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기저 대역

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목차

1. 개요

기저 대역은 최고 주파수에 비해 0에 가까운 주파수를 포함하는 신호 또는 채널을 의미한다. 기저 대역 신호는 사운드 파형과 같이 변조되지 않은 신호를, 기저 대역 채널은 직렬 케이블이나 근거리 통신망(LAN)과 같이 0에 가까운 주파수를 전송할 수 있는 통신 채널을 의미한다. 디지털 기저 대역 전송은 필터링되지 않은 전선을 통해 디지털 비트 스트림을 전송하는 것이며, 이더넷 표준에서 "BASE"는 기저 대역 디지털 전송을 나타낸다. 기저 대역 프로세서는 무선 디지털 시스템에서 데이터를 처리하는 데 사용되며, 등가 기저 대역 신호는 변조된 신호의 복소수 표현으로 IQ 데이터로 표현된다. 기저 대역 신호는 변조를 통해 더 높은 주파수의 반송파를 변조하여 라디오로 전송될 수 있다.

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기저 대역
기본 정보
정의변조되지 않은 신호가 차지하는 주파수 범위
상세 정보
설명기저 대역은 신호의 원래 주파수 범위이며, 변조되지 않은 신호가 차지하는 주파수 대역을 의미한다.
예시마이크로폰에서 나오는 신호, 텔레비전 카메라의 출력 신호
응용 분야근거리 통신에서 데이터를 전송하는 데 사용되며, 대부분의 디지털 신호는 기저 대역 신호이다.
장점추가적인 대역폭 변환 장비가 필요하지 않아 비용 효율적이다.
단점장거리 전송에는 적합하지 않다.

2. 다양한 용도

기저 대역은 다양한 통신 기술 분야에서 활용된다.


  • 기저대역 신호: 0에 가까운 주파수를 포함하는 신호로, 음성 신호가 대표적인 예이다. 기저대역 대역폭은 신호의 최고 주파수와 같다.
  • 기저대역 채널: 0에 가까운 주파수를 전송하는 통신 채널로, 시리얼 케이블이나 근거리 통신망(LAN)이 이에 해당한다.
  • 디지털 기저대역 전송: 라인 부호화라고도 하며, 필터링되지 않은 전선을 통해 디지털 비트 스트림을 전송하는 방식이다. 이더넷에서는 "BASE"라는 단어로 표현된다.
  • 기저대역 프로세서: 무선 디지털 시스템에서 다운 변환된 디지털 신호를 처리하여 데이터를 추출하는 데 사용된다. GNSS 수신기 등에서 활용된다.
  • 등가 기저대역 신호: 변조된 물리적 신호의 복소수 표현으로, IQ 데이터라고도 불린다. ASK, PSK, QAM, FSK 등의 변조 방식에서 사용된다.


송신기(왼쪽)는 기저 대역 IQ 데이터 스트림을 받아 국부 발진기 신호를 진폭 변조한다. 이때 국부 발진기의 표준 사인파와 90° 위상 이동된 버전(동위상 및 직교)을 사용한다. 변조된 신호는 결합되어 중간 주파수 IF 표현을 형성한다. 일반적인 송신기에서 IF는 업컨버전, 필터링, 증폭된 다음 안테나에서 전송된다. 수신기(오른쪽)에서는 저잡음 증폭, 필터링 및 다운컨버전 후 IF 신호를 국부 발진기의 동위상 사인파 및 직교 버전과 혼합하여 복소수(또는 2차원) 표현을 제공한다. 이 IQ 데이터는 디지털 신호 처리기에서 기호 또는 데이터를 추출하는 데 사용된다.

2. 1. 기저대역 신호

'''기저대역 신호''' 또는 '''저역 통과 신호'''는 최고 주파수에 비해 0에 매우 가까운 주파수를 포함하는 신호이다. 예를 들어, 음성 신호(소리 파형)는 기저대역 신호로 간주될 수 있지만, 라디오 신호 또는 변조된 다른 신호는 그렇지 않다.[2]

'''기저대역 대역폭'''은 신호 또는 시스템의 최고 주파수와 같거나, 그러한 주파수의 상한이다.[3] 예를 들어, 저역 통과 필터의 상위 차단 주파수가 이에 해당한다. 반대로, 통과 대역 대역폭은 최고 주파수와 0이 아닌 최저 주파수 간의 차이이다.

2. 2. 기저대역 채널

기저대역 채널은 0에 매우 가까운 주파수를 전송할 수 있는 통신 채널이다.[4] 시리얼 케이블과 근거리 통신망(LAN)이 기저대역 채널의 예시이며, 무선 주파수 채널 및 아날로그 전화 네트워크의 대역 통과 필터링된 와이어와 같은 대역 통과 채널과는 대조적이다. 주파수 분할 다중화(FDM)를 사용하면 아날로그 전화선을 통해 기저대역 전화 통화와 하나 또는 여러 개의 반송파 변조된 전화 통화를 동시에 전송할 수 있다.

2. 3. 디지털 기저대역 전송

디지털 기저대역 전송은 라인 부호화라고도 하며,[5] 일반적으로 필터링되지 않은 전선을 통해 디지털 비트 스트림을 전송하는 것을 목표로 한다. 이는 ''반송파 변조'' 전송이라고도 하는 대역통과 전송과는 대조적이다.[6] 대역통과 전송은 전화 네트워크의 가입자 회선이나 대역 제한 무선 채널과 같은 대역 통과 필터링된 채널을 통해 통신을 가능하게 한다.[7] 이더넷에서 기저대역 전송은 "BASE"라는 단어로 표현된다.

2. 3. 1. 이더넷에서의 기저대역 전송

이더넷 물리 계층 표준에서 "BASE"라는 단어는 10BASE5, 100BASE-TX, 1000BASE-SX와 같이 기저대역 디지털 전송을 의미한다. (즉, 선 부호화와 필터링되지 않은 전선을 사용한다.)[8][9]

2. 4. 기저대역 프로세서

기저대역 프로세서는 BP 또는 BBP라고도 하며, 무선 디지털 시스템에서 필수 데이터를 검색하기 위해 다운 변환된 디지털 신호를 처리하는 데 사용된다. GNSS 수신기에서 기저대역 처리 블록은 코드 의사 거리 및 반송파 위상 측정과 같은 관측 가능 데이터와 항법 데이터를 제공한다.[7]

2. 5. 등가 기저대역 신호

'''등가 기저 대역 신호''' 또는 '''등가 저역 통과 신호'''는 변조된 물리적 신호(소위 대역 통과 신호 또는 RF 신호)의 복소수 표현이다. 이는 일정하거나 변화하는 반송파 주파수를 갖는 (대역 통과) 신호에 대한 아날로그 및 디지털 변조 방법 내의 개념이다(예: ASK, PSK, QAM 및 FSK). 등가 기저대역 신호는 다음과 같다.

:Z(t)=I(t)+jQ(t)\,

여기서 I(t)는 동위상 신호이고, Q(t)는 직교 위상 신호이며, j는 허수 단위이다.

이 신호는 때때로 '''IQ 데이터'''라고도 한다. 디지털 변조 방식에서 각 변조 심볼의 I(t) 및 Q(t) 신호는 성상도에서 명확하게 드러난다. 이 신호의 주파수 스펙트럼은 음수와 양의 주파수를 모두 포함한다. 물리적 대역 통과 신호는 다음 식과 같다.

:I(t)\cos(\omega t) - Q(t)\sin(\omega t) = \mathrm{Re}\{Z(t)e^{j\omega t}\}\,

여기서 \omega는 rad/s 단위의 반송파 각 주파수이다.

3. 변조

기저 대역 신호는 변조를 통해 더 높은 주파수의 반송파를 변조하여 라디오를 통해 전송할 수 있도록 한다. 변조는 신호를 원래 범위보다 훨씬 더 높은 주파수(무선 주파수 또는 RF)로 이동시킨다. 일반적인 이중 측파대 진폭 변조(AM)의 주요 결과는 신호가 차지하는 주파수 범위(대역폭)가 두 배가 된다는 것이다. 따라서 신호의 RF 대역폭(0 Hz가 아닌 최저 주파수에서 측정)은 기저 대역 대역폭의 두 배이다. 이러한 효과를 줄이기 위해 단일 측파대 변조와 같은 단계를 사용할 수 있다. 반대로, 주파수 변조와 같은 일부 전송 방식은 훨씬 더 많은 대역폭을 사용한다.

신호의 등가 기저 대역 버전과 AM 변조(이중-측파대) RF 버전의 비교. 사용된 대역폭이 일반적으로 두 배가 됨을 보여준다.

참조

[1] 서적 Tech Terms: What Every Telecommunications and Digital Media Professional Should Know https://books.google[...] CRC Press
[2] 서적 Communication System Design Using Dsp Algorithms: With Laboratory Experiments for the TMS320C30 https://books.google[...] Springer
[3] 서적 Information, Transmission, Modulation and Noise: A Unified Approach to Communication Systems https://books.google[...] McGraw-Hill
[4] 서적 Digital Signal Transmission https://books.google[...] Cambridge University Press
[5] 서적 CMOS Data Converters for Communications https://books.google[...] Springer
[6] 서적 Digital Baseband Transmission and Recording https://books.google[...] Springer
[7] 웹사이트 Baseband Processing - Navipedia https://gssc.esa.int[...] 2022-07-04
[8] 간행물 1.2.3 Physical layer and media notation IEEE 802.3
[9] 웹사이트 IEEE Get Program https://web.archive.[...] IEEE 2017-03-29
[10] 서적 Digital Communications McGraw-Hill


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