데이터통신 (chapter4)

4.2 무선 전송

무선전송 -> 세 가지 일반적인 주파수 영역

마이크로파 주파수 : 1 GHz ~ 40 GHz
- 고도의 지향성 빔이 가능 -> 점대점 전송에 적합
- 위성 통신에서도 사용
라디오 범위 : 30 MHz ~ 1 GHz
- 다방향성 응용에 적합
적외선 스펙트럼 : 3x10¹¹~2 x 10Hz
- 단일 방처럼 한정된 지역 내에서 근거리 점대점 및 다중점 응용에서 유용

안테나

비유도 매체에서 송수신 -> 안테나를 통해서 이루어짐

안테나 : 전자기 에너지를 방사하거나 모으는 데 사용되는 전기적 도체(혹은 도체들의 시스템)로 정의 가능

신호 전송 시 : 송신기로부터 나온 라디오-주파수 전기 에너지는 안테나에 의해 전자기 에너지로 바뀌고 주변 환경(대기 , 우주, 수중)으로 방사된다.
신호를 수신할 때에는, 안테나에 모인 전자기 에너지를 전기 에너지로 바꾸고 이를 수신기가 받아들인다.
안테나의 특성 -> 전자기 에너지를 송신할 때나 수신할 때 동일하다.
등방성 안테나 : 이상적인 안테나. 모든 방향으로 동일한 전력을 방사하는 공간상의 한 점. 안테나를 중심으로 구의 형태를 이룸
접시형 반사 안테나 : 중요한 안테나 형태로 지상 마이크로파와 인공 위성 통신에 사용되는 안테나

안테나 이득

안테나 이득은 안테나의 방향성을 측정하는 척도

지상 마이크로파

물리적 사양 : 가장 일반적인 마이크로파 안테나는 포물선 모양의 “접시”

응용 : 장거리 통신 서비스, 동축 케이블이나 광섬유의 대용으로 이용

전송 특성 : 스펙트럼의 상당 부분을 차지.

위성 마이크로파

물리적 사양 : 통신 위성이란 실제 마이크로파 중계군 하나는 점대점 링크 사용, 두 번째는 하나의 지상 송신국과 여러 개의 수신국 간에 통신을 제공

응용 : TV분배 / 장거리 전화전송 / 사설 기업망 / 위성 항법

전송 특성 : 위성 전송 최적의 주파수 범위 1~10GHz

방송 라디오

물리적 사양 : 방송 라디오와 마이크로파의 기본적인 차이점은 방송 라디오 -> 다향성 / 마이크로파 -> 지향성

방송 라디오는 접시형의 안테나가 필요 없을 뿐만 아니라, 정해진 지점에 정확히 설치할 필요도 없다.

응용 : 라디오는 3KHz ~ 300 GHz 대역의 주파수를 일컫는 일반적 용어

전송 특성 : 30MHz ~ 1GHz의 주파수 범위는 방송 통신용으로 효율적

적외선

적외선 통신은 비응집 적외선을 변조하는 송수신기(트랜시버)를 사용하여 이루어진다.

적외선과 마이크로파 전송의 한 가지 중요한 차이는 전자의 경우 벽을 침투하지 못한다는 것이다. 그러므로 마이크로파 시스템에서 생기는 보안과 간섭 문제가 나타나지 않는다. 또한 적외선을 사용하는데 허가가 필요치 않기 때문에 주파수 할당 문제가 없다.

4.3 무선 전파 (Wireless Propagation)

지표파 전파

지표의 등고선을 따라 지평선을 넘어 상당히 먼 거리까지 전파될 수 있다. 2 MHZ 이내의 주패수 대역에서 볼 수 있다.

창공파 전파

아마추어 무선, CB(민간 대역폭)무선 , 그리고 BBC나 Voice of America와 같은 국제 방송 등에 사용된다.

지상의 안테나에서 전송된 신호가 상층 대기권(전리층)의 이온층으로 부터 반사되어 다시 지상으로 전송된다.

(2~30 MHz)

시야 전파

30MHz 이상의 주파수 대역에서는 통신을 하기 위해서는 반드시 가시선을 유지해야 한다. 즉 지상에서 통신을 해야 할 경우, 전송측과 수신측 안테나는 반드시 상대방의 유효 가시선 내에 있어야 한다. “유효”라는 용어를 사용한 이유는 마이크로파가 대기에 의해 굴곡되거나 굴절될 수 있기 때문이다.

굴절

굴절은 전자기파의 전파 속도가 통과하는 매질의 밀도에 달라지기 떄문에 발생한다.

빛과 전파 가시선

4.4 시야 전송

자유 공간 손실

신호는 거리가 늘어남에 따라 분산된다. 따라서 고정 위치의 안테나는 송신측 안테나가 멀리 있을수록 약한 신호 전력을 받게 된다. 위성 통신에서 이것은 신호 손실의 주요 원인이 된다.

다른 감쇄나 손실이 없다고 할 경우에도, 거리가 멀어질수록 신호는 보다 넓은 지역으로 분산되기 때문에, 전송 신호는 거리가 멀어짐에 따라 감쇄된다. 이러한 형태의 감쇄를 자유 공간 손실(free space loss)이라 한다.

대기 흡수

송신측과 수신측 안테나 사이에서 발생하는 또 하나의 손실로 대기 흡수가 있다. 수증기와 산소가 대부분의 감쇄를 유발한다.

다중 경로

안테나의 위치를 어느 정도 자유롭게 결정할 수 있는 무선 설비의 경우, 주변에 간섭을 일으키는 장애물이 없다면 송수신 사이의 직접적인 가시선에 안테나를 설치할 수 있다. 이는 일반적으로 위성설비나, 점대점 마이크로파 통신에서 적용된다. 한편 이동 전화와 같은 경우 주변에 장애물이 많이 존재.

신호가 장애물에 의해 반사될 수 있으므로 수신측에서는 서로 다른 지연시간을 가지는 여러 개의 신호가 수신될 수 있다. 극단적인 경우, 직접 신호가 없을 수도 있다.

굴절

전파는 대기 중에서 전파될 때 굴절된다. 굴절은 고도에 따라 신호의 속도가 바뀌거나, 대기 상황의 공간적인 변화에 의하여 발생한다. 일반적으로 고도가 높아짐에 따라 신호의 속도는 증가하므로 전파는 아래로 휘어지게 된다.

참고자료

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