4a :
c 인 임의의 주기함수를 곱해서 변조시킴
Φ(t )   Cn cos( n ct   n )
(4.4a)
n 0 
m(t )Φ(t )   Cn m(t ) cos( n ct   n )
n 0
 신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가
(4.4b)
c 인 BPF를 통과시켜 c1m(t ) cos(ct  1) 변조신호 구함
 그림 4.4b : 직각 펄스열을 이용한 변조신호
1 2
1
1
 (cos ct  cos 3ct  cos 5ct  ... )
(4.5)
2 
3
5
1
2
1
1
m(t )w(t )  m(t )  [m(t ) cos ct  m(t ) cos 3ct  m(t ) cos 5ct  ... ]
2

3
5
w(t ) 
 신호 대역폭 : 2B[Hz], 중심 주파수가
c
인 BPF를 통과시켜
2

(4.6)
m(t ) cos ct 변조신호 구함
스위치 변조기 구성(그림 4.5) : 1) 다이오드-브릿지 변조기 2) 직렬 브릿지 다이오드 변조기

제 4 장 : AM (진폭변조)
3) Shunt-브릿지 변조기
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4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.4 DSB-SC 를 위한 스위칭 변조기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.4 DSB-SC 를 위한 스위칭 변조기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
그림 4.5 다이오드-브릿지 변조기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
 링 변조기 (Ring Modulator) (스위치 변조기 일종) : double balanced modulator
 원리 : A cosct의 양(+) 반주기에는 다이오드 D1과 D3가 “On”되어 출력이 m(t ) 에 비례하고
음(-) 반주기에는 다이오드 D2과 D3가 “On”되어 출력이
4
1
1
 m(t ) 에 비례
0 (t )  (cos ct  cos 3ct  cos 5ct  ... )

3
5
4
1
1
vi (t )  m(t )0 (t )  [m(t ) cos ct  m(t ) cos 3ct  m(t ) cos 5ct  ... ]

3
5
(4.7a)
(4.7b)
그림 4.6 링 변조기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.2 AM : DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier)
 DSC-SC 신호의 복조 : 변조과정 후 LPF 적용과정과 동일
 수신된 신호의 반송파의 주파수와 위상을 이용한 동기검파(검출)(Coherent
demodulation)
 DSB-LC 적용 이유
 DSB-SC : 수신기는 송신기에서 보낸 반송파의 주파수와 위상을 정확히 알고
있어야 함.
 수신기 복잡, 고가
예) 일대일 통신의 경우 수신기 복잡해도 송신기의
단순화 목적으로 적용
 DSB-LC : 반송파 전송  수신기의 반송파 복원 불필요, 송신기 고출력 및 고가
장비 필요
예) 방송 시스템의 경우 수신기는 간단하고 저가 제작해야 하며, 송신기는
고가가능 시스템
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
 AM : DSB-LC
 신호와 스펙트럼 :  AM (t )  Acosct  m(t ) Acosct  [ A  m(t )]cosct
1
2
(4.8a,b)
 AM (t )  [M (  c )  M (  c )]  A[ (  c )   (  c )]
(4.8c)
 A  m(t )와  ( A  m(t ))을 그린 후 사이에 반송파 주파수의 정현파를 그리면 변조된 신호
 A  m(t )  0: 수신신호의 포락선을 통해 송신신호 검출가능(그림 4.8b,d)
A  m(t )  0
: 수신신호의 포락선을 검출 불가능(그림 4.8c,e)
A  m(t )  0 for all t
포락선 검출을 위한 반송파 크기의 최소값 : A  m ( peak value of m(t ) )
p
 변조지수 (modulation index) :   m p
(4.10a)
0   1
A
 A  m    1: 과변조(overmodulation) => 포락선 수신 불가 => 동기수신
p
 AM 신호의 포락선 수신 조건 :
(4.9b)
(4.10b)
 포락선 검출(   1 )은 동기검출보다 간단하고 저가 구현가능
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
그림 4.8 AM 신호와 신호의 포락선
제 4 장 : AM (진폭변조)
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4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
 측파대와 반송파 전력
 AM (t )  A cos ct  m(t ) A cos ct
 AM 변조신호 :


 
 

carrier
2
 반송파 전력 : P  A
c
반송파 전력 :
( A cos
2
~
m2 (t )
Ps 
2
ct
sidebands
의 자승평균값), 소모성 전력
, 유용한 전력
 전력 효율(power efficiency) :
~ 2 (t )
Ps
m


~ 2 (t )  100%
Pc  Ps A2  m
 톤 변조의 경우
~ 2 (t )  (A)
m(t )  A cosmt , m
2

  1  max  33% :
제 4 장 : AM (진폭변조)
2

2

 100%,
2  2
0   1
송신전력의 1/3 정도만 유용한 전력 (음성신호의 경우 25% 정도)
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4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
 AM 신호의 생성 : 반송파 신호를 없애지 않아도 되므로 DSB-SC 변조기보다 간단
C cosct  m(t ) ( C  m(t ))
 cosct의 제어로 다이오드의 스위칭이 이루어지고, [C cosct  m(t )]와 w(t )가 곱해지는 효과
 스위치 변조기(그림 4.10) : 회로 입력신호
1
1
1 2 

vbb' (t )  [C cos  ct  m(t )]w(t )  [C cos ct  m(t )]   cos ct  cos 3ct  cos 5ct  ... 
3
5

2  
C
2
 cos ct  m(t ) cos ct 
other
terms

2


suppressed by bandpass filter
AM
그림 4.10 AM 신호 생성기
제 4 장 : AM (진폭변조)
< 16 >
통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
 AM 신호의 복조 : AM 신호의 동기검출은 AM변조 목적을 위반하므로 사용빈도 낮음.
비동기 검출방법 사용 : 1) 정류 검출, 2) 포락선 검출
 정류 검출(Rectifier Detection) : 그림 4.11
 다이오드와 저항으로 AM 신호의 반파 정류 AM 신호에 w(t ) 곱한 것과 동일효과
vR  [ A  m(t )]cosctw(t )
1
1
1 2 

 [ A  m(t )] cos ct     cos  ct  cos 3ct  cos 5 ct  ... 
3
5

2  
1
1
 [ A  m(t )]  other terms of higher frequencie s  B[Hz] LPF => 1 [ A  m(t )]  m(t )

제 4 장 : AM (진폭변조)

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
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4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
그림 4.11 AM 신호 생성기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
 포락선 검출 (Envelope Detection) : 그림 4.12
 변조된 신호의 포락선을 찾는 방법, 신호의 양 값동안 다이오드를 통해 콘덴서에 첨두치로 충전되고
첨두치 후 저항을 통해 방전하는 과정을 반복함.
 Ripple을 줄이기 위한 방전시간 계수 RC 값 조건 :
1/ c  RC  1/ 2B ( B : max imum frequency of m(t) )
 포락선 검출기 출력 : vc (t )  [ A  m(t )]  Ripple signalwith frequencyc
 직류성분 A 는 C나 RC의 HPF 로 제거, Ripple 성분은 RC LPF 제거
 검출기의 차이점
 정류 검출 : 동기 검출형태, LPF는 m(t ) cosct 에서 m(t ) 을 검출하며,
 포락선 검출 : 비선형 검출형태, LPF의 경우 RC 값이  값에 영향받음
제 4 장 : AM (진폭변조)
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 값에 영향받지 않음
통신시스템공학
4.3 AM :DSB-LC (Double Sideband Large Carrier)
그림 4.12 AM 신호의 포락선 검출기
제 4 장 : AM (진폭변조)
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