[데이터통신] Block Coding과 Analog To Digital

 

 

 

Block Coding

 

 

 

 

Block 코딩이란 동기화(Synchronization)나 오류 검출에 특화된 방법이다.

이를 위해 여분의(redundancy) 정보를 더 포함한다.

 

기본적으로 m개의 비트에서 n개의 비트로 변환함과 동시에 n이 m보다 클 경우에 mB/nB encoding이라고 부른다.

 

 

 

 

 

 

4B/5B

 

라인 코딩에서 NRZ-I 방식을 떠올려보자. 데이터 비트 1이 반복되는 경우 전압이 뒤바뀐다. 하지만, 0이 반복될 때는 직류 성분이 존재하는 단점이 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위해 비트 하나를 추가하는 방식으로 해결한다.

 

이때, 그냥 추가하는 것이 아니라 4개의 데이터 비트 자체를 5개의 비트로 치환한다. 맨 뒤에 추가하는 것이 아니다. 여기서 사용하는 정의된 테이블도 존재하기 때문에 이 테이블을 사용하면 된다.

 

 

빨간 밑줄의 패턴은 0이 세 번 이상 반복돼서 문제가 있지만, 치환된 데이터를 보면 그러한 문제가 해결된 걸 알 수 있다.

 

추가적으로 동기화나 오류 검출을 위해 Control Sequence에 대한 테이블도 존재한다.

 

 

 

 

 

Analog To Digitial

 

실제 세계는 대부분 디지털 데이터로 이루어져 있지 않다. 오히려 우리가 보고 듣는 모든 것들은 연속적인 아날로그 데이터가 훨씬 많다. 그러나 정보 통신의 세계에서는 데이터의 교환이 디지털 데이터로 이루어진다.

 

즉, 아날로그와 디지털 간의 효율적인 교환 방식이 필요하게 된 것이고, 여기에 몇 가지 방법이 제시된다.

 

 

 

 

 

 

Pulse Code Modulation (PCM)

 

Pulse Code Modulation이란 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 기술을 말한다.

이러한 변환의 과정을 PCM encoding이라고 하는데 여기에는 3 가지 과정을 따른다.

 

 

 

 

 

1. Sampling

 

 

연속적인 데이터를 추출하여 전압으로 표시한다. 마치 연속적인 아날로그 데이터를 세로 선으로 몇 개 그은 것처럼 생각해 보자.

 

다만, 각각의 신호의 전압 값이 너무 차이가 많이 나기 때문에 어느 정도 줄여줄 필요가 있어 보인다. 이를 위해 정규화(Normalization)의 과정을 거쳐야 한다.

 

 

전압 값의 범위를 줄여주기 위해 각각의 전압에서 5로 나누어주었다.

 

 

2. Quantizing

 

양자화라는 의미로, 연속적인 값을 이산적인 값으로 바꾼다는 의미이다.

앞서 정규화했던 값들은 소수점 아래까지 모두 나오므로 이산적인 값이라기보다는 연속적인 값에 가깝다. 따라서, 양자화를 통해 반올림 혹은 반내림을 시켜야 한다.

 

 

 

 

Normalized error는 양자화를 시킬 때 발생하는 오차를 말한다. 이 오차를 최소로 하는 것이 제대로 양자화하는 것이지만, 지금 예제에서는 각각이 무엇을 의미하는 지만 알아두자.

 

 

 

3. Encoding

 

 

앞서 전압이 -4V ~ 4V 까지였음을 떠올려보자. 총구간이 8 구간이 나오는데, 이러한 구간에 대한 정보를 결국 디지털 정보로 변환해야 한다. 어차피 8구간 밖에 되지 않으므로 비트는 3개면 충분하다.

 

경우의 수가 2* 2* 2 = 8가지이므로 그 이상의 비트는 필요 없다.

 

 

 

 

 

Delta Modultaion(DM)

 

PCM은 PCM encoding 과정이 생각보다 복잡하기 때문에 조금 더 간단하게 encoding이 가능한 Delta Modulation방식이 나왔다.

 

 

현재 값이 이전 값보다 크다면 1로 인코딩하고, 작다면 0으로 인코딩하면 되기 때문에 매우 간단하다.

 

 

 

 

 

References

 

[데이터 통신] Block coding과 Analog to Digital 변환