5장_신호 (part2)

[5-1] 신호

전자기적인 신호

 - 상대방에게 정보를 전송하기 위해 필요

 - 응용프로그램에서 사용 가능한 정보의 종류 (문자, 음성, 그림 등의 형태)

 - 두 사용자 간의 통신을 위해 정보를 전기 또는 광 신호로 변환 후 전송 매체를 통하여 상대방에게 전송

 

신호의 종류

 - 아날로그 신호

  · 연속적인 값

  · 주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전송되는 연속적으로 변하는 전자기파

 - 디지털 신호

  · 이산적인 값

  · 값이 싸고 잡음에 덜 민감, 감쇠 현상에 더 많은 피해 받음

  · 도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스

 

신호의 형태

 - 주기적인 신호

  · 주기라고 불리는 패턴이 계속 반복되는 신호

 

 - 비주기적 신호

  · 주기적 신호와는 반대로 시간이 지나는 동안 동일하게 반복되는 사이클이나 패턴 없이 불규칙하게 계속 변하는 신호

 

[5-2] 아날로그 신호

아날로그 신호의 특징

 - 진폭(Amplitude)

  · 신호의 높이를 나타냄

  · 임의의 점에서의 신호가 지니는 값

  · 진폭의 단위는 신호의 종류에 따라 볼트(전압), 암페어(전류), 와트(전력)로 측정

 

 - 위상(Phase)

  · 진동이나 파동과 같이 주기적으로 반복되는 형상에 대한 어떤 시각 또는 어떤 지점에서의 변화의 상태

  · 시각 0시에 대한 파형의 상대적인 위치

  · 위상은 각도나 라디안(360도, 2파이라디안)으로 표현된다.

 

 - 주파수(Frequency)

  · 초당 생성되는 사이클의 수를 의미(1초당 움직이는 진동수)

  · 시간에 대한 변화율로서 초당 반복되는 패턴의 수

  · 주파수 f = 1/t

  · 주파수의 단위는 Hertz(Hz)

 

아날로그 신호의 종류

 - 단순 아날로그 신호

  · 반복적인 정현파

 - 복합 아날로그 신호

  · 여러개의 정현파가 합쳐진 복합적인 신호

  · 푸리에 분선(Fourie Analysis)을 이용하여 분해 가능

 

 * 아날로그 신호의 구성요소는 진폭, 위상, 주기 및 주파수

 

주파수 스펙트럼

 - 신호를 구성하는 모든 정현 차 신호의 조합

 

대역폭

 - 통신 선로 상에서 운반되는 전송 주파수의 범위

 - 채널의 용량(비트율)과 직접적인 관계

 - 최고 주파수 - 최저 주파수

 - 대역폭 대역이 넓어질수록 더 많은 채널을 얻을 수 있고, 채널이 높은 주파수 스팩트럼에서 형성될수록 신호의 전송   속도는 빨라진다.

 

주파수 대역

주파수 대역 구분	주파수 대역 (단위 : Hz)
가정 주파수	20 -3000
음성	300 - 3400
HF(High Frequency) : 단파	3 - 30 M
VHF(Very High Frequency) : 초단파	30 - 300 M
UHF(Ultra High Frequency) : 극초단파	300 - 3000 M
SHF(Super High Frequency): 초고주파	3000 - 30000 M

 

무선통신에 주로 쓰이는 대역

 - VLF(초장파), LF(장파), MF(중파), HF(단파), VHF(초단파), UHF(극초단파), SHF(초고주파), EHF(극초주파)

 - 각 대역은 자신 만의 신호 주파수 범위를 가지고 있고, 특정 대기층을 통해 이동하면서 자신의 대역에 적용된 기술에   의해 가장 효율적으로 송수신된다.

 

무선통신 영역

전파종류	주파수 영역	전파 방식	특징
VLF	3KHz-30KHz	지표면 전파	- 접속 중 가장 많은 감쇠가 일어나지 않음 - 대기잡음(전기와 열)에 민감
LF	30KHz-300KHz		- 장애물에 의한 전파의 흡수로 낮에 감쇠현상이 더 큼
MF	300KHz-3MHz	대류권 전파	- 낮에 신호의 츱수가 증가하기 때문에 흡수 문제 방지 - 전송제어를 편하게 하기 위해 가시선 안테나에 의지
HF	3MHz-30MHz	전리층 전파	- 밀도차 때문에 신호를 지상으로 반사하게 되는 전리층으로 이동
VHF	30MHz-300MHz	가시거리 전파	- 안테나에서 안테나로 직선상으로 직접전송 - 안테나는 지구골률에 영향 받지 않을 정도로 충분히 높거나 서로 가까워야 함
UHF	300MHz-3GHz		- 한상 가시거리 전파를 사용하여 통신
SHF	3GHz-30GHz	우주공간 전파	- 초고주파의 대부분은 가시거리 전파를 이용하고 일부는 우주공간 전파 이용
EHF	30GHz-300GHz		- 주로 과학용으로 사용

지표면 전파 특징 (VLF, LF)

 - 가장 낮은 주파수들이 사용하는 방식으로 지표의 굴곡을 따라 퍼짐
 - 전파 거리는 신호의 전력량에 비례 

대류권 전파 특징 (MF)

 - 안테나끼리 직접 전파되거나, 지구 표면으로 반사되어 오게끔 대류권 상층을 향해 전송

전리층 전파 특징 (HF)

 - 대류권과 전리층의 밀도차를 이용하여 낮은 출력으로 원거리 전파와 무선파의 속도를 높이는 방식

가시거리 전파 특징 (VHF, UHF)

 - 무선 전송이 완벽하게 한 점으로 모아지지 않기 때문에 까다로운 방식

 - 지표면이나 대기에 반사된 반사파는 직접 전송된 것보다 수신 안테나에 늦게 도착해서 수신된 신호 망침

   (안테나가 방송국과 직선으로 보이는 곳에 위치해야 함)

우주공간 전파 특징 (SHF, EHF)

 - 대기의 굴절을 이용하지 않고 위성에 의한 중계 이용

 

 

[5-3] 디지털 신호

디지털 신호

 - 도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스

 - 디지털 신호의 특징

  · 진폭, 위상, 주기

  · 비트 간격 : 하나의 단일 비트를 전송하는데 드는 시간

  · 비트율 : 1초 동안 전송된 비트의 수

 

디지털 신호는 항상 잡음에 의해 왜곡

 - 전 영역에 걸친 모든 주파수 구성 요소들을 온전하게 전송할 수 있는 전송 매체가 없기 때문

 

주요 스펙트럼 

 - 무한 스펙트럼 중에서 어느 정도의 왜곡까지는 재생할 수 있는 부분

 

 

[5-4] 채널 용량

채널 용량

 - 정보가 에러 없이 그 채널을 통해 보낼 수 있는 최대율

 - 채널의 대역폭에 비례

샤논의 법칙