- DATA AND SIGNALS
- 디지털 신호와 아날로그 신호의 장단점
- 디지털 신호
- 장점
- 특정 데이터 삭제나 추가 같은 신호조작이 가능하다.
- 매우 빠르다
- 데이터의 압축뿐만 아니라 전송에서의 오류 검출 정정이 가능하다.
- 신호의 왜곡, 손실을 방지할 수 있다.
- 안정성이 높다
- 저의 완벽한 복제가 가능하며 손실이 거의 없다.
- 단점
- 샘플링을 하여 구현하기 때문에 기존정보를 완벽하게 구현하기 어렵다
- 초고주파 영역에서 동장 속도가 느리다.
- 장점
- 아날로그 신호
- 장점
- 복잡하지 않음
- 낮은 비용
- 쉽고 직관적
- 표현의 범위가 넓음
- 규격을 조금은 초과하더라도 어느정도 작동한다.
- 단점
- 부품의 노후화에 따라 손실이 높다.
- 손실이 일어날 수. 있다.
- 장점
- 디지털 신호
- Communication at the Physical Layer
- Analog and Digital Data
- 데이터: 의미를 전달하는 정보 ex)컴퓨터 파일, CD의 음악
- 아날로그 데이터: 연속된 정보
- 디지털 데이터: 분리된 상태를 가진 정보
- 신호: 데이터의 전기 또는 전자기 인코딩, 데이터의 하위개념
- 아날로그 신호는 일정 기간 동안 무한히 많은 수준의 강도를 가지고 있습니다.
- 디지털 신호는 제한된 수의 정의된 값만 가지고 있습니다.
- Periodic Signal(주기성 신호)
- 주기라고 불리는 측정 가능한 기간 내에 패턴을 완성하고, 이후의 동일한 기간 동안 그 패턴을 반복하는 신호. 하나의 전체 패턴의 완성을 사이클이라고 한다. (아날로그와 디지털 둘 다)
- Nonperiodic Signal(비주기성 신호)
- 시간이 지남에 따라 반복되는 패턴이나 주기를 나타내지 않고 변화하는 신호. (아날로그와 디지털 둘 다)
- 주기성 아날로그 신호
- 주기적인 아날로그 신호는 단순 또는 복합으로 분류될 수 있다.
- 간단한 주기적인 아날로그 신호인 사인파는 더 간단한 신호로 분해될 수 없다.
- 복합 주기적 아날로그 신호는 다중 사인파로 구성되어 있다.
- Sine Wave
- 주기적인 아날로그 신호의 가장 근본적인 형태
- 주기 동안의 변화는 매끄럽고 일관되며, 연속적인 롤링 흐름이다.
- 사인파를 나타내는 매개변수
- A : 최대 진폭
- f : 진동수
- 𝜙 : 위상
- 최대 진폭
- 가장 높은 강도의 절대값
- 운반하는 에너지에 비례
- 일반적으로 볼트로 측정됨
- 예: 목소리를 크게하면 커짐
- 주기(T)
- 신호의 1 사이클에 대한 시간(초)
- T = 1/f
- 진동수(f)
- 1초당 주기의 수
- 헤레츠(Hz)로 표현됨
- f = 1/T
- 주기와 진동수의 단위
- 극단적인 신호의 예
- 진동수가 0 일때
- 시그널은 바뀌지 않는다.
- DC 전류
- 진동수가 무한대일때
- 신호변화가 계속되며 주기는 0이다
- 진동수가 0 일때
- 위상
- 위상 또는 위상 이동
- 시간 0에 대한 파형의 위치
- 첫 번째 주기의 상태 표시
- 시작하는위치(?)라고 생각하면 됨
- 파장
- 신호가 한 기간 동안 이동할 수 있는 거리
- 주파수와 매체 모두에 따라 바뀐다.
- 파장 = 전파속도 x 주기 = 전파속도/ 진동수
- ex) 진공에서의 적외선(빛의 속도) 의 파장은?
- 파장 = c/f =0.75마이크로미터
- 케이블에서는 파장이 0.5로 더욱 짧아진다.
- 시간 Domain과 진동수 Domain
- 사인 웨이브를 두가지 형태로 나타낼 수 있다.
- 시간 도메인
- 진폭 대 시간
- 한 기간 동안 진폭의 변화를 보여준다
- 세어봐야지 알 수 있다. 그래프가 섞여 있다면 불편하다.
- 진동수 도메인
- 피크 진폭 대 주파수
- 주파수를 명시적으로 보여줍니다
- 나타내기 쉽습니다
- 명확하고 간결하다.
- 복합신호
- 단일 사인파
- 전기 에너지를 운반할 수 있습니다
- 예를 들어, 전력 회사는 60Hz 주파수의 단일 사인파를 보내 주택과 기업에 전기 에너지를 분배합니다
- 신호를 보낼 수 있습니다. 예를 들어, 침입 탐지 장치는 도둑이 집의 문이나 창문을 열 때 보안 센터에 경보를 보냅니다
- 데이터 네트워크를 통해 정보를 전달할 수 없습니다.
- 복합신호
- 주파수, 진폭 및 위상이 다른 간단한 사인파의 조합으로 구성 된다.
- 주기성 신호: 이산(1, 2, 3 등) 주파수와 사인파의 조합 , 최소공배수가 있기에 전체주기를 계산할 수 있다.
- 비주기성 신호: 연속 주파수와 사인파의 조합 (실수 값)
- 단일 사인파
복합시그널을 분해하면 아래와 같은 3개의 시그널이 나온다. 시그널의 진동수를 3배씩 하여 합치면 위와 같은 모양이 나온다. 디지털과 유사한 모양.
- Bandwidth
- 복합 신호에 포함된 주파수 범위, 또는 그 신호에서 가장 높은 주파수와 가장 낮은 주파수의 차이
- 디지털 신호
- 아날로그 신호로 표현되는 것 외에도, 정보는 디지털 신호로도 표현될 수 있다.
- 예를 들어, 1은 양의 전압으로 인코딩되고 0은 제로 전압으로 인코딩될 수 있다.
- 디지털 신호는 두 개 이상의 수준을 가질 수 있다. 이 경우, 우리는 각 레벨에 대해 1비트 이상을 보낼 수 있습니다.
- Bit rate
- 대부분의 디지털 신호는 비주기적이며, 따라서 주기와 주파수는 적절한 특성이 아니다.
- 비트 속도는 초당 비트(bps)로 표현된 1초로 전송된 비트 수인 디지털 신호를 설명하는 데 사용된다.
- Bit length
- 디지털 신호의 한 비트가 전송 매체에서 차지하는 거리
- Bit length = 전송속도 x bit duration
- cf) 파장: 아날로그 신호의 한 사이클이 전송 매체에서 차지하는 거리
- 복합신호에서의 디지털
- 디지털 신호 = 무한한 대역폭을 가진 복합 아날로그 신호
- 시간 영역에서 디지털 신호는 연결된 수직 및 수평선 세그먼트를 포함한다.
- 수직선: 무한대의 주파수
- 수평선: 0의 주파수
- 0의 주파수에서 무한대의 주파수로 가는 것은 그 사이의 모든 주파수가 도메인의 일부라는 것을 의미한다.
- 주기성 디지털: 무한한 대역폭 범위에서 이산 주파수를 가진 아날로그 신호의 합
- 비주기성 디지털: 무한 대역폭 범위의 연속 주파수를 가진 아날로그 신호의 합
디지털 신호의 전송
- Baseband transmission
- 매체의 전체 대역폭이 한 번에 하나의 전송에 전념하는 단일 채널을 통해 디지털 신호를 보냅니다.
- ex) 유선 LAN, 전체 fequency를 한 채널에서 전부 사용
- ex) Bus 형태, 특정시간에는 하난가 다 쓴다.
- LOW-pass channel with limited bandwidth의 대략적인 근사
- 디지털 신호 비트 레이트: N
- 신호변화의 최대수: 010101... or 101010...
- 각사이클에서 2비트씩 보낼 때 최대 진동수: N/2
- Minimum bandwith = N/2 - 0 = N/2
- 3비트 패턴의 디지털 신호의 아날로그 에뮬레이션
- bandwidth in baseband
- 베이스밴드 전송에서 필요한 대역폭은 비트 전송률에 비례합니다. 비트를 더 빨리 보내려면 더 많은 대역폭이 필요합니다.
2. Broadband
- 광대역 전송(또는 변조): 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하고 동시에 여러 데이터 스트림을 전송할 수 있는 다중 채널 시스템을 통해 전송
- ex) MBC,KBS가 각각의 대역폭을 가지고 각자 사용한다.
- Bandpass channel:
- 대역폭이 0에서 시작되지 않는 채널
- 로우 패스 채널보다 더 많은 사용 가능 ( 로우패스는 그대로 담는다. 정보를)
- 사용 가능한 채널이 bandpass 채널이라면, 전송 전에 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해야 합니다.
- Bandpass 채널에서 전송하기 위한 디지털 신호의 변조(반사 주파수로의 변환)
- 변조를 통해 주파수를 나눠서 사용
- 목소리 ->(변조) -> 라디오 -> (복조) -> 목소리
- 전송 손상
- 신호는 완벽하지 않은 전송 매체를 통해 이동한다.
- 불완전함은 신호 장애를 일으킨다.
- 이것은 매체의 시작 부분에 있는 신호가 매체 끝에 있는 신호와 같지 않다는 것을 의미한다.
- 손상의 원인
- 감쇠(Attenuation)
- 왜곡(Distortion)
- 잡음(Noise)
감쇠
- 감쇠: 매체의 저항으로 인해 신호가 매체를 통과하는 동안 에너지 손실
- 신호의 전기 에너지는 열로 변환됩니다.
- 이 손실을 보상하는 데 증폭기가 사용된다
- 데시벨(dB)
- 두 개의 다른 지점에서 두 개의 신호 또는 하나의 신호의 상대적인 강도
- db = 10 log10(P2/P1) P1,P2 는 포인트1과2에서의 파워
- 신호가 감쇠되면 음수
- 신호가 증폭되면 양수
왜곡
- 신호의 형태나 모양이 변함
- 다른 주파수로 만들어진 복합 신호에서,
각 신호 구성 요소는 매체를 통해 자체 전파 속도를 가지고 있으므로 자체 지연으로 목적지에 도착합니다. - 지연의 차이는 수신기의 위상 차이를 만듭니다.
잡음
- 소음은 장애의 또 다른 원인이다.
- 열 소음, 유도 소음, 누화 및 임펄스 소음과 같은 여러 유형의 소음은 신호를 손상시킬 수 있습니다.
- 열 소음은 와이어에서 전자의 무작위 움직임으로, 원래 송신기에 의해 전송되지 않은 추가 신호를 생성합니다.
- 유도된 소음은 모터와 같은 원인에서 나온다. 크로스톡은 한 와이어가 다른 와이어에 미치는 영향이다.
- 잡음의 원인
- 열 소음(Thermal noise): 원래 송신기에 의해 전송되지 않은 추가 신호를 생성하는 와이어에서 전자의 무작위 움직임
- 유도 소음(Induced noise): 모터와 가전제품과 같은 소스에서 나오는 소음(전자장치)
- 누화잡음(Crosstalk): 한 와이어가 다른 와이어에 미치는 영향, 다른채널이 영향을 미쳐서 신호가 중첩되어 들어옴(ex.통화중 다른사람 목소리 들어옴)
- 충격잡음(Impulse noise): 전선, 라이트링 등에서 나오는 스파이크, 번개등의 갑자스런 충격으로 인한 영향
- SNR(Signal-to-Noise Ratio = 평균 신호 파워 / 평균 노이즈 파워 , 클수록 복구가 쉽다.
- DATA RATE LIMITS
- 데이터 통신에서 매우 중요한 고려 사항은 채널을 통해 초당 비트로 데이터를 얼마나 빨리 보낼 수 있는지에 대한 것이다.
- DATA RATE(데이터속도)를 경절하는 세가지 요소
- 사용 가능한 대역폭
- 우리가 사용하는 신호의 수준
- 채널의 품질 (소음 수준)
- 데이터 속도를 계산하기 위해 두 가지 이론적 공식이 개발되었다
- 소음 없는 채널을 위한 나이퀴스트에 의한 공식
- 시끄러운 채널을 위한 섀넌에 의한 공식
- 소음 없는 채널: 나이퀴스트 Rate
- 무소음 채널의 경우, 나이퀴스트 비트 전송률 공식은 이론적 최대 비트 전송률을 정의하며,
여기서 L은 데이터를 나타내는 데 사용되는 신호 수준의 수입니다. - BitRate = 2 X bandwidth X log2(L)
- 그러나, 신호 수준을 높이면 시스템의 신뢰성이 떨어질 수 있다.
- 무소음 채널의 경우, 나이퀴스트 비트 전송률 공식은 이론적 최대 비트 전송률을 정의하며,
- 소음 채널: 샤논 Capacity
- 사실, 채널은 항상 시끄럽다. 1944년, 클로드 섀넌은 시끄러운 채널에 대한 이론적으로 가장 높은 데이터 속도를 결정하기 위해 섀넌 용량이라고 불리는 공식을 도입했다
- Capacity = bandwidth X log2(1+SNR)
- 실제에서는 우리는 한계와 신호 수준을 찾기 위해 두 가지 방법을 모두 사용해야 한다.
- 성능
- 지금까지, 우리는 네트워크를 통해 데이터(신호)를 전송하는 도구와 데이터가 어떻게 작동하는지에 대해 논의했습니다. 네트워킹에서 중요한 문제 중 하나는 네트워크의 성능입니다.
- Bandwidth의 두가지 문맥적 의미
- Bandwidth in hertz(헤르츠에서의 대역폭): 복합 신호의 주파수 범위 또는 채널이 통과할 수 있는 주파수 범위
- Bandwidth in bits per second(초당 비트의 대역폭; 전송률): 채널 또는 링크의 비트 전송 속도 (성능 부분에서는 이것을 의미함)
- 헤르츠의 두 "대역폭" 대역폭 간의 명시적인 관계
- Bandwidth in herz↑ -> Bandwidth in bps↑
- 처리량(Throughput)
- 우리가 실제로 네트워크를 통해 보낼 수 있는 데이터의 양
- Bandwidth와 Throuhput 비교
| Bandwidth(전송률) | Throughput(처리량) |
| 우리가 얼마나 빨리 데이터를 보낼 수 있는지에 대한 잠재적인 측정 | 항상 대역폭보다 적은 데이터를 얼마나 빨리 보낼 수 있는지에 대한 실제 측정 |
- 걸리는 시간(Latency,Delay)
- 전체 메시지가 출처에서 목적지에 완전히 도착하는 데 걸리는 시간
- 아래는 걸리는 시간의 요소
- 1. 전파 시간(Propagation time) : 매체를 통과하는 데 필요한 시간. (고속도로 길이) , 첫번째 비트가 오는데 걸리는 시간
- 전파시간 = 길이 / 전송속도 (전송속도는 공기,진공 등의 매질에 따름)
- 2. 전송 시간: 메시지를 보내는 시간 ,(고속도로 차선), bps와 연관
- 전송 시간 = 메시지 사이즈 / Bandwidth
- 3. 대기 시간(Queuing time): 중간 장치의 대기열에 있는 메시지의 대기 시간 (톨게이트)
- 4. 처리 시간(Processing time): 프로세서가 메시지를 처리하는 시간
one wire as a sending antenna and the other as the receiving antenna
- Bandwidth-Delay Product
- B x D= 링크를 채울 수 있는 최대 비트 수
one wire as a sending antenna and the other as the receiving antenna
one wire as a sending antenna and the other as the receiving antenna
- Jitter
- 네트워크 연결로 이동하는 패킷이 목적지에 도달하는 지연의 변화
- 다른 데이터 패킷에 다른 지연이 발생하고 수신기 사이트에서 데이터를 사용하는 응용 프로그램이 시간에 민감한 경우 지터가 문제입니다(예: 오디오 및 비디오 데이터).
- 3,19 와 11,9의 평균은 10이다 하지만 후자의 경우가 더 좋다. 그 이유는 딜레이가 꾸준히 비슷하면 버퍼가 대기하기에 유리하기 때문이다.
one wire as a sending antenna and the other as the receiving antenna
one wire as a sending antenna and the other as the receiving antenna
'Computer Science > 데이터 통신' 카테고리의 다른 글
| Chapter5 Analog Transmission (0) | 2023.04.24 |
|---|---|
| Chapter4 Digital Transmission (0) | 2023.04.23 |
| Chapter2 Network Models (0) | 2023.04.23 |
| chapter1 DATA COMMUNICATION (0) | 2023.04.22 |
| Signal Encoding Techniques (0) | 2023.04.14 |
