데이터 전송
데이터 전송의 성공 여부 -> 신호의 질과 전송 매체의 특성 2가지 요소에 좌우
3.1 개념 및 용어
전송용어
데이터 전송은 전송 매체(transmission medium)를 통해 송신기와 수신기 사이에서 이루어진다.
이 전송 매체는 유도(guided)와 비유도(unguided) 전송 매체로 나눌 수 있으며, 둘 모두 전자파 형태의 통신이 이루어진다.
유도 전송 매체는 물리적 통로를 따라 유도되는 것으로 ex)트위스티드 페어, 동축 케이블, 광섬유 케이블
비유도 전송매체는 비유도 전자파를 송신하는 방법으로 ex) 공기, 진공, 해수 등이다.
직접링크란 두 장치 간의 전송에서 신호 세기를 증폭하는 데 사용되는 증폭기나 리피터 이외의 다른 중간장치를 거치지 않고 송신측에서 수신측으로 신호가 직접 전송되는 통로를 말한다.
직접링크는 유도 전송 매체, 비유도 전송 매체 모두에 사용된다.
유도 전송 매체가 두 장치 간의 직접링크를 제공해주고, 또 오직 이 두 장치들만이 이 전송 매체를 사용할 때 이를 접대점(point-to-point)이라고 한다.
다중점 형태(multipoint)의 유도구성에는 두 개 이상의 장치가 동일한 전송 매체를 공유한다.
통신은 단방향(simplex), 반이중 방식(half duplex), 전이중 방식(full duplex) 가운데 어느 하나의 형태로 이루어진다.
단방향 : 오직 한 방향으로만 신호 전송이 가능 반이중 방식 : 양쪽 스테이션 모두 전송할 수 있으나, 어떤 한 시점에서는 한 방향으로의 전송만 가능 전이중 방식 : 양쪽의 스테이션이 동시에 신호 전송 가능
주파수, 스펙트럼, 대역폭
신호 -> 여러 개의 서로 다른 주파수의 조합으로 구성.
신호를 바라보는 두 가지 측면 -> 시간 영역 / 주파수 영역
시간 영역 개념
신호 -> 시간의 함수로 보는 관점
아날로그 신호 -> 신호의 세기가 시간에 따라 서서히 변함. 중단이나 불연속점이 없다.
디지털 신호 -> 신호의 세기가 일정 시간 동안 일정한 값을 유지하다가 갑자기 다른값을 변하는 신호
연속적 신호 -> ex) 음성 신호 이산적 신호 -> ex) 이진수 0과 1
가장 간단한 신호 -> 동일한 신호 모양이 반복되는 주기신호 ex) t사인파 - 최대 진폭, 주파수, 위상의 3가지 기본 피라미터로 표현
최대 진폭 : 신호의 최대값, 보통 전압으로 측정
주파수 : 신호의 반복 속도
(주기 : 신호가 한 번 반복되는 시간)
위상 = 신호의 단일 주기 내에서 시간에 대한 상대적 위치의 척도
사인파 / 방형파
일반적인 사인파는 s(t)= Asin(2πft + ø) => 이와 같은 방정식의 형태를 가진 함수를 정현파라고 한다.
(a) -> 기본 (b) -> 진폭이 1/2 (c) -> f = 2, t=0.5 (d) -> π/4 라디안 즉 45도의 위상차에 대한 효과 (2라디안 = 360도 = 1주기)
파장 : 하나의 사이클이 차지하는 거리 또는 2개의 연속 사이클에서 같은 위상의 두 저 간 거리라 정의.
신호 전파 속도를 v라 할 때, 파장과 주기는 파장 = vT (신호 전파 속도 x 시간)
푸리에의 분석 -> 어떠한 신호도 서로 다른 주파수를 갖는 정현파들의 조합으로 구성.
다시 말하면 임의의 전자기파 신호는 서로 다른 진폭, 주파수 및 위상을 가진 주기적인 아날로그 신호(사인파)의 합으로 이루어짐
어떤 신호에 대해서 각 순간의 진폭을 표현하는 시간 영역 함수인 s(t)를 정의할 수 있다. 마찬가지로 신호를 구성하는 주파수의 최대 진폭을 나타내는 주파수 영역 함수 S(f)를 정의할 수 있다.
그림 3.4
그림 3.5
그림 3.5a는 그림 3.4c의 신호에 대한 주파수 영역 함수를 나타낸 것이다. 이 S(f)가 이산적임을 주의하라.
※이산적 : 단 하나의 기능만을 하는 전기 요소. 이는 여러 개의 기능을 통합해놓은 집적 회로와는 상반되는 것
그림 3.5b -> -X/2~X/2에서는 1을, 나머지의 경우는 0을 갖는 정방형 펄스의 주파수 영역 함수를 나타낸 것이다. 이 경우 S(f)는 연속함수이며, 비록 주파수 f가 커질수록 그 크기는 급격하게 작아지지만 무한히 많은 비영점(nonzero) 값을 갖는다는 사실에 주목하라. 이들 특성은 실제의 신호에서 흔히 볼 수 있다.(비영점 : 0이 아닌)
신호의 스펙트럼(spectrum) : 그 신호가 포함하는 주파수의 범위 그림 3.4c의 신호에서 스펙트럼은 f~3f까지 걸쳐있다. 절대 대역폭이란 스펙트럼의 폭(width)을 의미한다.
그림 3.4의 경우 대역폭은 2f이다.
대부분의 경우에는 그림 3.5b와 같이 무한대의 대역폭을 갖는다. 그러나 신호의 대부분 에너지는 상대적으로 좁은 영역의 주파수에 밀집되어 존재한다. 이 대역을 유효 대역폭(effective bandwidth) 또는 그냥 대역폭이라 한다.
마지막으로 정의해야할 것은 직류 성분이다. 어떤 신호가 주파수 0의 성분을 가지고 있다면 그 성분은 직류, 즉 상수 성분이다.
데이터 전송률과 대역폭 간의 관계
유효 대역폭이란 신호 에너지의 대부분이 집중되어 있는 대역을 의미한다. 여기서 대부분이란 표현은 상당히 포괄적, 중요한 것은 어떤 파형이 매우 넓은 범위에 걸쳐서 주파수를 가지고 있다 하더라도 실제 전송시스템(송신기 + 매체+ 수신기)에서는 제한된 대역의 주파수만을 수용할 수 있다는 점이다. 이는 전송매체에서 운반되는 데이터의 전송률을 제한한다.
뒷 부분 어려워서 생략…
어찌됐든 다음과 같은 결론: 일반적으로 디지털 파형은 무한대의 대역폭을 갖는다. 어떤 매체를 통해 이러한 파형을 신호로 전송할 경우, 전송 시스템은 전송 가능한 대역폭을 제한한다. 주어진 전송 매체에 대하여 전송 가능한 대역폭이 넓을수록 비용은 더 높아진다.
대역폭을 제한하면 왜곡이 유발되며 이로 인해 수신 신호를 해석하는 작업이 좀 더 어려워진다. 대역폭을 제한할수록 왜곡은 더 커지고, 수신기에서 오류가 발생할 확률은 더욱 커진다.
데이터 전송류과 대역폭 사이의 관계. 신호의 데이터 전송률이 높을수록 필요한 유효 대역폭은 커진다. 다시 말해서, 전송 시스템의 대역폭이 클수록 시스템을 통해 전송할 수 있는 데이터 전송률은 더 높아진다.
또 하나 주목해야할 사항으로 중심 주파수. 신호의 대역 폭이 어떤 주파수에 중심을 둘 경우, 그 주파수를 중심 주파수라고 하는데, 중심 주파수가 높을수록 잠재적인 대역폭과 잠재적인 데이터 전송률은 높아진다.
만약 신호가 2MHZ의 중심 주파수를 갖는다면 최대 대역폭은 4MHZ이다.
참고자료
데이터 통신 및 컴퓨터 통신 - william stallings 지음 한기준 , 김종근 옮김