Transcript 강의자료 4장 - 디지털 전송

4장 디지털 전송
4.1 디지털 대 디지털 변환
4.2 아날로그 대 디지털 변환
4.3 전송 방식
4.1 디지털 대 디지털 변환
 디지털 데이터 => 디지털 신호로 변환 후, 전송
 3 가지 전환 방식
1) Line coding
2) Block coding
3) Scrambling
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디지털 인코딩/디코딩 예
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신호 요소 대 데이터 요소
1. Signal elements(신호 요소)
 디지털 신호의 가장 짧은 단위 (전이를 기준)
2. Data elements(데이터 요소)
 데이터를 나타내는 가장 작은 단위체, 비트(bit)
 r : 각 신호 요소 당 전송되는 데이터 요소
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데이터 전송률 대 신호 전송률
 데이터 전송률(data rate)
 1초당 전송된 데이터 요소의 갯 수, (단위 : 초당 비트 수 - bps),
비트율 이라고도 함
 신호 전송률(signal rate)
 1초당 전송된 신호 요소의 갯 수, (단위 : 보오- baud), 펄스율,
변조율, 보오율 이라고도 함
 교재의 S (신호요소의 개수)에 대한 수식은 생략
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디지털 코딩 방식의 평가 요소
 요구 대역폭
 같은 디지털 데이터를 전송할 경우, 대역폭을 적게 사용하는 인
코딩 방식이 좋은 인코딩
 즉 전이가 적을수록 좋은 신호 (r이 클수록 좋은 신호)
 직류 성분
 주파수가 낮은 성분은 통과하지 못하는 시스템이 존재하므로,
직류 성분이 생기지 않는 방법 필요
 모든 디지털 신호 전압을 더 할 경우, 이 값이 0 V가 되면 직류
성분이 없음
 동기화 (비트 동기화)
 하나의 디지털 신호 안에서 비트의 시작과 끝을 알 수 있도록
하면 좋은 신호(자기 동기화가 된 신호)
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동기화 관련 예
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회선 코딩(Line Coding) 방식
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단극형(Unipolar)
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극형(Polar)
 양과 음의 두 가지 전압 준위를 사용
 회선의 평균 전압 준위 감소 => 직류 성분 문제의 완화
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NRZ: Non-Return-to-Zero
 NRZ-L(Level), NRZ-I(Invert)
 NRZ-L(Level), NRZ-I(Invert) 분석
 요구 대역폭: 좋음, r=1
 동기화: 나쁨, NRZ-I > NRZ-L
 직류성분: 둘 다 있음
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RZ: Return to Zero
 +: 높은 전압, -: 낮은 전압
 비트 중앙: 항상 0으로 복귀
 분석
 대역폭: NRZ 보다 나쁨 (많은 전이 발생)
 직류 성분: 있으나 NRZ보다는 좋음
 동기화: 좋음
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Biphase: Manchester & Differential Manchester
 Manchester
 0: 비트 중앙 높->낮 전이, 1: 비트 중앙 낮->높 전이
 Differential Manchester (차분 멘체스터)
 0: 비트 시작 전이 발생, 1: 비트 시작 전이 발생하지 않음
 비트 중앙: 항상 전이
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Manchester & Differential Manchester 분석
 대역폭
 NRZ에 비해 나쁨
 직류 성분
 두 방식 모두 없음
 하나의 비트 안에서 반은 +V, 나머지 반은 –V
 동기화
 두 방식 모두 좋음, 항상 비트 중앙에서는 전이
 Ethernet 등의 LAN에서 많이 사용됨
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양극형(Bipolar): AMI & 가삼진수
 AMI (Alternate Mark Inversion)
 0: 0 V, 1: -V/+V 교대
 가삼진수(Pseudoternary)
 AMI와 반대
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AMI & 가삼진수 분석
 대역폭
 좋음
 직류 성분
 거의 없음
 동기화
 나쁨
 AMI: 0이 연속, 가삼진수: 1이 연속
 AMI
 장거리 통신에 사용됨
 AMI의 동기화 문제는 scrambling 으로 해결
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다준위 방식(Multilevel Schemes)
 N개의 신호 요소 패턴을 사용하여 m개의 데이터 요소 패턴을 표현
하며 단위 보오 당 비트 수 증가
 mBnL
 m개의 Binary를 n개의 Level로 표현
 인코딩 방식
 2B1Q
 8B6T
 4D-PAM5
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2B1Q(2 binary, 1 quaternary)
 4개의 전압 준위를 사용, 각 신호는 2 비트를 표현
 DSL 기술에서 가입자 전화 회선을 사용하는 고속 인터넷 접
속 제공에 사용
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8B6T(8 binary, 6 Ternary)
 8개의 이진수를 6개의 3-Level 신호로 전송
 변환표는 교재 부록 D에 수록
 28 = 256개의 데이터 패턴
 36 = 478개의 신호 패턴
 478 – 256 = 222개의 신호는 동기화, 오류 검색, 직류 성분 보
정을 위해 사용
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4D-PAM5(Four-dimensional five-level pulse
amplitude modulation)
 4D: 4개의 회선을 동시에 사용
 5 Level
 -2, -1, 0, +1, -2
 0 V는 데이터 전송에 사용되지 않음(오류 검색)
 즉 8B4Q와 흡사
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다중회선 전송 : MLT-3
 MLT-3 (Multiline transmission three level)
 0: 전이 없음
 1:
 현재 0V가 아니면: 0V
 현재 0V이면: 직전의 0가 아닌 비트 준위의 반대
 100 Mbps 전송에 활용
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Line encoding 정리
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블록 코딩(Block Coding)
 mB/nB
 m개의 비트 블록을 n개의 비트 블록으로 변환 전송
 주로 비트 동기화를 위해 변환
m < n
 남는 비트 패턴은 오류 검색 등으로 활용
 인코딩 방식
 4B/5B
 8B/10B
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4B/5B(4Binary / 5Binary)
 NZR-I를 수정: 블록 변환 후에는 NRZ-I로 전송
 4B/5B
 4비트를 5비트로 변환
 NRZ-I의 0이 연속되는 것을 없앰
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4B/5B 변환 표
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8B/10B
 5B/6B와 3B/4B를 합한 것
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Scrambling (뒤섞기)
 주로 AMI 방식의 연속 0등의 동기화 문제 해결
 연속 0 비트 패턴을 다른 형태(위반) 신호로 변환
 종류
 B8ZS
 HDB3
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B8ZS (Bipolar with 8 zero substitution)
 8개 0비트 -> 000VB0VB 로 변환
 V: violation
 B: Bipolar (앞 비트 level의 반대)
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HDB3 (High-density bipolar 3-zero)
 4개의 연속된 0을 B00V나 000V로 대치
 직전의 0이 아닌 비트 수 Even: B00V
 직전에 0이 아닌 비트 수 Odd: 000V
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4.2 아날로그 대 디지털 변환
 아날로드 데이터를 디지털 데이터로 변환 후 전송
 두 가지 변환 방식
 Pulse Code Modulation (PCM)
 Delta Modulation (DM)
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펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation: PCM)
 가장 널리 사용되는 변조 방식
 Sampling -> Quantizing -> Encoding 단계를 거침
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Sampling 단계
 펄스 진폭 변조(PAM, Pulse Amplitude Modulation)
 아날로그 신호의 표본을 샘플링(채집)하고 그 결과에 근거하여
펄스 값을 기록
 샘플링: 일정 간격마다 신호의 진폭을 측정하는 행위
 나이퀴스트 정리
 샘플링율(sampling rate)은 아날로그 신호에 포함된 최대 주파
수의 2 배 이상이 되어야 한다.
According to the Nyquist theorem, the sampling rate
must be at least 2 times the highest frequency
contained in the signal.
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Sampling rate 비교
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Quantizing (계수화/양자화) &
 Quantizing
 샘플링 시 측정된 진폭 값을 근사치(정수 값)로 변환
 원래의 아날로그 신호는 Vmin 과 Vmax 사이의 진폭 값을 가진다
고 가정
 전체 영역을 높이 △(델타)의 L개의 구간으로 나눔
Vmax - Vmin

L
 각 구간의 중간 값에 0 부터 L-1 까지의 계수화된 값 지정
 샘플링된 진폭 값을 계수화된 하나의 근사치로 지정
 Quantization level
 계수화 레벨이 많을수록 좀더 정밀한 신호 재생이 가능
 일반적으로 음성은 256 단계, 화상은 수천 단계
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Quantization and Encoding 예
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Encoding 단계
 이진 비트로 변환하는 과정
 Bit rate = Sampling rate X 각 샘플 당의 비트수
 “샘플 당 비트수”는 quantization level에 따라 결정됨
 128 level: 7비트
 256 level: 8비트
 64K level: 16비트
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예제 4.14
 사람의 목소리를 디지털화 한다. 표본 당 8비트(즉 256 level)
로 측정할 경우, 비트율은 얼마인가?
 sol) 인간의 목소리는 0 ~ 4000 Hz, 따라서
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Delta Modulation (DM)
 각 시간 구간 T 동안의 전압 값의 변화에 초점
 PCM의 복잡도를 낮추기 위해 고안됨
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4.3 전송 모드(TRANSMISSION MODE)
 디지털 데이터 전송
Parallel (병렬) 전송
Serial (직렬) 전송
Asynchronous (비동기) 전송
Synchronous (동기) 전송
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병렬 전송
 여러 개의 회선을 이용하여 동시에 전송
 장단점
 직렬 전송에 비해 전송 속도 증가
 비용 증가
 비용 문제 등으로 LAN 등의 근거리에 주로 사용
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직렬 전송
 하나의 회선으로 한 비트 씩 전송
 병렬 전송에 비해 비용 절감
 송신자와 전선 사이(병렬-직렬)및 전선과 수신자(직렬-병렬)
사이의 인터페이스에서 변환장치가 필요
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비동기 전송
 데이터 발생 시에 발생한 데이터를 즉시 전송
 주로 문자 단위의 전송
 문자 동기화를 위해 Start bit, Stop bit를 사용
 원격 터미널 프로그램 등에서 활용
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동기식 전송
 수 백 ~ 수 천 비트들 프레임 단위로 모아서 전송
 대부분의 데이터 통신에서 사용하는 전송 방식
 장점
 비동기식에 비해 속도가 빠르다
 고속 응용에 유리
 데이터 링크 계층에서 이루어짐
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