디지털 통신의 전체적인 과정 (Block diagram of typical digital communication system) (1)

그림1. 전형적인 디지털 통신 시스템의 블록 다이어그램.

 

이 글에서는 디지털 통신이 전체적으로 어떠한 과정을 거치면서 진행되는지 간단히 설명한다. 모든 블록에 대한 설명이 있지 않을 수 있다.

 

그림 1은 전형적인 디지털 통신 시스템의 블록 다이어그램이다. 그림의 윗부분은 information source에서부터 transmitter까지의 과정을, 아랫부분은 receiver에서 information sink까지의 과정을 나타낸다. 진한 색깔로 칠해진 블록은 디지털 통신에서 없어서는 안 될 필수 블록들이라고 생각하면 된다. 그럼 그림의 윗부분부터 설명을 진행하겠다.

 

1. Information source

information source는 디지털 통신에서 통신을 통해 보낼 정보를 의미한다. 핸드폰 간의 통신에서는 문자 메시지, 통화 목소리 등을 예로 들 수 있다. information source는 analog information source와 digital information source로 나뉘게 되는데 analog information source는 A/D conversion을 통해서 디지털 신호로 바꿔줘야 디지털 통신이 가능하다. 

 

2. Source coding

Source coding은 analog information source를 디지털 신호로 변환하는 역할을 하며, formatting과 compression이 이뤄진다. 디지털로 변환된 신호는 bit stream의 형태를 띤다. 디지털 통신에서 신호를 표현할 때 bit, symbol, bit stream이라는 용어가 자주 나오는데, bit는 0 또는 1로 표현할 수 있는 가장 기본적인 정보의 단위이다. bit가 모여서 symbol을 형성하고, symbol들이 모여 bit stream을 형성한다.

 

Formatting은 sampling과 quantization 작업을 통해 Analog-to-Digital conversion 해주는 기술이다. formatting을 통해 bit stream 형태로 바뀐 정보를 compression 해서 redundant 한 정보를 없애준다.

 

3. Encrypt(암호화)

encrypt는 통신에 안정성을 제공해 주는 블록이다. 권한이 없는 사용자(unauthorized users)가 메시지를 이해(understanding messages)하고 잘못된 메시지를 주입(injecting false messages)하는 것 등을 막아준다.

 

 

4. Channel Coding

채널 코딩 블록에서는 message symbols이 channel symbols의 형태가 되며, 오류검출(error detection)이나 오류정정부호(error correction coding) 기술을 이용해서 probabilty or error $P_E$를 줄이는 역할을 한다. 오류 정정 부호 기술은 bit stream에 parity bits를 붙여서 통신 간의 오류가 발생할 시 이를 정정해 줌으로써 통신의 정확도를 높였으며, 이후 Convolutional codes, Turbo Codes, LDPC codes, Polar codes 등의 발전한 기술들이 등장했다.

 

5. Multiplexing

단일 링크를 이용해서 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있도록 해주는 기술이며 핵심은 주어진 자원을 얼마나 효율적으로 쓰는가이다. 크게 TDM(Time-division multiplexing), FDM(Frequency-division multiplexing), CDM(Code-division multiplexing) 등의 기술들이 있다.

 

6. Modulation(변조)

Pulse modulate

modulation은 정보를 전송하기 위해 binary 신호를 waveform 형태로 변환하는 것이다. pulse modulate에서는 binary 신호가 baseband waveform 형태로 변환되며, baseband waveform은 center frequency가 0인 신호이다.

 

Bandpass modulate

bandpass modulation에서는 baseband waveform에 carrier frequency가 합쳐져 높은 대역의 주파수로 변환된다. 주파수가 고주파일수록 파장이 짧아지게 되는데, 안테나의 크기는 파장의 반지름에 비례한다. 따라서 핸드폰 같은 기기에는 안테나의 크기가 충분히 작아야 하므로, 고주파의 신호가 필요하게 된다.

 

7. Freqeuncy Spread

특정 신호의 주파수 대역을 넓히는 기술이다. 이로 인해 1차적으로는 주파수 효율이 나빠지지만, 한 주파수 범위에서 서로 간섭으로부터 영향을 덜 받도록 해주며, communicator의 privacy를 향상해 준다. 이러한 점 때문에 가입자가 많은 이동통신환경에서 중요한 기술이다.

 

 

 

이후 과정은 디지털 통신의 전체적인 과정 (Block diagram of typical digital communication system) (2)에서 이어집니다.

디지털 통신의 전체적인 과정 (Block diagram of typical digital communication system) (2)

 

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Reference

Sklar, Bernard. Digital communications. Vol. 2. Upper Saddle River, NJ, USA:: Prentice hall, 2001.