디지털 신호의 종류와 생성 과정

디지털 신호 생성 

디지털 신호 생성은 변환 프로세스를 사용하여 일반적으로 아날로그 신호인 소스에서 디지털 신호를 생성하는 프로세스입니다. 이 프로세스에는 세 가지 주요 단계가 포함됩니다.

 

샘플링: 아날로그 신호를 일정한 간격으로 샘플링하여 이산 시간 신호로 변환합니다. 샘플링 속도는 초당 샘플 수를 결정하며 일반적으로 아날로그 신호에서 가장 높은 주파수 콘텐츠를 기반으로 선택됩니다.

양자화: 각 샘플의 진폭은 유한한 수의 레벨로 양자화됩니다. 이는 미리 정의된 양자화 테이블에서 가장 가까운 값에 각 샘플을 할당하여 수행됩니다. 레벨 수는 디지털 신호의 해상도를 결정하며 일반적으로 원하는 신호 대 잡음비에 따라 선택됩니다.

인코딩: 양자화된 샘플은 일반적으로 이진 형식의 디지털 형식을 사용하여 인코딩되어 최종 디지털 신호를 생성합니다. 인코딩 프로세스는 펄스 코드 변조(PCM), 델타 변조 또는 차동 펄스 코드 변조(DPCM)와 같은 다양한 기술을 사용할 수 있습니다. 디지털 신호가 생성되면 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 처리, 전송 또는 저장할 수 있습니다.

 

디지털 신호 생성은 오디오 및 비디오 처리, 통신 및 제어 시스템을 포함한 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 디지털 신호란 컴퓨터나 스마트폰 등과 같은 전자 기기들이 정보를 처리하기 위해 전기신호를 이용해서 만들어내는 데이터입니다.

이러한 디지털 신호는 0과 1이라는 두 가지 숫자로만 구성되어 있어서 사람이 직접 눈으로 보거나 만질 수 없어요. 하지만 우리 생활 속에서는 다양한 형태의 디지털 신호들을 찾아볼 수 있답니다.

 

디지털 신호는 어떻게 생겨나나요?

컴퓨터 화면 위에 나타나는 글자 하나하나는 모두 디지털 신호라고 할 수 있습니다. 이렇게 만들어진 디지털 신호는 다시 아날로그 신호로 변환되어야 비로소 모니터상에 나타나게 됩니다.

 

그렇다면 디지털 신호는 어떻게 만들어지는지 알아볼까요?

 

아날로그 신호는 뭔가요?

아날로그 신호는 연속되는 시간 간격마다 변하는 값을 가지는 신호로서, 예를 들어 온도계의 바늘처럼 일정한 주기로 움직이는 시계바늘 역시 아날로그 신호입니다.

 

반면 디지털 신호는 어떤 한 순간에만 존재하는 값을 가지고 있으며, 이 값 자체로는 아무런 의미가 없습니다. 따라서 디지털 신호는 다른 디지털 신호와의 연산을 통해서야 비로소 본래의 의미를 가지게 됩니다.

 

디지털 신호에서도 오류가 발생하나요?

디지털 신호는 여러 개의 비트(bit)로 이루어져 있고, 각 비트는 2진수라는 이진법 단위로 표현됩니다. 이때 만약 모든 비트가 서로 일치한다면 원래의 뜻 그대로 해석될 수 있지만, 그렇지 않은 경우에는 전혀 엉뚱한 결과가 나타날 수 있습니다. 이를 ‘비트 오류’라고 합니다. 즉, 잘못된 부분이 있으면 올바른 답을 얻을 수 없다는 말이죠.그래서 디지털 신호를 다룰 때는 항상 조심해야 합니다.

오늘은 디지털 신호의 생성 과정에 대해 알아보았습니다. 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 디지털 신호이지만 정확하게 이해하려면 조금 어려운 내용이기도 합니다.

 

디지털 신호는 크게 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.

이산 시간 신호: 이산 시간 신호는 특정 특정 시점에서만 정의되는 일련의 값입니다. 이러한 신호는 일반적으로 아날로그 신호를 샘플링하여 얻습니다. 이산 시간 신호는 일련의 숫자를 사용하여 표현되며 일반적으로 디지털 신호 처리에 사용됩니다.

연속 시간 신호: 연속 시간 신호는 주어진 간격에서 모든 시간 값에 대해 정의된 신호입니다. 이러한 신호는 일반적으로 물리적 현상을 측정하거나 수학적 모델링을 통해 얻습니다. 연속 시간 신호는 수학적 함수를 사용하여 표현되며 수학적 분석 및 제어 시스템에서 일반적으로 사용됩니다.

이 두 가지 유형 외에도 디지털 신호는 속성에 따라 분류할 수 있습니다.

예를 들어 디지털 신호는 이진 신호(가능한 값이 두 개뿐인 신호) 또는 다중 레벨 신호(가능한 값이 두 개 이상인 신호)로 분류할 수 있습니다. 디지털 신호는 대역 제한 신호(주파수 범위가 제한된 신호) 또는 기저대역 신호(DC에서 최대 주파수까지의 주파수 범위가 있는 신호)와 같은 주파수 내용에 따라 분류할 수도 있습니다.

 

디지털 신호란 아날로그 신호와는 다르게 0과 1로만 구성되어있는 신호입니다. 우리가 일상생활에서 접하는 대부분의 신호들이 디지털 신호라고 보시면 됩니다. 대표적으로 컴퓨터 모니터나 TV 화면 등이 모두 디지털 신호이며, 이러한 디지털 신호들을 전송하기 위해 만들어진 기술이 바로 광케이블(Optical Cable) 입니다.

이 광케이블 덕분에 먼거리에서도 빠른 속도로 데이터를 주고 받을 수 있게 되었습니다.

 

광케이블이란 무엇인가요? 광케이블은 빛을 이용해서 정보를 전달하는 케이블입니다. 즉, 전기신호인 전류 대신 빛을 이용한다는 점이 특징입니다. 또한 기존 구리선과는 달리 외부 영향을 받지 않기 때문에 안정성이 높고 전자파 간섭 현상이 발생하지 않습니다. 그래서 현재 인터넷 통신에서는 주로 광케이블을 사용하고 있습니다. 그럼 왜 굳이 광케이블을 사용하나요? 앞서 말씀드린것처럼 광케이블은 많은 장점을 가지고 있습니다.

 

하지만 단점도 존재하는데요, 우선 설치비용이 비싸고 유지보수가 어렵다는 점입니다. 그리고 단방향으로만 연결이 가능하다는 점도 큰 단점 중 하나입니다. 따라서 양방향 송수신이 가능한 동축케이블보다는 효율성 측면에서 조금 떨어진다고 볼 수 있습니다.

 

동축케이블은요?

동축케이블은 앞서 설명드렸던 광케이블과는 반대로 전파를 이용하며, 다른 말로는 Coaxial Cable 이라고 부릅니다. 쉽게 말해서 라디오 주파수 대역을 이용한다고 이해하시면 될 것 같습니다. 그렇기 때문에 장거리 보다는 단거리 위주로 많이 사용되고 있으며, 비교적 저렴한 가격이라는 장점이 있습니다.