데이터통신 - (3) 신호, 디지털 전송, 아날로그 전송

- 신호

- 물리층에서는 신호를 통해 데이터를 교환한다.

신호는 아날로그 또는 디지털로 나뉜다.

아날로그 신호는 많은 수의 값을 가지고, 디지털 신호는 제한된 수의 값을 가진다.

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1. 아날로그 신호

- 주기 신호와 비주기 신호로 나뉜다.

데이터 통신에는 보통 주기 아날로그 신호를 사용한다.

- 아날로그 신호는 단순과 복합으로 나뉜다.

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- 정현파 : 주기 아날로그 신호의 가장 기본적인 형태, 진폭-주파수-위상으로 표현

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주기 = 하나의 사이클을 완성하는데 필요한 시간(초 단위)

주파수 = 주기의 역수, 1초 동안 생성되는 신호 주기의 수(Hz)

진폭은 보통 전압으로 측정된다. 아래는 진폭이 다른 신호의 예시이다.

위상=첫 사이클의 상태를 표시한 것이다. (360도까지 표현 = 2파이라디안)

시작점이 만약 1/2만큼 이동되어있다면 위상은 파이인 것이다.

파장 = 한 주기가 가는 길이를 말한다. (빛의 속도*주기)

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정현파는 시간 영역과 주파수 영역으로 도면을 나눌 수 있다.

복합 신호는 여러 개의 단순 정현파로 만들어진다.

대역폭은 복합 신호에 포함된 주파수 범위를 말한다.

(최고 주파수 - 최저 주파수)

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2. 디지털 신호

- 디지털 신호는 2개 이상의 준위를 가질 수 있다.

2의 n비트승 만큼 준위를 표현할 수 있다.

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비트율 = 1초 동안 전송된 비트의 수를 표현한다. (주파수 대신 비트율)

비트길이 = 비트율과 역의 관계 (주파수와 주기의 관계를 생각하면 된다.)

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기저대역 전송은 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸지 않고 채널을 통해 전송

광대역 전송은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경해서 사용

 

 

- 전송 장애

1. 감쇠와 증폭

- 감쇠는 매체의 저항을 이겨내기 위해 에너지가 손실되는 것을 의미한다.

증폭은 증폭기를 이용하여 신호를 다시 크게하는 것을 말한다.

즉 최종 데시벨이 +면 증폭, -면 감쇠라고 말한다.

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2. 일그러짐

- 왜곡, 찌그러짐이라고도 한다.

지연으로 인해 신호의 모양이나 위상 차이를 만드는 것을 말한다.

3. 잡음

- 열 잡음, 유도된 잡음, 혼선 충격 잡음 등이 있다.

SNR을 표현할 때 사용한다.

(SNR =신호/잡음) -> 즉 신호가 클수록 SNR도 커진다.

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4. 데이터 전송률의 한계

- 가역 대역폭, 신호 준위, 잡음 이 3요소로 결졍된다.

무잡음 채널과 잡음 채널에서의 계산방법이 다르다.

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- 무잡음 채널 : 나이퀴스트 비트율

대역폭과 준위 개수로 결정되며, 이를 통해 필요한 준위 개수를 구할 수 있다.

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- 유잡음 채널 : 섀넌 용량

대역폭과 SNR로 결졍되며, 이를 통해 상한 값을 알 수 있다.

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5. 성능

- 대역폭 : 주파수의 범위를 말하며 클수록 성능이 좋아진다.

- 처리율 : 데이터가 얼마나 빠르게 지나가는가를 측정하는 것이다.

- 지연 : 첫 번째 비트가 목적지에 완전히 도착하는데 걸리는 시간이다.

- 파형난조 : 서로 다른 지연 시간을 가지면 생기게 된다.

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+대역폭-지연 곱 : 링크를 채울 수 있는 비트의 수를 의미한다.

 

 

- 디지털 전송

1. 디지털-디지털 변환

- 회선 부호화 : 디지털 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업

-> 연속적인 1,0으로 바꾸게 되며 1,0의 개수 제한이 없다.

- 블록 부호화 : m비트를 n비트의 블로긍로 바꾸는데 n이 더 크다.

-> 더 많은 비트를 보내 손해지만, 숫자 개수에 제한을 두어서 효율이 더 좋다.

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2. 아날로그-디지털 변환

- 펄스 코드 변조(PCM) : sampling, quantizing, encoding으로 이루어짐

+주파수를 2배 곱해주면 원래 데이터로 비슷하게 복구할 수 있다.

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- 델타 변조(DM)

PCM은 각 표본 채집 시에 신호의 진폭 값을 찾는 반면에

DM은 직전 표본 값과의 차이 값을 찾는다. PCM의 복잡도를 낮출 수 있다.

 

 

- 아날로그 전송

1. 디지털-아날로그 변환

- ASK(진폭 편이 변조)

진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다. 잡음에 약하다.

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- FSK(주파수 편이 변조)

2개의 반송파 주파수를 사용한다.

진폭과 위상은 일정하다.

- PSK(위상 편이 변조)

신호에 따라서 위상이 바뀐다. 잡음에 더 강하다.

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+ QAM(ASK+PSK) : 잡음에 가장 강하며, 가장 널리 사용한다.

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2. 아날로그-아날로그 변환

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- AM(진폭 변조)

신호의 진폭에 따라 반송파의 진폭이 변화한다.

신호의 대역폭은 변조되는 신호 대역폭의 두배와 같다.

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- 주파수 변조(FM)

변조신호의 전압 준위 변화에 따라 반송 주파수가 변화한다.

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- 위상 변조(PM)

정보 신호의 진폭에 따라 반송파의 위상이 비례하여 변화한다.