데이터통신 (chapter4)

4장 전송매체

전송 매체 : 수신기와 송신기 간의 물리적인 통로 역할

유도 매체 : 전자기파가 구리 트위스티드 페어, 구리 동축 케이블 및 광섬유 등의 고체 매체를 통해서 전파된다.

비유도 매체: 대기나 외부 우주 공간 또는 물을 이용한 무선 전송이 이루어진다.

유도매체의 경우 전송 매체가 전송의 한계를 결정하는 중요한 요인

비유도 매체의 경우, 전송 특성을 결정하는 데 있어서 전송 안테나에 의해 생성되는 신호의 대역폭은 매체보다 더 중요한 역할. 일반적으로 낮은 주파수 -> 다방향성, 높은 주 사후 -> 한 방향으로 빔 집중

데이터 전송 시스템의 설계에서 주요 고려사항 -> 데이터 전송률과 전송거리. 데이터 전송률과 전송 거리가 클수록 좋다.

대역폭 : 다른 모든 요소가 일정한다면, 신호의 대역폭이 클수록 더 높은 데이터 전송률을 얻을 수 있다.
전송 손상 : 감쇄와 같은 손상은 전송 거리를 제한한다. 유도 매체에서 트위스티드 페어는 일반적으로 동축 케이블 보다 손상이 더 크고, 동축 케이블은 광섬유보다 손상이 더 크다.
간섭 : 중첩된 주파수 대역에 있는 신호로 인하여 발생되는 간섭은 신호를 왜곡시키거나 제거해 버린다.
수신기의 수 : 유도 매체는 점대점 링크 혹은 다중 접속 장치를 가진 공유링크를 구성하는데 사용될 수 있다. 후자의 경우 각 접속 장치는 회선의 감쇄와 왜곡을 유발하여 전송거리나 데이터 전송률을 제한하게 된다.

그림 4.1 전자기 스펙트럼 (다양한 유도매체와 비유도 전송 기술의 동작 주파수를 나타낸다.)

4.1 유도 전송 매체

유도 전송 매체에서 데이터 전송률 또는 대역폭으로 표현되는 전송 용량 -> 거리 뿐만 아니라 매체가 점대점인지 혹은 다중점인지의 여부에 따라 결정적ㅇ로 좌우.

일반적으로 세 가지 유도 매체 -> 트위스티드 페어 / 동축 케이블 / 광섬유

####트위스티드 페어(꼬임쌍) 가장 저가이고 가장 널리 쓰이는 유도 전송 매체.

#####물리적 사양 트위스티드 페어는 규칙적인 나선 모양으로 감겨 있는 두 가닥의 절연된 구리선으로 구성. 이 하나의 쌍이 통신 링크로서 동작. 일반적으로 여러 개의 쌍이 다발로 묶여 하나의 케이블 형성. 이 케이블은 보호 외피로 덮힘. 장거리의 경우 케이블이 수백 개의 쌍을 가질 수도. 각각의 쌍들은 꼬여있기 때문에 인접한 다른 쌍들과의 누화 간섭 현상을 최소로 줄인다. 다발 내의 인접한 쌍들은 누화 간섭을 억제하기 위해 꼬임 길이를 다르게 한다. 장거리 링크에서 꼬임 길이는 5~10cm, 쌍 내의 전선의 굵기는 0.4~0.9mm 가량이다.

#####응용 전화 시스템에서 가장 흔하게 사용되며, 건물 내의 통신수단으로도 사용.

전화 시스템의 경우, 각 전화기는 트위스티드 페어를 통해 로컬 전화기, 즉 단말국(end office)에 연결 되어 있는데, 이를 가입자 루프(subscriber loop)라고 한다. 사무실 건물 안에서 각 전화는 트위스티드 페어를 통해 사설 전화 교환기(Private Branch Exchange) 또는 단말국의 센트렉스(Centrex) 설비와 연결된다.
일반적으로 사용되는 따른 유도 전송 매체 (동축 케이블 , 광섬유) 보다 저렴하고 작업하기 더 편리하다.

#####전송 특성 아날로그 전송, 디지털 전송 모두에 사용 가능. 아날로그 신호의 경우 5~6km마다 증폭기가 필요. 디지털 전송의 경우 아날로그 신호를 사용하든, 디지털 신호를 사용하든 2~3km 마다 리피터가 필요하다.

트위스티드 페어 -> 다른 전송매체와 비교할 때 거리, 대역폭, 데이터, 전송률에 있어서 제약점을 갖는다.

주파수에 따라 감쇄가 크게 작용
전자기장과 쉽게 결합되므로 간섭이나 잡음에 취약

#####비차례 및 차폐 트위스티드 페어 트위스티드 페어 -> 2 종류 : 비차폐/ 차폐

비차폐 트위스티드 페어(UTP)는 하나 이상의 트위스티드 페어가 열플라스틱 자켓으로 둘러싸여 있는데 전자차를 차단하지 못한다.
UTP의 가장 일반적인 용도 -> 전화선. 주택과 사무실에 미리 배선.
UTP는 음성그부터 초고속 LAN까지 데이터 전송에 사용
UTP는 외부 전자기 간섭에 취약.
차폐 트위스티드 페어(STP)는 간섭이 많은 환경(전기 모터, 무선 장치, RF 전송기)에서 보다 우수한 성능 제공
차폐 트위스티드 페어는 3가지 유형으로 제조
- 각 쌍의 와이어가 개별적으로 금속 포일로 차폐, 통상 포일 트위스티드(FTP)라고 한다.
- 자켓 내에서 모든 와이어를 통쨰로 포일 또는 테이프로 둘러싼 형태인데 이를 스크린 트위스티드 페어(S/UTP)라고 부른다
- 각 페어를 차폐시키고 동시에 모든 와이어를 다시 차폐시킨뒤 완전 차폐 트위스티드 폐어 또는 차폐/포일 트위스테드 페어(F/UTP)라고 부른다.
STP는 간섭을 감소시키고 고속 전송률에서 보다 우수한 성능 제공. 그러나 가격이 비싸고 UTP기술에 익숙한 작업자가 꺼리는 경우가 있다.

데이터 전송 트위스티드 페어의 카테고리 - 생략

근단 인근 누화(Near-end crosstalk, NEXT)손실은 트위스티드 페어 배선 시스템에서 도체의 한 쌍에서 오는 신호가 다른 쌍과 결합되는 것을 의미.

####동축케이블

#####물리적 사양

트위스티드 페어와 마찬가지로 2개의 도체로 구성되지만, 보다 폭넓은 주파수 범위를 허용할 수 있도록 트위스티드 페어와는 다른 구조를 가지고 있다. 즉, 내부의 단일 전선과 그것을 감싸고 있는 원통형의 외부 도체로 구성된다.

내부 도체는 일정한 간격을 존재하는 절연체 링(insulating ring)이나 혹은 고체 유전체로 싸여있다.
외부 도체는 어떤 표피나 보호막으로 둘러 싸여있따.
동축케이블은 트위스티드 페어보다 더 장거리에서 사용가능하고, 공유 회선상에 더 많은 스테이션을 지원할 수 있다.

응용

텔레비전 분배(television distribution)
장거리 전화 전송(long-distance telephone transmission)
단거리 컴퓨티 시스템 링크(short-run computer system link)
LAN(local area networks)

유선 TV의 경우, 동축 케이블은 TV 신호를 각 가정에 분배해주는 도구. 동축 케이블은 전통적으로 장거리 전화망의 중요한 부분을 차지하였으나, 오늘날은 광섬유, 마이크로파 위성과의 경쟁 심화 동축 케이블은 장치 간의 단거리 접속에도 흔히 사용. 디지털 신호인 경우, 컴퓨터 시스템의 고속 I/O 채널로 사용된다.

전송특성

아날로그 신호와 디지털 신호의 전송 모두에 사용
트위스티드 페어보다 우월한 주파수 특성을 가지므로 보다 높은 주파수와 데이터 전송률에서 효율적 사용 가능
차폐된 동신원 구조를 가지므로 트위스티드 폐어에 비해 간섭과 누화에 훨씬 덜 취약.
성능의 기본적 제약점으로 작용하는 요소로 감쇄, 열잡음, 상호 변조 잡음을 들 수 있다. (후자는 여러 개의 채널(FDM)이나 주파수 대역폭이 사용되는 경우에만 나타나는 것)
아날로그 신호의 경우 수km마다 증폭기기가 필요, 높은 주파수를 사용할수록 그 간격은 좁아야 한다.
디지털 신호 방식에서는 대략 매 1km마다 리피터가 필요, 데이터 전송률이 높을수록 그 간격은 좁아짐

광섬유

물리적 사양

광섬유는 가늘고 유연한 전송 매체로서 광선을 투과시킬 수 있는 능력이 있다.

광섬유 제작에는 여러 가지의 유리와 플라스틱이 사용
초순수용해 규소 섬유 -> 최소의 손실도를 가지는 광섬유의 제작 가능, but 만들기가 어렵다
다중 성분 유리섬유 -> 위보다 경제적, 현재까지 양호한 성능, 가격이 훨씬 낮으므로 다소 높은 손실도가 허용되는 단거리 전송에 사용
원통형, 코어(심), 클래딩, 자켓을 비롯한 세 개의 동심부분으로 구성.
코어(Core)는 가장 내부 부분으로 유리나 플라스틱으로 만들어진 하나 이상의 매우 가는 실 또는 섬유로 구성
각 광섬유는 코어와 다른 광특성을 가진 유리나 플라스틱 코팅으로 만들어지고 직경이 125m인 클래딩을 둘러싸여 있다.
코어와 클래딩 사이의 접합부는 반사면 역할을 함으로써 코어 안에 빛을 가두어 두는 기능을 한다.
클래딩 광섬유 다발을 둘러싸는 가장 외부층은 자켓이다.
자켓은 습기, 마모, 파손,기타 주위 위험으로부터 보호하기 위해 플라스틱이나 다른 물질을 만든다.

응용

고유의 장점과 더불어 지속적인 성능 개선과 가격 하락 덕분에 LAN에서 보다 매력적인 매체가 되었다. 광섬유가 트위스티드 페어나 동축 케이블과 다른 점은 다음과 같다.

대용량
작은 크기 및 경량
낮은 감쇄
전자기적 격리
넓은 리피터 간격

5가지의 기본 형태

장거리 트렁크
광역 트렁크
농촌 지역의 교환 트렁크
가입자 루프
LAN

전송특성

광섬유는 전반사에 의하여 인코딩된 신호를 광선으로 전달

빛은 발신자로부터 원통형의 유리 또는 플라스틱 코어로 들어온다. 낮은 각도의 빛은 반사되고 섬유를 통해 전파되나, 다른 빛은 주위 물질로 빠져나간다. 이런 형태의 전파를 -> 단계 지수 다중모드(step-index multimode)라 하는데, 이는 반사각이 다양함을 뜻하는 용어이다.
다중모드 전송에서 전파는 다중의 경로를 가질 수 있기 때문에, 전송 경로에 따라 경로의 길이와 통과 시간이 다르다. 이로 인하여 신호 요소는 시간상에서 분산되므로 데이터 전송률이 제한받게 된다. 다시 말해, 펄스 사이의 간격을 유지하기 위해서는 전송률을 제한해야 한다. 따라서 이런 종류의 섬유는 아주 짧은 거리의 통신에 가장 적합하다.
코어의 반경을 파장 단위로 줄인다면, 회선에는 단 하나의 각도, 즉 한 모드만이 통과할 수 있다. 이는 축 방향의 빛이다. 단일 모드가 가장 우수한 성능을 제공하는 이유는, 전송 경로가 단 하나이므로 다중모드에서와 같이 왜곡이 발생하지 않기 때문이다.
단일 모드는 보통 전화나 케이블 TV를 포함한 장거리 응용에 사용된다.
마지막으로, 세 번쨰 형태의 전송인 등급 지수 다중모드는 코어의 굴절률을 다르게 한 것이다. 이 방법은 앞에서 설명한 두 가지의 중간적 특성을 가진다.

4.2 무선 전송

참고자료

데이터 통신 및 컴퓨터 통신 - william stallings 지음 한기준 , 김종근 옮김