개념 및 용어
Concept
아날로그 데이터와 디지털 데이터
→ 각각 아날로그 신호 || 데이터 신호로 전송 가능
src dst 사이에서 중간 처리 수행 : 아날로그 || 디지털 방식
dst 사이에서 중간 처리 수행 : 아날로그 || 디지털 방식Transmission medium - 전송 매체
•
guided(유도)
◦
Twisted Pair
◦
동축 케이블
◦
광섬유 케이블
•
unguided(비유도)
◦
무선
⇒ 둘 다 전자파 형식
Direct Link - 직접 링크
•
(두 장치 간의 전송에서 신호세기를 증폭하는데 사용되는 증폭기, 리피터 이외의)
다른 중간 장치를 거치지 않고 src → dst로 신호가 직접 전송되는 전송 경로
•
guided, unguided 둘 다 사용
P2P(point-to-point) 점대점
•
guided 전송매체가 두 장치 간의 직접 링크 제공
•
오직 두 장치만이 전송 매체 사용
Multipoint(다중점) 형태의 guided 구성에서는 두 개 이상의 장치가 동일한 전송매체 공유통신의 형태
•
Simplex 단방향
◦
오직 한 방향으로만 신호 전송 가능
◦
송신기 - 수신기
•
Half Duplex 반이중 방식
◦
양쪽 스테이션이 모두 전송 가능
◦
어느 시점에서는 한 방향으로만 전송 가능
•
Full Duplex 전이중 방식
◦
양쪽 스테이션이 동시에 신호 전송 가능
◦
전송매체가 양 방향의 신호 전달을 동시에 수행
주파수, 스펙트럼, 대역폭
신호를 주파수 영역의 측면에서 보는 것이 시간 영역의 측면에서 보는 것보다 데이터 전송 이해에 있어 중요
•
스펙트럼(spectrum): 신호가 포함하는 주파수의 범위
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절대 대역폭(absolute bandwidth): 스펙트럼의 폭
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유효 대역폭(effective bandwidth) == 대역폭: 실제로 유효한 대역폭
◦
신호 에너지의 대부분이 집중되어 있는 대역
아날로그 및 디지털 데이터 전송
관련 용어 정리
데이터: 어떤 의미 또는 정보를 전달하는 개체
신호(signal): 데이터의 전자기적 표현
신호 방식(signaling): 적절한 전송매체를 통해 신호를 물리적으로 전파하는 것
전송(transmission): 신호 전파와 처리를 통한 데이터의 통신
아날로그 데이터 / 디지털 데이터
아날로그 데이터 | 디지털 데이터 |
어떤 구간에서 연속적인 값을 가짐 | 이산적인 값을 가짐 |
EX: 음성 데이터(음파의 형태) | EX: 텍스트(문자열)
- 인간에게는 편리하지만 데이터 처리 및 전송 시스템에서는 문자 단위로 쉽게 저장되고 전송되지 않음 |
EX: 비디오
- 시간에 따라서 가변적인 아날로그 신호 | EX: 비디오(디지털)
- 디지털 형식으로 수집/처리/저장하는 비디오
- 최소 초당 30 프레임 이상의 속도로 디지털 사진을 수십하여 얻어짐 |
코덱을 이용해 디지털 신호로 표현될 수 있음 | 모뎀을 이용해 아날로그 신호로 표현될 수 있음 |
아날로그 신호 / 디지털 신호
아날로그 신호 | 디지털 신호 |
다양한 스펙트럼의 전송매체를 통해 전파될 수 있는 연속적인 전자기파 | 유선매체를 통해 전송될 수 있는 전압펄스의 열로 구성
- 양의 전압은 0
- 음의 전압은 1 |
전송매체 EX) twisted pair, 동축케이블, 광섬유케이블, unguided 매체 등 | |
장점
- 가격이 저렴
- Nosie에 강함
단점
- 아날로그 신호보다 감쇄가 크다
→ 신호에 포함된 정보의 손실 발생 |
아날로그 전송 / 디지털 전송
아날로그 전송 | 디지털 전송 |
내용물과 무관하게 아날로그 신호 전송
: 신호 ← 아날로그 데이터 / 디지털 데이터 | 신호의 내용물에 유관
: 감쇄, 잡음 등 손상 요인이 데이터의 무결성을 위협하지 않을 정도의 거리에서만 전송 가능 |
일정 거리를 지나면 세기가 감쇄
→ 신호의 세기를 키워주는 증폭기를 가져야 함
→ 증폭기는 잡음 성분까지 증폭
⇒ 신호가 크게 왜곡될 가능성
(음성의 경우 왜곡이 무관,
디지털 데이터의 경우 오류 유발) | 장거리 전송을 위해 Repeater(리피터) 사용
- 디지털 신호 수신하여 0, 1 복원
→ 새로운 신호를 만들어 전송
⇒ 감쇄 현상 극복
* 데이터 무결성: 신호 손상에 의한 영향이 누적되지 않음, 먼 거리를 저렴한 회선으로 전송 가능
* 디지털 회로의 가격과 크기가 지속적으로 낮아지고 작아지고 있음
* 전송용량의 활용: 위성채널 혹은 광섬유를 포함한 광대역 전송링크 구축이 상당히 경제적
(고도의 다중화 필요)
* 보안과 프레이버시: 암호화 기법 적용이 용이함
* 통합: 아날로그와 디지털 데이터 모두를 디지털로 취급 → 모든 신호는 동일한 형태를 갖게 되어 유사한 방법으로 처리됨 |
비동기식 전송 / 동기식 전송
디지털 데이터의 수신: 비트 시간당 한 번씩 입력 신호를 샘플링하여 얻어지는 이진수
•
다양한 전송손상이 신호를 왜곡시켜 가끔 오류가 발생
•
수신기에 들어오는 비트를 샘플링하기 위해 수신 비트의 구간과 도착시간을 알아야 함
비동기식 전송
(asynchronous transmission) | 동기식 전송
(synchronous transmission) |
연속적인 긴 비트열을 전송하지 않음으로써 타이밍 문제를 피함 | 문자나 비트들의 블록이 시작 및 정지코드 없이 전송
(블록: 여러 비트들로 구성) |
데이터는 한 번에 한 문자씩 전송
→ 타이밍, 동기화는 각 문자 단위로 유지되어야 함 | 송신기와 수신기 간의 타이밍 차를 막기 위해 송신기와 수신기의 시계가 동기화되어야 함
→ 별도의 시간 정보(클록) 회선을 제공 |
수신기는 각 문자의 시작점에서 재동기화 기회 | 한쪽에서는 한 비트시간마다 하나의 펄스를 회선으로 규칙적으로 내보냄
+ 다른쪽은 규칙적인 펄스를 시계로 사용
(클록 펄스) |
단거리에서는 아주 잘 동작
장거리에서는 클록 펄스 또한 데이터 신호와 마찬가지로 손상을 입게 되어 타이밍 오류 발생 가능성 | |
데이터 신호 내에 클록 정보를 포함시키는 방법도 있음 |
전송 손상 Impairment
감쇄 및 감쇄 왜곡(Attenuation & Attenuation distortion)
: 신호의 세기가 전송매체를 통과하는 거리에 따라 점점 약해짐
감쇄 정도는 거리에 따라 반비례
고려 사항
1.
수신 신호는 수신기의 전자회로가 신호를 인지하고 해독할만큼 세기가 충분해야 함
2.
오류 없이 수신이 가능할 정도로 잡음에 비해 신호가 큰 강도를 유지해야 함
3.
감쇄는 주파수에 따라 변함
1, 2번 문제의 경우 → 증폭기나 리피터를 사용하여 해결
3번째 문제의 경우 → 아날로그 신호를 전송하는 경우로 특히 주의. 전체 주파수대역에 걸쳐 감쇄 정도를 동일하게 하는 기법 || 높은 주파수를 낮은 주파수보다 좀 더 증폭하는 기법
지연 왜곡(delay distortion)
발생 원인: 유도 전송매체에서 신호전파 속도가 주파수에 따라 다르게 나타나기 때문
band limited 신호의 경우 중간주파수에서 제일 빠르고 양끝에서는 속도 감소
잡음(noise)
전송 과정에서 불필요한 신호가 추가된 것
1.
열잡음 No = kr(W/Hz)
a.
원인: 전자의 열 교란
b.
모든 전자 장치의 전송 매체에서 발생하며, 온도 함수
c.
전체 주파수 대역에 걸쳐 고르게 분포(백색 잡음)
d.
위성 통신에서 유의미
2.
상호 변조 잡음
a.
원인 :전자기파 = 사인함수의 합/차/곱의 주파수 신호 생성
← 위 과정에 의해 발생하는 잡음
3.
누화(crosswalk)
a.
신호의 경로가 비정상적으로 결합된 경우 발생
b.
원인 : 인접한 꼬임쌍 간의 전기적 결합, 마이크로 안테나가 불필요한 신호 감지
4.
충격 잡음(Impulse Noise)
a.
비연속적이고 불규칙적 잡음, 짧은 순간 큰 세기로 발생
b.
원인 : 번개 등 외부적인 전자기 충격 || 통신 시스템상의 원인
채널 용량
Channel Capacity = 디지털 데이터의 손상이 전송률이 어떻게 제한하는가?
→ 조어진 조건 하에서 통신선로 혹은 채널상으로 전송할 수 있는 최대 전송률
Shannon 용량 계산 공식
전송률 상승 → 잡음 구간에 전송된 비트 수 상승 → 인지되는 신호 역시 오류 발생
⇒ 신호의 세기를 크게 하면 데이터 수신 능력 개선
SNR : 신호 대 잡음비(높을수록 좋음)
Capacity 계산 공식
계산된 capacity는 이상치, 실제는 더 작음