Modem

1. Modem 지식공학실 김병진

2. 목 차 • 데이터 전송장비 • Modem • 정의 • 동작과정 • 종류 • 표준 • 데이터 변환 기법 • 변조 • 디지털 데이터, 아날로그 신호 • 아날로그 데이터, 아날로그 신호 • 인코딩 • 디지털 데이터, 디지털 신호 • 아날로그 데이터, 디지털 신호

3. 데이터 전송장비 • 디지털 & 아날로그 데이터 • 디지털 & 아날로그 데이터 -> 디지털 & 아날로그 신호 아날로그 CODEC 디지털 인코딩 디지털 DSU 디지털 아날로그 전 화 아날로그 변 조 디지털 MODEM 아날로그

4. MODEM • 변복조기 • 변조(Modulation) + 복조(Demodulation) • 변조(Modulation) • 어떤 속성의 데이터를 아날로그 반송신호 주파수로 변화 • 복조(Demodulation) • 전송 후 원래의 데이터로 변환 • 컴퓨터와 터미널에서 사용되는 디지털 신호를 아날로그 전송회선에서의 전송에 적합하도록 변조하여 주고, 변조된 신호를 수신한 다음 복조하여 원래의 디지털 신호로 변환하여 주는 일종의 신호변환기

5. MODEM의 동작과정 • 송신부 • 수신부

6. MODEM의 분류(1) • 동기방법에 따라 • 비동기식 모뎀 • 한번에 하나의 글자 • 1200bps 이하의 저속도 모뎀 • 변조 방법 - FSK • 동기식 모뎀 • 몇 개의 문자을 묶어서 • 2400bps이상의 중속도 모뎀 • 대화형 & 지능형 단말 같은 동기식 단말 • 변조 방식 – PSK, QAM • 대형컴퓨터 사이의 통신 • 전용선

7. MODEM의 분류(2) • 사용가능 거리에 따라 • 선로 구동기(Line driver) • 1마일 미만의 거리 • 100bps~1Mbps의 속도로 사용 • 제한거리(단거리) 모뎀 • 1~20 마일의 거리 • 100bps~1Mbps의 속도로 사용 • 장거리 모뎀 • 일반 음성 선로를 이용 • 거리 제안 없음 • 50bps~19,200bps의 속도로 사용

8. MODEM의 분류(3) • 통신속도에 따라 • 저속도 모뎀 • 1800bps 이하의 모뎀 • 중속도 모뎀 • 2400, 4800, 9600bps인 모뎀 • 고속도 모뎀 • 48kbps 이상의 데이터 신호속도를 제공

9. MODEM의 분류(4) • 사용하는 회선에 따라(장 거리용) • 교환 회선용 모뎀 • 일반 통신망 • dial-up 회선을 이용 • 저속도 및 중속도에서 사용 • 전용 회선용 모뎀 • 통신회사 전용라인’ • 2선식 혹은 4선식 전용회선을 이용 • 통신속도에는 거의 제한 없이 사용

10. MODEM의 분류(5) • 변조방식에 따라 • ASK 모뎀 • 구조 간단 • 전송과정에서의 레벨 변동에 약함 • 근거리 전송 및 소량의 전송에만 이용 • FSK 모뎀 • 1200bps 이하의 비동기식 모뎀으로 널리 이용 • 원거리 전송용 • 전송 과정에서의 잡음 및 간섭에 강하고 레벨 및 주파수 변동도 작기 때문 • PSK 모뎀 • 2400, 4800bps 등의 중속 데이터 전송을 위한 모뎀 • QAM 모뎀 • 9600bps의 중속 데이터 전송을 위해 사용

11. MODEM의 분류(6) • 전송방식에 따라 • 단방향 (simplex) • 라디오 방송, TV 방송 • 두 시스템 중에 하나의 시스템만 송신 • 양방향 교대 전송(half-duplex) • 반이중 통신 • 소형무전기 • 교대로 양방향 송신 • 양방향 동시 전송(fall-duplex) • 전화통신 • 동시에 양방향 송신

12. MODEM의 분류(7) • 그 밖의 모뎀 • 케이블 모뎀 • 유선케이블 방송망 • 셀룰라 모뎀 • 셀룰라 이동 전화망 • 9.6Kbps ~ 28.8Kbps • 멀티포트 모뎀 • 고속 동기식 모뎀 + 시분할 다중화기 • 제한된 기능의 멀티플렉서가 혼합

13. MODEM의 표준 • AT&T사에 Bell • 미국 내 • CCIT의 ITU-T • 유럽쪽에서 • V 시리즈 : 아날로그 통신규약 • X 시리즈 : 디지털 통신 • Microcom사의 MNP • 에러검출/수정기증 중 데이터 전송의 양쪽을 검출 • 데이터 압축 기능 • MNP class 1 ~ class 10

14. 데이터 변환 기법 • 변조(Modulation) • 디지털 데이터, 아날로그 신호 • 아날로그 데이터, 아날로그 신호 • 인코딩(Encoding) • 디지털 데이터, 디지털 신호 • 아날로그 데이터, 디지털 신호

15. 디지털 데이터, 아날로그 신호 • 변조(Modulation) • 데이터를 아날로그 반송파로 변환 • 반송파(정현파) • 원거리 통신에 적당한 주파수와 진폭을 가진 아날로그(교류) 신호 • 변조의 종류 • 진폭 편이 변조(ASK:Amplitude Shift Keying) • 주파수 편이 변주(FSK:Frequency Shift Keying) • 위상 편이 변조(PSK:Phase Shift Keying)

16. ASK(Amplitude Shift Keying) • 진폭 편이 변조 • 데이터의 신호와 전압 변화에 따라 반송파의 진폭을 변화 • 데이터 표현 • 반송파 송출(OOK:On-Off Keying) : 1 • 반송파 송출 중단 : 0 • 비효율적 • 갑작스런 변화에 민감 • 음성급 회선에서 최고 1200bps • 광섬유로 데이터를 전송

17. FSK(Frequency Shift Keying) • 주파수 편이 변주 • 두개의 이진 값에 서로 다른 반송파의 주파수를 적용(진폭은 동일) • 데이터 표현 • 높은 주파수 : 0 • 낮은 주파수 : 1 • ASK에 비해 잡음 등의 레벨 변동을 받지 않음 • 비교적 단순한 회로 - 널리 이용 • 동축케이블을 이용한 근거리 통신망

18. PSK(Phase Shift Keying)(1) • 위상 편이 변조 • 디지털 신호에 대응 반송파의 위상을 각각 다르게 전송 • 2,4,8 등분으로 위상을 나누어 데이터를 표현 • 다른 위상에 1비트 또는 2, 3비트를 한꺼번에 할당 • 2위상 편이 변조방식 • 2등분된 각각의 서로 다는 위상에 0또는 1을 할당 • 데이터 표현 • 1 : 위상의 변화 없음 • 0 : 180도의 위상변화

19. 권고안 DIBIT 위상편이각 A 방식 0˚ 90˚ 180˚ 270˚ B방식 45˚ 135˚ 225˚ 315˚ 0 0 0 1 1 1 1 0 CCITT V.26 0 0 0 1 1 1 1 0 45˚ 135˚ 225˚ 315˚ BELL 201 B/C PSK(Phase Shift Keying)(2) • 4위상 편이 변조방식 • 연속되는 2 비트의 조합(DIBIT)로 분할 • 바로 직전에 전송한 반송파의 위상을 기준 • 다음에 전송할 2비트의 종료(4종류)에 의해서 결정되는 각도만큼 위상변화

20. PSK(Phase Shift Keying)(3) • 8위상 편이 변조방식 • 연속되는 3비트의 조합(TRIBIT)분할 • 바로 직전의 반송파를 기준으로 전송할 데이터의 3비트에 따라 위상의 각도를 조절

21. 아날로그 데이터, 아날로그 신호 • 효율적인 전송 • 높은 반송 주파수가 필요 • 무선통신의 경우 베이스 밴드 신호(직류신호)를 전송하는 것은 불가능 • 주파수 분할 다중화 방식 • 별도의 다중화 방식을 택하지 않아도 됨 • 대역 전송 방식(베이스 밴드 전송 방식) • 진폭변조(AM:Amplitude Modulation) 방식 • 주파수 변조(FAM:Frequency Modulation) 방식 • 위상 변조(PM:Phase Modulation) 방식

22. 대역 전송 방식 • 진폭변조(AM:Amplitude Modulation) 방식 • 변조될 신호에 변조지수(Modulation index)을 사용 • 입력신호의 진폭과 반송주파수의 진폭의 비 • 주파수 변조(FAM:Frequency Modulation) 방식 • 입력 신호와 반송파를 주파수에 의해서 변조 • 위상 변조(PM:Phase Modulation) 방식 • 입력신호와 반송파를 위상에 의해서 변조

23. 디지털 데이터, 디지털 신호 • 기저대역 전송( Baseband Transmission) • 디지털 데이터를 그대로 보내거나 또는 형태만 다른 디지털 데이터로 바꾸어 디지털 신호형태로 전송 • 일대일 부호화 전송 • 2진 데이터 -> 각 데이터 비트와 신호요소 • 단극형(Unipola) • 모든 신호요소가 -/+의 동일한 부호를 가질때 • 양극형(polar) • 논리 상태에 따라 음/양의 전압으로 표시 • 원거리 전송시 감쇄현상 • 컴퓨터와 단말장치의 통신, Lan, PCM에서 사용

24. 디지털 데이터, 디지털 신호 • 단류방식 • 가장 간단한 방식, 수신측에서 각 신호의 1/2기간으로 판독 • 최적치 유지가 어려움, 잡음에 약하므로 LAN에 주로 사용 • 0 : 0전압 • 1 : (+)또는 (-)전압 발생 • 복류방식 • 수신측에서 0전압으로 고정시키고 전압변화를 검토하여 전송 • 0 : +/- 전압발생 • 1 : - 전압 발생 • RZ방식 • 특정 비트 펄스와 다음 비트펄스 사이에 반드시 0의 상태로 일정시간동안 유지 한 수 다음 신호를 보내는 방식 • 각 펄스간에 반드시 0전위가 존재 • NRZ 방식 • 비트 펄스사이에 전위 0을 유지하지 않고 계속 펄스를 전송하는 방식이다. • 바이폴라(Bipolar)방식 • 0 : 0전위 • 1 : 교대로 +/- 전압 • 차분(Differentia)방식 • 전압과는 무관 • 극성이 바뀜 : 0 • 바뀌지 않음 : 1 • 다이코드(Dicode)방식 • 계속되는 전송 비트의 내용에 따라서 (+)와 (-)전위 • 0 -> 1 : + 전위 • 1 -> 0 : - 전위 • 변하지 않으면 0전위 • CMI(Coded Mark Inversion)방식 • 0 : - -> + 전압 변할 때 • 1 : 변하지 않음

25. 아날로그 데이터, 디지털신호 • 디지털화(digitization) • 아날로그 데이터 -> 디지털데이터 • 코텍(CODEC : COder + DECder) • 디지털 신호를 원래의 아날로그 데이터로 복구 • 낮은 잡음율과 왜곡과 무관 • 경제적-LSI의 가격 하락 • 높은 안전도 –간단한 암호화 기법 • 워성통신에서의 이용 • 펄스 코드 변조(PCM)과 델타 변조(DM)

26. PAM(Pulse Amplitude Modulation) • 펄스코드변조 방식 • PAM(Pulse Amplitude Modulation) 표본화 • Shannon의 표본화 정리 • 양자화(Quantization) • 양자화 잡음 • 인코딩(Encoding : 부호화)

27. PAM 표본화 • 아날로그 데이터 신호 -> PAM 펄스를 생성 • Shannon의 표본화 정리 • 음성급의 회선의 표본화 : 초당 6,000회 • 실제체널 4KHz • 음성급 회선의 대역폭 : 300 ~ 3400Hz • 보호밴드 –근접한 채널로부터의 간섭 보호 • 표본화 횟수 8K(초당 8000번) • 한사이클당 2회 “발생되는 아날로그 신호를 디지털화 하기 위한 표본화 과정에 있어서 최고 주파수의 두 배의 비율로 주기적인 표본화를 시도하면 그 신호를 정확하게 잡을 수 있고 후에 다시 생성해 낼 수 있다.”

28. 양자화와 부호화 • 양자화 • PAM펄스 ->정량화 -> 디지털 신호 • 최대 아날로그 신호의 진폭을 양자화 레벨의 숫자로 나누어 각 간격에 대표 값을 설정(등급화) • 부호화 • PCM신호를 전송을 위한 디지털 신호로 변환 • NRZ

29. 양자화 잡음을 제거 • 양자화 잡음 • 근사치들이 반올림 될 때 ->약간의 오류 • 양자화 잡음을 제거하는 방법 • 비선형 부호화 기법 • 각 양자화 래벨이 다른 간격을 갖도록 • 작은 진폭의 신호 -> 좁은 레벨의 간격 • 큰 진폭의 신호 -> 넓은 레벨의 간격 • 압축팽창기능을 사용하는 기법 • PCM 펄스 생성이전에 입력되는 아날로그 신호에 대해압축팽창함수를 사용 • 진폭이 작고 주파수 대역이 높은 신호의 왜곡을 줄임 • 입력측의 약한 신호 -> 큰 이득 • 강한 신호 -> 약한 이득