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데이터 통신 #3

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By Jaemin Park 11 분읽는 시간

디지털 전송

어떤 지점에서 다른 지점으로 정보를 전송하는 경우를 생각해보자.
데이터를 신호로 변환하거나, 신호를 다른 신호로 변환하는 경우가 필요하다. 디지털 전송에서는 이런 신호와 신호, 데이터와 신호간의 변환이 어떻게 이루어지는 지를 다룬다.

  1. 디지털-대-디지털 변환
  2. 아날로그-대-디지털 변환
  3. 디지털-대-아날로그 변환
  4. 아날로그-대-아날로그 변환
  5. 다중화

디지털-대-디지털 변환

  1. 회선 부호화
    • 우리 컴퓨터 메모리에 비트로 저장된 디지털 데이터(문자,숫자, 오디오, 비디오 등)를 디지털 신호로 변환하는 작업을 말한다.
    • 일련의 비트들을 0과 1에 대응하는 신호로 변환한다.
    • 블록 부호화나 스크램블링과는 다르게 반드시 필요한 작업이다.
    • 전송 측에서 디지털 데이터가 디지털 신호로 변환되는 것을 부호화, 수신 측에서 디지털 신호가 디지털 데이터로 변환되는 것을 복호화라고 한다.

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  1. 블록 부호화
    • mB/nB 부호화라고도 불린다.
    • 나누기, 대치, 조합을 통해 구성된다.
    • 나누기 : 일련의 비트를 m비트 단위의 그룹으로 분리한다
    • 대치 : m 비트를 n비트 블록으로 변경한다 ( n > m )
    • 블록 부호화 작업은 전송 과정에서 마주하는 다양한 프로토콜들과의 호환성을 유지하면서 낮은 복잡도로 비트를 재구성하기 위해 사용된다.

아날로그-대-디지털 변환

보통 음성, 카메라로 만든 데이터들은 아날로그 신호인데, 디지털 신호는 아날로그 신호보다 잡음에 덜 민감하다. 아날로그-대-디지털 변환은 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 방법이다. 바뀐 디지털 데이터는 다시 디지털-대-디지털 변환을 통해 디지털 신호로 변한다.

  1. 펄스 코드 변조 (PCM : pulse code modulation)
    • 아날로그 신호를 일정 시간마다 채집한다.
    • 채집된 신호는 계수화 되어 표본이 되고, 표본은 펄스로 간주된다.
    • 펄스는 비트 스트림으로 부호화 된다.
    • 신호의 채집율은 주파수 범위에 2배 이상을 사용해야 손실없이 채집이 가능하다. (디지털 신호의 최소 대역폭은 적어도 아날로그 신호의 대역폭보다 n배 커야한다.)
    • 표본당 n비트라면, 채집율 x n 이 비트율이 된다.

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  1. 델타 변조 (DM : delta modulation)
    • PCM의 복잡도를 낮추기 위해 개발된 기술이다.
    • PCM은 표본 채집 시 신호의 진폭값을 찾는 방법을 사용하는데, DM은 바로 직전의 표본과의 차이값을 찾는다.

디지털-대-아날로그 변환

디지털 전송은 아날로그 신호에 비해 잡음이 적지만, 저대역-통과 채널이 필요하다. 따라서 특정대역-통과 채널을 위해 아날로그 전송이 필요하다. 저대역-통과 아날로그 신호를 특정대역-통과 아날로그 통과 신호로 변환하는 것을 -대-아날로그 변환이라고 한다.

  1. 진폭 편이 변조(ASK : Amplitude Shift Keying) Desktop View
    • 디지털 신호의 1과 0에 대응하는 아날로그 신호의 진폭을 다르게 하는 방법이다.
    • 아날로그 신호의 진폭 외에는 모두 동일하다.
    • 2개의 준위를 사용해 구현하는 게 일반적인데, 이것은 2진 진폭 편이 변조라고 한다.
    • 2진 진폭 편이 변조는 한 신호의 최고 진폭을 0, 다른 신호의 최고 진폭을 반송파의 진폭으로 하는 방법이다.
    • d의 값은 0과1 사이이고, S는 신호율, B는 대역폭이다. 따라서 요구 대역폭의 최소는 S 최대는 2S이다.
    • 대역폭의 중간점은 반송파가 위치한 지점이다.
    • 다준위 ASK는 2개의 준위가 아닌 2의 n승을 준위로 사용하는 방법을 말한다.
  2. 주파수 편이 변조(FSK : Frequency Shift Keying) Desktop View
    • 1과 0에 대응되는 신호의 주파수를 다르게 하는 방법이다.
    • 아날로그 신호의 주파수 외에는 모두 동일하다.
    • 2Df 는 요구 대역폭을 의미한다.
  3. 위상 편이 변조(PSK : Phase Shift Keying) Desktop View
    • 1과 0에 대응되는 신호의 위상을 다르게 하는 방법이다.
    • 아날로그 신호의 위상 외에는 모두 동일하다.

직교 진폭 변조(QAM)라는 방법도 있는데, 진폭과 위상을 조합하여 바꾸는 개선된 방법이다. 학부생 수준에서는 크게 다루지 않는다고 한다.

아날로그-대-아날로그 변환

만약 매체가 특정대역 통과 특성을 갖고 있다면 아날로그 신호도 매체에 맞게 다른 아날로그 신호로 변환되어야 한다.

  1. 진폭 변조(AM : Amplitude Modulation) Desktop View
    • 신호의 진폭 변화에 따라 반송파의 진폭이 변화하는 방법이다.
    • 주파수와 위상은 동일하게 유지된다.
    • 변조 신호는 반송파의 외곽선이 된다.
    • 곱셈 장치(Multiplier)를 사용하며, AM 신호의 대역폭은 변조되는 신호 대역폭의 2배가 된다
  2. 주파수 변조(FM : Frequency Modulation) Desktop View
    • 변조되는 신호의 전압 준위 변화에 따라서 반송파의 주파수가 결정된다.
    • 진폭과 위상은 동일하게 유지된다.
    • 변조되는 대역폭 수식에서 Beta값은 보통 4를 사용한다
    • 전압 제어 진동기(VCO)를 사용해 구현된다.
  3. 위상 변조(PM : Phase Modulation) Desktop View
    • 변조 신호의 전압 준위의 변화에 따라 변조된다. (FM과 같은 방식)
    • 진폭과 주파수는 동일하게 유지된다.
    • 정보 신호의 진폭 변화에 따라 반송파의 위상이 변한다

다중화

다중화란 두 장치를 연결하는 매체의 전송 용량이 두 장치가 필요로 하는 것보다 클 때 사용된다. 매체용량 > 장치용량 이므로, 매체를 낭비하지 않게 하나의 매체(링크)에 여러개의 장치의 정보를 전송할 수 있게 개발된 기술이다.

  1. 주파수 분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplexing) Desktop View
    • MUX : Multiplexer(다중화기), 여러 개의 전송 스트림을 하나의 단일 스트림으로 결합한다.
    • DEMUX : Demultiplexer(다중복구기), 스트림을 원래의 각각 요소대로 나눠 해당하는 수신 장치쪽으로 전달한다.
    • 링크 : 물리적인 경로, 매체
    • 채널 : 한 쌍의 장치간에 전송을 위한 하나의 경로
    • FDM은 링크의 대역폭(주파수의 범위)이 통과하는 신호들의 대역폭의 합보다 커야한다.
    • 아날로그 기술이다.
    • 신호가 겹치지 않게 보호 대역(guard band)를 활용한다.
  2. 시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing) Desktop View
    • 매체의 전송률이 송수신 장치들이 요구하는 전송률보다 클 때 사용한다.
    • 시간을 공유하는 방식으로, 링크가 시간별로 구획된다.
    • 서로 다른 발신지의 디지털 데이터가 하나의 ‘시간 공유 링크’로 합쳐지는 디지털 다중화 기술이다.
Major, Data Communication
데이터 통신 Data Communication 물리층
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