06. 아날로그 신호

정보가 전송되기 위해서는 전자기 신호로 변환되어야 한다. 데이터는 아날로그나 디지털이 될 수 있다. 여러 전압 값을 가지면서 연속적으로 변화하는 신호를 아날로그(analog) 신호라 하고, 미리 정해진 전압의 값(유한 개)만 갖는 신호를 디지털(digital) 신호라 한다. 데이터 통신에서는 흔히 아날로그는 주기신호를 사용하거나 디지털 신호는 비주기신호를 사용한다.

 

그림  34. 아날로그 신호와 디지털 신호

 

(１) 아날로그 신호

자연계에 포함되어 있는 연속적인 파형인 아날로그 신호는 주기신호와 비 주기신호로 분류할 수 있다. 주기 신호는 다시 정현파와 비 정현파로 분류할 수 있다. 비 정현파에는 계단파, 직선파, 삼각파 등이 있는데, 대표적인 예가 컴퓨터 내부의 클록(Clock) 파형이다.

 

그림  35. 아날로그신호

 

1) 주기 아날로그 신호

① 연속적으로 반복된 패턴으로 구성된다.

② 사이클(cycle) – 하나의 완성된 패턴

그림 36. 주기 신호

 

2) 비주기신호

① 시간에 따라 반복된 패턴이나 사이클이 없이 항상 변한다. 그래서 신호는 반복된 패턴이 없다.

그림 37. 비주기신호

 

3) 정현파의 3가지 특성

정현파(싸인파, sine wave)는 아날로그 주기신호의 가장 기본적인 형태이다. 3가지 특성으로는 진폭(amplitude), 주파수(frequency), 위상(phase)이 있으며, 여기에 연관된 지식에 대해서 알아봅니다.

 

① 진폭(amplitude)

• 신호의 크기나 또는 세기를 나타내며 단위는 V(volt, 볼트)이다. 예를 들면 음성의 크기가 진폭이다.

• 신호의 높이를 말한다.

• 특정 순간의 신호 값이다. 전압(Voltage), 전류(amperes), 전력(watts)

 

그림 38. 위상과 주파수는 같지만 진폭이 서로 다른 두 신호

 

 

그림 39. 진폭

 

 

② 주기(period)와 주파수(frequency)

• 주기(T): 하나의 사이클을 완성하는데 필요한 시간(초 단위)

• 주파수(F): 주기의 역수(1/t), 1초에 완성되는 주기의 횟수 or 1초 동안 생성되는 신호 주기의 수

• 단위는 HZ(cycle/second, 헤르츠) 이다.

• F(주파수) = 1 / T(주기), T(주기) = 1 / F(주파수)

 

 주파수는 시간에 대한 신호의 변화율이다. 짧은 기간내의 변화는 높은 주파수를 의미하며, 긴 기간에 걸친 변화는 낮은 주파수를 의미한다.

 

그림 40. 주기(Period)와 주파수(Frequency) 관계

 

 

③ 위상(phase)

• 임의의 시간에서 반송파 사이클의 상대적인 위치를 의미한다. 단위는 °(degree, 도) 이다.

• 시간 0시에 대한 파형의 상대적인 위치를 말한다.

• 시간축을 따라 앞뒤로 이동될 수 있는 파형에서 그 이동된 양을 말한다.

• 첫 사이클의 상태를 표시한다.

그림  41. 위상간의 관계

 

 

4) 주파수 대역의 종류

① 음성: 300 ~ 3,400Hz

② HF(High Frequency) : 3 ~ 30MHz

③ VHF(Very High Frequency): 30 ~ 300MHz

④ UHF(Ultra High Frequency): 300 ~ 3000MHz

⑤ SHF(Super High Frequency): 3,000 ~ 30,000MHz

 

5) 대역폭(Bandwidth)

복합신호의 대역폭은 신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수 사이의 차이를 말한다.

그림  42. 주기와 비주기 복합 신호의 대역폭