가.데이터 신호
아날로그 신호
-연속적인 값
-주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전송되는 연속적 신호
디지털 신호
-0과 1의 두 레벨을 갖는 신호
전송 장애
-백색잡음
열 운동에 의해 생김
가우스 잡음
-충격성 잡음
전송 시스템에서 순간적으로 일어나는 높은 진폭의 잡음
연속 시간이 짧은 잡음이 커다란 진폭으로 나타남
주로 기계적인 충격에 의해 발생
보통 회로와 관련된 입출력 장비로부터 발생
-임펄스 잡음
충격성 잡음의 일종
기계적인 충격에 의해 발생. 음성보다는 데이터 통신에 큰 영향
-위상지터 잡음
재생 펄스가 여러 가지 원인에 의해 올바른 시간적 위치에서 벗어난 선호 위상에 연속적으로 변하는 현상
지터 현상에 의해 발생하는 잡음을 타이밍 편차라고함
오실로스코프 그래프가 좌우로 넓어짐
-위상히트 잡음
통신 회선에서 잡음, 누화, 중계기의 내부 요인 등으로 신호 위상이 불연속적으로 변함
-누화 잡음
서로 다른 선로상의 신호가 다른 회선에 영향을 주어 발생
-감쇠
전송 신호 세력이 거리에 따라 약해지는 현상
주파수가 높을수록 감쇠 현상이 심해짐
해결방법 : 중계기(기지국)이용, 아날로그:증폭기 이용, 디지털:리피터 이용
채널 용량
-오류 없는 통신의 이론적 한계 전송률, 정보 전송률의 한계
-샤논 제 3정리
C = W log2 (1+S/N)
C : 채널 용량
W : 가용 대역폭
S : 수신 신호 전력
N : 잡음 전력
W, S, N 은 정보 전송률의 한계를 정하는 파라미터
나.디지털 전송
디지털 대 디지털 변환
-회선 부호화
일련의 디지털 데이터 비트(0101)들을 디지털 신호(파형)으로 바꾼다.
데이터 전송률: 초당 전송된 데이터 요소의 갯수, 비트율(bps)
신호 전송률: 초당 전송된 신호 요소의 갯수, 펄스율, 보오율(baud)
보오율이 디지털 신호의 요구 대역폭을 결정
-회선 부호화 방식
단극형(Unipolar)
o 양 전압 비트 1, 음 전압 비트 0
o 시간 축을 기준으로 전부 위 또는 아래 신호 준위의 값만 이용
o 직류 성분 문제와 자기 동기화 발생
극형(Polar)
o 양과 음의 두 가지 전압 준위 사용 ( 회선의 평균 전압 준위 감소 )
o 직류 성분 문제의 완화
o 매우 소모적인 방법
양극형(Bipolar)
o 3개의 전압 레벨 사용 ( 양, 음, 0 )
아날로그 대 디지털 변환
-펄스 코드 변조(PCM)
1. 표본화: 아날로그 신호를 매 초마다 채집
2. 양자화: 채집된 값에 특정 범위에 속하는 정수 값 할당
3. 부호화: 각 표본이 nb 비트의 부호로 바뀌는 것
PAM : 아날로그 정보를 샘플링하여(표본화과정), 결과에 따라 연속된 펄스를 생성. 아날로그 신호로 간주됨
나이퀴스트 : 샘플링 주파수는 입력 신호 최고 주파수의 2배 이상이어야함
Aliasing : 샘플링 주파수가 입력 신호 주파수의 2배(나이퀴스트)보다 낮을 때 발생, 주파수가 겹쳐지는데 이는 LPF로 해결
-델타 변조(DM)
PCM의 복잡도를 낮추기 위해 개발
직전 표본 값과의 차이점을 찾는다
델타 변조 구성요소
변조기: 아날로그 신호를 디지털 신호로 만들기 위해 사용
복조기: 디지털 신호를 아날로그 신호로 만들기 위해 사용. 재생된 신호는 저대역-통과 필터를 거친다
전송방식
-직렬 방식
비동기식 또는 동기식으로 구성
비동기식 전송
o 신호의 타이밍을 중요시 하지 않음
o 보통 시작비트 0, 스탑비트 1
o 8개의 데이터 비트와 2개의 추가 비트(stop, start)로 구성
o 수신 장치는 각 수신 바이트마다 재동기화
o data rate가 낮을때 많이 사용
동기식 전송
o 바이트와 다음 바이트 사이 간격이 없음
o 8비트로 구성 ( 속도 빠름 )
o 데이터 링크 계층에서 이루어짐
-병렬 방식
단거리만 가능
다.아날로그 전송
디지털 대 아날로그 변환
-반송파 신호: 정보 신호를 위한 기본 신호, 반송 주파수
-반송파 신호의 특성: 진폭, 주파수, 위상
-변조: 반송파 신호의 특성 중 한가지 이상을 변화시키는 방식
-진폭편이 변조(ASK)
진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다
진폭에 따라 0,1 을 구분
대역폭: (1 + d (0과 1 사이의 값)) x S(신호율)
-주파수변이 변조(FSK)
신호의 주파수를 1,0에 따라 변경
-위상편이 변조(PSK)
위상이 1또는 0에 따라 변경
-구상 진폭 변조(QAM)
ASK와 PSK의 조합
아날로그 신호 변조
-진폭 변조(AM)
신호의 진폭에 따라 반송파의 진폭이 변화
-AM 라디오의 표준 대역 할당
오디오 신호의 대역폭은 5kHz
각 방송국은 10kHz씩 할당
530kHz ~ 1700kHz
-주파수 변조(FM)
변조신호의 전압 준위 변화에 따라 반송 주파수가 변화
-FM 라디오의 표준 대역할당
스테레오로 방송되는 오디오 신호 대역폭 15kHz
각 FM 방송국은 최소 150kHz 대역폭 필요
각 방송국에 200kHz 할당
-88Mhz ~ 108Mhz
라.대역폭 활용
다중화
-목표: 효율성, 단일 데이터 링크를 통해 여러 개의 신호를 동시에 전송하기 위한 기술
-다중화기(MUX, Multiplexer): 전송 스트림을 단일 스트림으로 결합
-역다중화기(DEMUX, Demultiplexer): 스트림을 각각의 요소로 분리, 수신장치로 전달
-주파수 분할 다중화(FDM)
여러개의 아날로그 신호를 하나의 아날로그 신호로 조합
신호가 겹치지 않도록 보호대역(guard band)만큼 떨어져 있어야 한다.
-파장 분할 다중화(WDM)
여러 개의 광학 신호를 하나의 광학 신호로 조합(프리즘 이용)
-시분할 다중화(TDM)
여러 개의 디지털 신호가 동시에 하나의 채널을 공유하는 것을 허용
확산대역
-목표: 사생활 보호와 방해전파 방지, 여분의 정보를 삽입하여 채널의 대역을 확장함으로써 이러한 목적을 달성하는 것
-주파수 뛰기 대역 확산(FHSS)
서로 다른 변조 주파수를 시간이 서로 다른 주기에 사용
-직접 순열 확산 방식(DSSS)
각 데이터 비트를 확산코드를 사용하여 n개의 비트(chip이라함)으로 대체
마.전송 매체
유도 매체
-한 장치에서 다른 장치로 전달되는 통로를 제공
-꼬임 쌍선 케이블(Twisted-Pair Cable)
꼬아진 케이블은 잡음에 강해짐
UTP: 일반적인 형태. 저렴한 가격과 설치하기 편리한 장점
STP: UTP를 금속박이나 망사형 피복으로 덮은 형태. 비싸지만 잡음에 더 강함
-동축 케이블(Coaxial Cable)
꼬임 쌍선 케이블보다 더 높은 주파수 영역에서 사용
절연 외피로 덮여진 매끈한 원통형이나 노끈처럼 꼬아 만든 전선 중심에 다시 금속박이나 꼬인 끈, 구리로 덮여있음
-광 케이블
유리나 플라스틱으로 만들어져 빛의 형태로 신호 전송
비유도 매체
-무선 매체로 물리적 도선 없이 전자기 신호 발생. 공기나 물을 통해 방송
-전파의 유형
지표 전파
o 가장 낮은 주파수들을 사용, 신호는 전송 안테나로부터 모든 방향으로 지구의 굴곡을 따라서 퍼짐
o 지표 전파는 바닷물 속에서도 일어날 수 있음
대류권 전파
o 안테나에서 안테나로 직선상으로 직접 보내거나 지구 표변으로 반사되어 올 수 있는 각도(대류권)로 보내질 수도 있다
전리층 전파
o 높은 주파수의 무선파가 지상으로 반사되어 되돌아오는 전리층을 향하여 발산
o 대류권과 전리층의 밀도차가 각각의 무선파의 속도를 높이고 지상으로 되돌아오도록 방향을 바꾸는 요인이 됨
o 이런 종류의 전송은 낮은 출력 전력으로 먼 거리 전파 가능
가시선 전파
o 초단파의 신호가 안테나에서 안테나로 직선상으로 직접 전송
o 안테나는 반드시 서로 직접적으로 마주 보고 있어야 하고 지구 곡률에 영향을 받지 않을 정도로 높고 가까워야 함
우주공간 전파
o 우주 공간 전파는 대기의 굴절을 이용하는 대신에 위성에 의한 중계를 이용
o 방송 신호는 궤도 웨성에 의해 수신되고 지상에 있는 의도된 수신기로 신호를 다시 방송
o 정지 궤도 위성: 위성은 어떤 지점 위에 고정되어 있는거처럼 보이기 위해 지구와 같은 속도로 움직임. 대략 22,000마일에 위치
-특전 신호의 전파
초장파 ( VLF )
o 지표면 전파처럼 일반적으로 공기를 통해 전파되나 ,때때로 바닷물을 통해 전파
o 전송과정에서 많은 감쇠를 받지는 않으나 낮은 고도의 잡음(열과 전기)에 민감
o 대부분 장거리 무선 항해와 해저 통신에 이용
저주파 ( LF )
o 지표면 전파처럼 전파
o 장거리 무선 항해나 무선 등대, 항해 위치 확인기
o 감쇠는 자연적인 장애물에 의한 전파의 흡수가 증가하는 낮 동안 더 크다
중파 ( MF )
o 신호는 대류권에서 전파
o 이러한 주파수는 전리층에 의해 흡수됨으로 각도를 제한하여 대류권안에서만 신호가 반사되도록 해야함
o 흡수는 낮 동안 증가, 가시선 안테나를 사용
o AM 라디오, 해상 라디오, 무선 방향탐지, 긴급 구조 주파수를 포함
고주파 (HF)
o 신호는 전리층 전파를 이용
o 밀도 차이 때문에 신호를 지상으로 반사하게 되는 전리층으로 이동
o 아마추어 라디오, 시민 대역 라디오, 국제 방송, 군사 통신, 장거리 항공기와 전화, 팩시밀리 포함
초단파 (VHF)
o 가시선 전파
o UHD용 텔레비전, 이동 전화, 셀 방식 라디오, 마이크로파 링크를 포함
초고주파 (SHF)
o 대부분 가시선을 사용하고 일부는 우주 공간 전파를 사용하여 전송
o 지상과 위성 마이크로파, 레이더 통신을 포함
극초고주파 (EHF)
o 우주 공간 전파를 사용
o 주로 과학용으로 사용
바.전화 및 케이블 네트워크
전화 네트워크
-주요 요소 : 종단국, 직렬국, 지역국 ( 종단국일수록 전화와 가까움)
-지역루프 : 가입자의 전화와 가까운 종단국 또는 지역국을 연결하는 꼬임 쌍선 케이블, 전체 케이블양의 대부분
-간선(Trunk) : 전화국들 사이의 통신을 담당하는 전송매체. 초기에는 동축케이블에서 현재는 광섬유로 바뀜
-교환국: 교화기를 사용하여 어러 개의 지역루프 또는 간선을 연결하여 서로 다른 가입자들 사이를 연결
DSL
- 기존의 전화선을 이용하여 고속의 디지털 전송을 할 수 있는 기술
- 꼬임쌍선 이용
케이블 네트워크
-CATV
전통적인 케이블 네트워크
동네 안테나 TV를 이용한 단방향 통신
동축 케이블만을 이용해 신호를 보내며 장거리 통신을 위해 증폭기 설치
-HFC
2세대 케이블 네트워크
양방향 통신
광섬유 동축 혼합 네트워크(사무실에선 광섬유, 가정에서는 동축)
참고문헌
가.데이터 신호
https://m.blog.naver.com/lool2389/220777564649
http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=816
나.
http://blog.naver.com/yye7926/220968396874
다.
http://blog.naver.com/yye7926/220972750288
라.
http://contents.kocw.net/KOCW/document/2016/bufs/leemintaek/6.pdf
http://blog.naver.com/yye7926/220978924090
마.
https://m.blog.naver.com/demonicws/40117394959
바.
https://m.blog.naver.com/yye7926/221026744066
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