펄스
펄스는 일반적으로 하나의 큰 무늬가 있는 비 주기적 파형을 말한다.
경우에 따라서는 웨이브 패킷 (wave packet)이라고 불리는 몇몇의 서브 하모닉 크레스트(sub-harmonic crests)가 수반된다. 펄스는 종종 갑작스러운 움직임, 충격 또는 폭발과도 관련이 있다. 대개 정현파 모양이지만 전자 장치에는 정사각형 및 직사각형 펄스파가 있으며 보통 하나의 골과 마루를 갖는 파형을 갖는다. 다른 파형과 마찬가지로 펄스는 속도와 진폭을 가지고 있다.
그림 1. 펄스의 구성 요소 (출처: 한국물리학회)
펄스의 폭은 파장과 관련이 있지만, 주로 하나의 마루만 있기 때문에 주파수 또는 실제 파장은 없다. 파형의 형태는 직사각형파, 삼각형파, 반정현파, 지수함수파 등이 존재한다. 신경섬유를 흐르는 활동전류나 심장 박동도 펄스의 일종이다.
그림 2. 다양한 펄스의 형태 (출처: 한국물리학회)
통상적인 전기적인 펄스 파형은 일정 위치까지 수직으로 올라가 그 값을 일정 시간 동안 유지하다가 수직으로 내려오는 사각형파로 전압의 on/off가 반복되는 전기신호를 말한다. 이러한 일정은 주기(T)와 펄스 주기(
)를 가지는 직사각형 펄스 파형은 다음과 같은 푸리에 시리즈로 표현 될 수 있다.
그림 3. 전기 펄스 파형 (출처: 한국물리학회)
직사각형 펄스의 대표적인 예인 디지털 신호에서 하이 레벨(high level)과 로우 레벨(low level) 간의 상승 및 하강 전환을 상승 에지 및 하강 에지라고 한다. 디지털 시스템에서 에지 존재에 응답하는 것을 에지 트리거 (edge-triggered)라고 하며, 종류에 따라 직사각형 펄스의 상승 또는 하강 중 어느 쪽에 반응하는지를 나타낸다.
통신에서, 주기적인 펄스의 반복인 펄스열을 이용하여 메시지 신호를 전송할 수 있는데 이 방법을 펄스 변조라고 한다. 진폭 변조나 주파수 변조 같은 연속파 변조와 대조되는 개념인 펄스 변조는 펄스의 고유한 특성들이 메시지 신호의 샘플 값에 따라 연속적으로 변화하는 것이다. 크게 아날로그 펄스 변조와 디지털 펄스 변조로 나뉘는데 아날로그의 경우는 정보는 아날로그 형태이지만 전송이 불연속적인 시간영역에서 이루어진다. 디지털 펄스 변조의 경우는 메시지 신호의 시간과 크기 모두 반송파에 불연속적으로 표현되기 때문에 코딩된 펄스열처럼 디지털 형태로 전송된다. 펄스 변조의 방식으로는 펄스 진폭 변조, 펄스폭 변조 그리고 펄스 위치 변조가 있다. 펄스 진폭 변조는 펄스의 진폭이 연속적인 메시지의 샘플링 값에 따라 변하는 변조신호를 만들어 낸다. 펄스폭 변조는 메시지 신호의 샘플링된 값을 펄스폭에 담아서 전송하는 방법이다. 펄스 위치 변조는 변조되지 않은 시간에 발생한 펄스의 위치는 메시지 신호에 따라서 변함으로 펄스와 펄스 사이의 간격이 변하게 된다.
그림 4. 펄스 변조의 예 (출처: 한국물리학회)
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