[데이터통신] Signal Conversion (Analog ↔ Digital)

Analog → Digital

- PCM (Pulse Code Modulation)

아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법 중 하나. Sampling(표본화), Quantization(양자화), Encoding(부호화)의 과정을 거침.

1. Sampling: 아날로그 신호를 일정한 간격으로 측정하여 디지털로 변환할 수 있는 데이터를 만드는 것. (Nyquist Theory → 원래 아날로그 신호의 최대 주파수의 2배 이상으로 샘플링해야 신호를 정확히 복원할 수 있음)
2. Quantizing: 샘플링된 아날로그 값을 가장 가까운 정수값으로 변환하는 것. 이 과정에서 실제 값과 정수값과의 오차인 quantization error(양자화 오차)가 발생함.
3. Encoding: 양자화된 값을 이진 코드로 변환하여 디지털 데이터를 생성하는 것

장점: 아날로그 데이터를 신뢰성 높게 디지털화할 수 있음, 노이즈에 강함, 데이터 전송 및 저장이 용이함

- DM (Delta Modulation)

PCM의 단순한 버전. 하지만 신호를 인코딩하는 PCM과는 달리 신호의 차이(변화량)만을 인코딩함.

Sampling, Delta Measurement(차이 측정)의 과정을 거침.

각 샘플과 그 이전 샘플의 값을 비교해서 그 값이 더 크면 1, 그 값이 더 작으면 0으로 표현.

• 장점: 데이터를 압축하여 전송할 수 있기 때문에 효율적임
• 단점: 신호가 급격하게 변화하거나, 또는 세밀하게 변화할 때 정확도가 떨어짐 (샘플의 값이 아닌 샘플 간의 차이만을 기록하기 때문)

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Digital → Analog

- ASK (Amplitude Shift Keying)

진폭을 통해 비트를 표현

- FSK (Frequency Shift Keying)

주파수를 통해 비트를 표현

• BFSK (Binary FSK): 2개의 주파수 크기를 통해 0, 1을 표현
• MFSK (Multiple FSK): 2개 이상의 주파수 크기를 통해 비트를 표현

- PSK (Phase Shift Keying)

위상을 통해 비트를 표현

• BPSK (Binary PSK): 2개의 위상(0˚, 180˚)을 통해 0, 1을 표현
• QPSK (Quadrature PSK): 4개의 위상(0˚, 90˚, 180˚, 270˚)을 통해 2비트(00, 01, 10, 11)를 표현
• DPSK (Differential PSK): 이전 신호와의 위상 차이를 이용해 비트를 표현

- QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

진폭과 위상을 통해 비트를 표현 (= ASK + PSK)

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Analog → Analog

• AM (Angle Modulation)
• FM (Frequency Modulation)
• PM (Phase Modulation)