5장_신호 (part1)

[5-1] 데이터와 신호

데이터

 - 데이터(data)는 인각 또는 기계에 의하여 통신, 해석, 처리에 적합하도록 형식화된 자료 또는 명령어

 - 아날로그 정보 (Analog Data) : 연속적인(continuous) 정보 (ex) 사람의 음성)

 - 디지털 정보 (Digital Data) : 불연속적인(discreate) 정보 (ex) 비트 )

 - 데이터는 링크로 전송되기 위해 전자기 신호로 변경된다.

 

신호와 시그널링

 - 신호(Signal)

  · 데이터를 전기적 혹은 전자적으로 변환한 인코딩 자료

  · 아날로그 신호(Analog Signal) : 정해진 범위(time) 내의 무한히(infinitely) 많은 값이 신호 값을 가진다.

  · 디지털 신호 (Disital Signal) : 특정 번위에서만 신호값이 나타난다. 즉, 정의되는 신호 값들이 제한적

 - 시그널링(Signaling) 

  · 신호를 적절한 전송매체를 통해 전파하는 행위

 

 - 주기적 신호 (Periodic Signal)

  · 측정 가능한 시간 프레임(주기) 내에 하나의 패턴이 나타나며, 동일한 주기 내에 특정 패턴이 반복적으로 나타난다.

  · Cycle : 하나의 패턴이 완성되기까지 걸린 시간(주기)

 - 비주기적 신호 (Nonperiodic Signal)

  · 주기 동안 패턴이나 Cycle이 반복적이지 않고 항상 변한다.

 

 - 데이터 통신에서 우리는 공퉁적으로 주기적 아날로그 신호와 비주기적 아날로그 신호를 이용한다.

 

주기적 아날로그 신호 (Periodic Analog Signal)

 - 대부분 근본적인 형태는 사인 모양의 파형(Sine Wave)이다.

빨강 - 최대 진폭 / 파랑 - 주기

 - 최대 진폭(Peak amplitude) : 가장 높은 강도(전압)의 절댓값

 - 주파수 (Frequency)

  · 1초 안에 반복되는 패턴(Cycle) 수

  · 단위 : Hz

  · 주기와 반비례

 

주기와 주파수

 - 주기(Period) : 신호가 한 사이클을 완성하는데 필요한 시간의 양

 - 주파수(Frequency) : 1초당 신호 주기의 반복수로 단위로는 Hz를 사용 (주파수 F - 1/T)

 

위상(Phase) : 0초에 대해 상대적인 파형(위치)의 변화이며, 각도로 나타낸다.

파장 (Wavelength)

- 하나의 신호가 한 주기(T:시간)동안 이동할 수 있는 거리

- 파장  = 전파속도(Propagation speed : 파동의 속력) * 주기

- 주파수와 매체에 따라 다르다

- 종종 광섬유  내부에 빛의 전송을 표현하기 위해 이용되어진다.

   (파장의 속력이 보통 광속을 의미함)

 

스펙트럼과 대역폭

 - 스펙트럼 (Spectrum) : 신호가 포함하는 모든 주파수 요소들의 모임으로 주파수의 구성요소

 - 대역폭 (Bandwidth) : 주파수의 스펙트럼 폭으로 최고 주파수와 최저 주파수를 뺀 범위(주파수 스펙트럼 넓이 = 대역폭)

 

비주기적 디지털 신호 (Nonperiodic Analog Signal)

 - 디지털 신호는 무한한 대역폭을 가진 복합적 아날로그 신호이다.

 - Bit rate(or Data rate) : 1초당 비트의 수로 단위는 bps이다.

 - Bit Length = 전파 속도 * 1비트당 걸린 시간

 - 대역폭과 자료 전송률이 비례한다. 이유는 주파수 범위가 넓을수록 초당 더 많은 데이터를 담을 수 있기 때문이다.

 

 

 

[5-2] 데이터와 전송방식

아날로그 전송

 - 아날로그 : 음성, 화상 등의 샐 수 없는 연속적인 데이터

 - 사람의 음성 또는 화상 같은 아날로그 신호는 아날로그 신호만을 전달하는 통신회선을 통해 전송된다.

 

디지털 전송

 - 디지털 : 문자, 정수 등의 셀 수 있는 이산적인(불연속적인) 데이터이다.

 - 컴퓨터 신호인 디지털 신호를 디지털 전용회선을 통해 전달하는 방식이다.

 - 신호에 포함된 잡음을 제거하고 0과 1만을 추출하여 증폭되므로 왜곡현상이 없다.

 - 아날로그 전송과 비교하여 유지 비용이 적게 든다. (프로그램 및 제어가 가능)

 - 전송용량을 다중화 함으로써 효율성이 높다

 - 디지털 처리 기술의 발전으로 전송 장비의 소형화가 가능하여 전력 소비를 절약할 수 있고, 미디어 변환, 프로토콜

 변환이 용이하며 다양한 서비스를 제공할 수 있다.

 - 정보를 저장하기가 쉬워 고도의 정보 통신 서비스를 제공할 수 있으며 정보를 압축할 수 있기 때문에 경제적이다.

 - 아날로그 전송보다 훨씬 많은 대역폭을 필요로 하므로, 전송거리가 짧기 때문에 증폭기가 많이 사용되는 단점이 ]

 있다.  

 

 

[5-3] 데이터 전송 형태

 

베이스밴드 전송(기적 대역 전송, Baseband Transmission) (디지털 -> 디지털 : DSU)

 - 기저대역 (Baseband) : 변조되기 이전에 또는 변조되지 않는 원래 정보 신호 그 자체를 의미

 - 신호를 다른 주파수 대역으로 변조하지 않고 전송하거나, 정보를 0과 1로 표시하고 이것을 직류 전기신호로

 전송하는 방식

 - 베이스밴드 전송은 보통 하나의 회선(링크 : 매체)에 통신 가능한 하나의 채널을 사용한다. 따라서 복수의

 단말기로부터 동시에 데이터 전송이 불가능하다.

 - 10 Mbps 이하의 전송 속도를 갖고 소규모 데이터 전송에 적합한 방식으로 신로는 양방향으로 진행한다.

 - 장거리 전송에 적합하지 않으며, 근거리 통신에서 사용된다.

 - 2진수 0과 1을 전압값에 대응하는 방법에는 단극성, 극성, 양극성 방식이 있다.

  · 극성 방식은 전송속도가 느릴 때, 양극성은 전송속도가 빠를 때 사용되며, 베이스밴드는 주로 양극성 방식 사용

   > 단극성 - 비트 0을 (0) 전압값에, 비트 1을 (+) 또는 (-) 전압에 대응

                  (ex: 0은 0V, 1은 +5V)

   > 양극성 - 비트 0을 (0) 전압값에, 비트 1을 (+)와 (-)에 교대로 바꾸어 대응

                  (ex: 0은 0V, 1은 +5V와 -5V에 교대로 대응)

 

극성방식

 - RZ(Return to Zero) : 비트 시간의 길이의 약 1/2은 +V나 -V 전압을 유지하고, 나머지는 0V 상태로 되돌아오는 방식

 - NRZ(None Return to Zero) : +V나 -V 전압을 표시하고, 나머지 시간은 0V 상태로 되돌아오지 않는 방식

 - 맨체스터 방식(Manchester) : 비트 시간 길이의 약 1/2은 +V나 -V 전압을 유지하고, 나머지 시간은 반대 극성으로

 전이가 발생하는 방식

 

브로드밴드 전송 (반송 대역 전송, Broadband Transmission) (디지털 -> 아날로그 : 모뎀)

 - 디지털 정보 (0,1)를 아날로그 신호로 변환하여 수신 측에 전송한다. 아날로그 망을 이용하여 수신 측에는 아날로그

  신호를 다시 디지털 정보로 바꾸어 수신하게 된다.(모뎀) 즉, 송신 측에서는 직류 신호를 교류 신호로 변환하여 전송

  하면, 수신 측에서는 교류 신호를 직류 신호로 변환하여 수신한다.

 - 브로드 밴드 방식은 단일 채널이 아닌 다수의 채널을 이용할 수 있으며, 전송 케이블로 동축 케이블과 광섬유 케이블을 이용한다. CSMA/CD와 토큰링에서는 베이스밴드 방식을 토큰 버스에서는 브로드 밴드 방식을 사용 

 - 디지털 신호를 반송파의 진폭, 주파수, 위상 등으로 변환(변조)하여 아날로그로 전송하는 방식이다.

 - 회선당 20-30개의 채널을 사용한다. 즉 하나의 통 식 회선에 20-30개의 단말기(전화나 컴퓨터)를 연결해서 사용할 수

 있다는 의미

 - 150 Mbps 이하의 전송 속도를 가진다.

 - 브로드 밴드 전송 방식은 대규모 멀티미디어에 적합한 신로는 단방향으로 진행한다.

 

 

[5-4] 데이터 전송 속도

데이터 신호 속도 (bps)

 - 데이터 신호 속도는 부호를 구성하는 데이터의 비트수가 1초 동안에 얼마나 전송되었는가를 나타내는 단위로

 bps (bit per second)를 사용한다.

 ex) 1200 bps는 1초에 1200을 전송한다는 의미

 

데이터 변조 속도 (baud)

 - 1초 동안 몇 회의 변조가 행해졌는가를 나타내는 것, 단위는 보오(baud)

 - baud의 데이터 전송 속도를 측정하는 단위로 널리 사용되었으며, 좀 더 정확한 용어인 bps에 의해 대체되기 전까지   사용되었다. 변조 속도는 초당 최단 펄스의 수, 단위 시간의 변조율, 초당 전송 코드 수라고 한다.

 

데이터 전송 속도

 - 데이터 전송 속도는 단위 시간에 전송되는 비트, 문자, 패킷의 수 등으로 표시하여 사용된다. 단위는 특별히 정해서

 사용하지 않고 (문자/초), (문자/분), (프레임/초), (패킷/분) 등으로 사용한다.

 

베어러 (Bearer) 속도

 - 베어러 속도는 디지털 회선에서 동기를 취하는 프레임 비트(Frame Bit)와 통신 상태를 상대방에게 전달하는 상태 비트를 맞춘 엔벨로프(Envelope)라 부르는 신호 형식으로 전송되는 속도이며 단위로는 비트/초(bit/sec : bps)를 사용한다.

 - 보통 베어러 속도는 반송 속도라 고하며, 데이터 신호에 동기 신호와 상태 신호를 합한 속도라고 한다.

 

샤논의 정리 공식 (전송 회선의 대역폭과 신호, 잡음을 고려해 통신 용량을 정의)

 - 잡음이 있는 패널의 전송속도(bps)와 주파수(w)와의 관계식

 - 잡음이 있는 채널의 전송 속도는 그 주파수 대역폭과 신호 대 잡음비에 의해 결정된다. 채널의 전송 속도 및

 전송 용량(e) 은 주파수 대역 (w)과 신호 전력(S)을 높이거나 잡음전력(N)을 줄임으로서 전송 속도 및 전송 용량을 

 증가시킬 수 있다.

 - 잡음 전력은 줄이고 모든 단위(BW, S)는 늘려야 전송속도를 높일 수 있다.

 - 채널 용량의 단위는 bps