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[5]디지털과 아날로그

<아날로그와 디지털은 어떻게 다른가?>

목욕탕에 가면 몸무게를 재는 커다란 눈금저울이 있습니다. 몸무게를 재기 위해 올라서면

예) 66Kg ~ 67Kg사이 에 바늘이 있게 됩니다. 이때 66과 67사이에는 수많은 수가 들어 있음을 우리는 알고 있습니다.

66, 66.1, 66.01, ............. 67

이렇게 연속적으로 틈이 없는 값으로 표현되는 것을 아날로그 값이라 합니다. 즉, 자연에 존재하는 그대로의 상태를 말하는 것입니다. 여기서 만일 상수값만 취한다면 66, 67 두개밖에 없으며, 소수점 이하 첫째자리까지 취한다면, 66.1, 66.2, ...........66.9까지 9가지 밖에 없습니다. 이렇게 연속적인 양 중에서 대표값을 취하는 것이 디지털 값입니다.

휴대폰 통화시 인간이 말하는 음성은 연속적인 싸인 곡선을 그립니다. 그러나 디지털을 쓰는 이유는 음성을 아날로그 상태로 먼거리에 전송하면 감쇄되어 찌그러져서 수신자가 무슨 내용인지 알아듣지 못하므로, 연속적인 곡선의 대표값을 추출(디지털화)해 보내고 수신측에서 복원해 통화를 하게 되는 것입니다. 그래서 원래의 음성데이터를 모두 보내지 않고 표본값을 추출해 보내는 디지털 전화는 약간의 기계음이 나기도 하는 것입니다.

▶아날로그: 어떤 양을 표시할 때 연속적인 값으로 나타냅니다.
▶아날로그 통신: 사람의 음성⇒마이크⇒전기적 신호⇒상대방
▶디지털: 어떤 양을 표시할 때 비연속적인 값으로 나타냅니다.
▶디지털 통신: 아날로그 신호⇒ 2진 부호 "0"과 "1"로 변환 ⇒ 상대방

<왜 디지털로 가는 것일까?>

주파수 대역폭이 많이 필요하다는 것은 경제적이지 못하다는 말과 같습니다. 달리 말하면, 아날로그는 자동차 1대가 고속도로 1 , 2차선 두개의 차선을 점유하는 것과 같다고 할 수 있습니다.

<디지털 신호의 복원: 중계기(Repeater)>

길을 걷다 흔히 볼 수 있는 둥그렇고, 네모지게 철판으로 만들어진 통신 맨홀(약 1.5Km마다 1개씩)안에는 중계기(Repeter)가 들어 있습니다. 중계기의 역할은 찌그러진 신호를 원래의 깨끗한 신호로 복원해서 다음 구간으로 계속 보내주는 것입니다. 우리가 서울에서 부산으로 장거리 전화를 해도 바로 옆에서 통화를 하듯 깨끗한 음성을 들을 수 있게 되는 것도 이 중계기의 덕분입니다.

[6]디지털 변복조

1. 디지털 신호

우리가 일반적으로 사용하는 음성신호는 아날로그 신호이다. 현재 사용하고 있는 이동통신 시스템은 디지탈 시스템 이며, 디지탈 신호만을 처리하기 때문에 음성신호는 시스템에서 서비스를 제공받기전 이동전화내부의 음성 부호화기에서 디지탈 신호로 변환된다.
이렇게 아날로그 신호를 디지탈 신호로의 변환을 A/D변환이라고 하며, 디지탈 신호에서 아날로그 신호로 변환하여 원래의 음성신호를 복권하고자 할때는 신호의 변화가 없어야 하므로, 샘플링 이론에 따라 아날로그 신호에서 디지탈 신호를 추출한다.
샘플링 이론은 아날로그 신호가 가지는 주파수에 대해 2배이상으로 샘플링을 하면, 원 아날로그 신호의 모든 정보를 포함할수 있다는 이론이다.

2. 디지털 변복조

정보(신호)를 원하는 곳까지 오류없이 전달하기 위해 반송파를 이용하여 전송채널에 알맞은 신호의 형태로 변환하는 과정이다. 전송되는 신호의 특성에 따라 ASK(진폭변조),FSK(주파수변조), PSK(위상변조) 등으로 분류한다.

① ASK (Amplitude Shift Keying)
전송하고자 하는 디지탈 신호에 대응하여 반송파의 진폭을 변화시켜 전송하는 방식으로 다음은 한 신호를 '0' (혹은 '-1')을, 다른 한 신호는 '1'의 값을 갖는 디지탈 신호 진송시 사용될 수 있는 On-Off Keying(OOK)의 예를 보여주고 있다.

② FSK (Frequency Shift Keying)
전송하고자 하는 디지탈 신호에 대응하여 반송파의 주파수를 변화시켜 전송하는 방식으로 다음은 한 신호를 '0'(혹은 '-1')을, 다른 한 신호는 '1'의 값을 갖는 디지탈 신호 진송시 '0'의 값 전송시 주파수 f0를 사용하고 '1'의 값 전송시 주파수 f1을 사용하는 BFSK 방식의 예를 보여주고 있다.

③ PSK (Phase Shift Keying)
전송하고자 하는 디지탈 신호에 대응하여 반송파의 위상를 변화시켜 전송하는 방식으로 다음은 한 신호를 '0'(혹은 '-1')을, 다른 한 신호는 '1'의 값을 갖는 디지탈 신호 진송시 '0'의 값과 '1'의 값 전송시 두 신호가 π 만큼 떨어진 두 가지 위상을 대응시키는 BPSK방식의 예를 보여주고 있다.