Transcript 7 장 전송매체(Transmission Media)

7 장 전송매체(Transmission Media)
7.1 유도매체(Guided Media)
7.2 비유도매체(Unguided Media)
7.3 전송 장애
7.4 성능
7.5 파장(Wavelength)
7.6 샤논의 용량
7.7 매체의 비교
7.8 요약
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전송매체(계속)
 전자기 스펙트럼
 전기장과 자기장의 조합인 전자기 에너지
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전송매체(계속)
 두 가지 형태로 분류 : 유도매체, 비유도매체
 전송매체의 종류
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7.1 유도매체 (Guided Media)
 유도매체의 종류
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유도매체(계속)
 꼬임쌍선(Twisted-Pair Cable)
 두 가지 형태 : unshielded(비차폐) and shielded(차폐)
 비차폐선(UDP:Unshielded Twisted-Pair) 케이블
 오늘날 통신매체에서 사용하는 가장 일반적인 형태
 꼬임쌍선의 주파수 범위
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유도매체(계속)
 꼬임선(Twisted-Pair Cable)
 2개의 도선(일반적으로 구리)으로 구성
 각 도선은 색깔을 가짐
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유도매체(계속)
 병렬회선상의 잡음 효과
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유도매체(계속)
 꼬임쌍선의 잡음 효과
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유도매체(계속)
 비차폐 꼬임쌍선(UTP)의 장점
 싸다, 유연성, 설치가 용이
 5개의 비차폐 꼬임쌍선으로 구성된 케이블
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유도매체(계속)
 비차폐 꼬임쌍선(UDP) 표준의 등급(EIA)
 1등급 : 기본 꼬임선 (전화 시스템)
 2등급 : 4 Mbps급의 음성과 디지털 데이터 전송
 3등급 : 10 Mbps급(현재, 표준 케이블) 데이터 전송
 4등급 : 16 Mbps급의 전송률
 5등급 : 100Mbps급의 데이터 전송 가능
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유도매체(계속)
 비차폐 꼬임쌍선(UTP) 연결
 전화 젝과 같은 snap-in 플러그 형태 : RJ45 컨넥터
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유도매체(계속)
 차폐 꼬임쌍선(STP: Shielded Twisted-Pair) 케이블
 UTP와 같은 성능을 가짐
(고가, 잡음에 덜 민감)
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유도매체(계속)
 동축 케이블(Coaxial Cable)
 높은 주파수 범위의 반송 신호
 동축 케이블의 주파수 범위
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유도매체(계속)
 동축 케이블(Coaxial cable)
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유도매체(계속)
 동축 케이블 표준(Coaxial Cable Standards)
 RG(radio government)에서 분류
 RG-8 (굵은 이더넷(Thick Ethernet) 에 사용)
 RG-9 (굵은 이더넷(Thick Ethernet)에 사용)
 RG-11 (굵은 이더넷(Thick Ethernet)에 사용)
 RG-58 (얇은 이더넷(Thin Ethernet)에 사용)
 RG-75 (TV용)
 동축 케이블 커넥터
 베요네트 네트워크 커넥터(BNC : Bayonet Network Connector)
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유도매체(계속)
 Optical Fiber(광섬유)
 유리나 프라스틱으로 구성
 빛의 형태로 신호를 전송
 빛의 특성
 전자기적인 에너지 형태
 진공상태에서 고속 : 300,000km/s, 초당 186,000 마일
 밀도가 높은 매체를 통과할 때는 속도가 감소
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유도매체(계속)
 굴절(Refraction)
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유도매체(계속)
 임계각(critical angle)
 입사각이 증가하면, 수직과는 멀어지고 수평면과는 가까워진다
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유도매체(계속)
 반사(Reflection)
 입사각이 임계각보다 클때, 나타나는 현상을 ‘반사’
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유도매체(계속)
 전파 방식(Propagation Model)
 현재 기술은 광채널을 따라 빛의 전달을 위해 2개의 모델을 지
원한다.
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유도매체(계속)
 다중모드(Multimode) – Step index
 여러 개의 광원이 서로 다른 경로로 코어를 통해 다중 빔이 전달
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유도매체(계속)
 다중모드(Multimode) – graded-index
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유도매체(계속)
 단일 모드(Single Mode)
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유도매체(계속)
 광케이블 크기
Fiber Type
62.5/125
50/125
100/140
8.3/125
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Core(microns)
Cladding(microns)
62.5
50
100
8.3
125
125
140
125
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유도매체(계속)
 케이블의 구성
 유리나 프라스틱 재료 사용
 내부코어는 크기와 정밀도가 완전해야 하며 순도가 높아야
한다
 외부자켓은 테프론 코팅, 프라스틱 코팅, 섬유질 프라스틱, 금
속성 망으로 되어있다.
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유도매체(계속)
 광 케이블의 광원
 LED(Light-Emitting Diode) : 짧은 거리
 ILD(Injection Laser Diode) : 긴 거리
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유도매체(계속)
 광 섬유 커넥터
 케이블처럼 정밀해야 한다
 많이 사용되는 커넥터는 원통형이며 암/수 커넥터로 되어있다
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유도매체(계속)
 광케이블의 장점
 잡음에 대한 저항력
 낮은 신호 감쇠
 높은 대역폭
 광케이블의 단점
 가격이 비싸다
 설치와 관리 어려움
 깨지기 쉽다
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7.2 비유도 매체(Unguided media)
 무선 매체
 신호는 공기를 통하여 브로드 캐스트
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비유도 매체(계속)
 무선 주파수(Radio Frequency)
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비유도 매체(계속)
 무선파의 전파
 전파 유형
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비유도 매체(계속)
 전파 유형
 지표면 전파
 대기권의 낮은 부분을 통하여 전달
 대류권 전파
 2가지 방법이 있는 데
안테나에서 안테나로 전파
대기권의 높은 층으로 각도를 주어 방송하여 반사되게 한다
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비유도 매체(계속)
 전리층(Ionosphere) 전파
 높은 주파수 무선파를 전리층으로 방출하면 지구로 반사되어 돌
아온다.
 가시선(Line-of-Sight) 전파
 안테나에서 안테나로 높은 주파수 신호를 전파
 우주공간 전파
 우주공간의 인공위성을 이용하여 중계
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비유도 매체(계속)
 특정 신호 전파
 무선 전송에서 사용되는 전파 유형은 신호의 주파수(속도)에
따라 다르다
 VLF(Very Low Frequency)
 지표면으로 공기를 통해 전달, 때때로 바다물을 통해 전달
 장거리 무선 항법 장치 또는 잠수함 통신에 이용
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비유도 매체(계속)
 LF(Low Frequency)
 표면파로서 전달
 장거리 무선 항해와 무선 등대 또는 항해 위치 확인기에 이용
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비유도 매체(계속)
 MF(Middle Frequency)
 대류권내에서 전달
 전리층에 의해 흡수
 AM 라디오, 해상 라디오, 무선 방향 탐지(RDF: radio direction
finding), 긴급 구조 주파수
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비유도 매체(계속)
 HF(High-Frequency)
 전리층 전달을 이용
 아마추어 무선(ham radio), CB(Citizen’s band) 라디오, 국제 방
송, 원거리 항공 항해 통신, 전화, 전신, 팩시밀리를 포함한 HF
신호에 사용
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비유도 매체(계속)
 VHF(Most Very High Frequency)
 가시선 전파 사용
 VHF 텔레비젼, FM 라디오, 항공 AM 라디오, 항공 항법에 사용
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비유도 매체(계속)
 UHF(UltraHigh Frequency)
 가시선 전파 사용
 UHF 텔레비젼, 이동 전화, 셀룰라 폰, 무선호출기, 마이크로
파 링크에 사용
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비유도 매체(계속)
 SHF(SuperHigh Frequency)
 대부분의 가시선과 우주공간 전파 사용
 육상과 인공위성 마이크로파, 레이터 통신을 포함
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비유도 매체(계속)
 EHF(Externally High Frequency)
 우주공간 전파 사용
 레이터, 인공위성, 실험용 통신에 사용
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비유도 매체(계속)
 지상 마이크로 파
 가시선 전송과 전송 및 수신장치를 요구
 가시선 신호에 의해 커버되는 거리는 안테나의 높이에
달려있다
 안테나가 높으면 도달거리도 멀어진다
 마이크로파 신호는 한번에 한 방향으로 전파되므로
양방향을 위해 두 가지 주파수가 필요
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비유도 매체(계속)
 중계기(Repeaters)
 육상 마이크로파의 도달 거리를 증가하기 위해서
안테나를 이용한 중계기 시스템 설치
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비유도 매체(계속)
 안테나(Antennas)
 2가지 종류
파라볼라 접시(Parabolic dish)
 파라볼라의 기학학에 기반을 둠
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비유도 매체(계속)
혼 안테나(Horn antenna)
 커다란 주걱과 비슷
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비유도 매체(계속)
 인공위성 통신
 지구를 공전하고 있는 인공위성에 마이크로 파를 전송
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비유도 매체(계속)
 정지 위성(Geosynchronous satellites)
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비유도 매체(계속)
 인공위성 통신을 위한 주파수 대역폭
Band
Downlink
Uplink
C
3.7 - 4.2 GHz
5.925 - 6.425 GHz
Ku
`
11.7 - 12.2 GHz
14 - 14.5 GHz
Ka
17.7 – 21 GHz
27.5 - 31GHz
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비유도 매체(계속)
 셀룰라 폰(Cellular telephony)
 두개의 움직이는 장치간 또는 하나의 움직이는 장치와 하나의
정지해 있는 장치간의 안전한 통신을 제공하도록 설계
 각 기지국은 이동전화 교환국(MTSO : Mobile Telephone
Switching Office)에 의해 제어
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비유도 매체(계속)
 셀룰라 시스템(Cellular System)
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비유도 매체(계속)
 셀룰라 대역폭
 전통적인 셀룰라 전송은 아날로그 방식으로 주파수 변환 방식
(FM) 사용
 FCC는 셀룰라 이용을 위해 두개의 대역폭을 할당
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비유도 매체(계속)
 발신
 호출자는 7 또는 10 자리(전화 번호)를 입력
 전송(send) 버튼을 누름
 이동 전화는 대역폭을 스캔하여 강한 신호를 가진 셋업 채널
을 찾는다
 기지국에 데이터(전화번호) 전달
 기지국은 MTSO에 데이터 전달
 MTSO는 전화국으로 데이터 전달
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비유도 매체(계속)
 수신
 전화국은 MTSO로 번호를 송신
 MTSO는 이동 전화의 위치를 찾는다
 이동 전화가 발견되면 MTSO는 링 신호를 전송한다
 이동 전화가 응답하면 통화를 위한 음성 채널을 할당하고 음
성 통신의 시작을 허가한다
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비유도 매체(계속)
 핸드오프(Handoff): 핸드오버(Hand over)
 이동전화가 통화 중에 한 셀에서 다른 셀로 이동
 신호가 약해진다
 MTSO는 매번 수초동안 신호의 레벨을 모니터
 MTSO는 양질의 통신을 제공하는 새로운 셀을 찾는다
 핸드오프는 사용자가 느끼지 못하는 시간에 자연스럽게 수행
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비유도 매체(계속)
 Digital
 셀방식 디지털 패킷 데이터 서비스
 Integration with Satellites and PCs
 개인이동통신 : 셀방식 전화와 개인 컴퓨터 연결
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7.3 전송 장애
 신호가 매체를 통해 전송되는 동안에 장애가
발생할 수 있다.
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전송 장애(계속)
 감쇠(attenuation)
 에너지 손실
 손실을 줄이기 위해 증폭기(amplifier)사용
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전송 장애(계속)
 데시벨(dB: decibel)
 2 개의 서로 다른 점에서 신호간의 상대적인 길이 측정
 신호가 감쇠되면 음수, 증폭되면 양수
 dB : 10log10(P2/P1)
 P1, P2 : 점1과 점2에서의 신호의 전력
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전송 장애(계속)
 예 7.1
신호가 전송매체를 통해 이동하는 동안 전력이 반으로
줄었다. 즉 P2 = (1/2)P1이다. 이때의 감쇠는?
 10log10(P2/P1) = 10log10(0.5P1/P1) = 10log10(0.5)
= 10(-0.3) = -3 dB
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전송 장애(계속)
 예 7.2
신호가 증폭기를 통하여 전력이 10배 늘었다고
하자. 즉 P2 = 10 X P1이다. 이때의 증폭은?
 10log10(P2/P1) = 10log10(10P1/P2) = 10log10(10) =
10(1) = 10 dB
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전송 장애(계속)
 예 7.3
dB = – 3 + 7 –3 = +1
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전송 장애(계속)
 일그러짐(Distortion)
 신호의 모양이나 형태 변화해 반대되는 신호를 발생하거나 다
른 주파수의 신호를 만듬
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전송 장애(계속)
 잡음(noise)
 열 잡음, 유도선 잡음, 혼선, 충격 잡음
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7.4 성능
※처리량(throughput), 전파속도(propagation speed),
전파시간(propagation time) 사용
 처리량(Throughput)
 어떤 지점을 데이터가 얼마나 빠르게 지나가는가 측정
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성능(계속)
 전파속도(propagation speed)
 신호가 매체를 통해 1초 동안 이동할 수 있는 거리 측정
 예 : 빛 – 3X108m/s (진공에서)
 전파시간(propagation time)
 신호가 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는데 요구되는 시간
 전파시간 = 거리 / 전파속도
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성능(계속)
 전파시간
 예 : 킬로미터로 표준화된 꼬임 쌍선의 전파시간
전파시간 = 1000m/(3X108 m/s) = 3.33 X 10-6 s/m = 3.33㎲/㎞
 예 : 동축 케이블과 광케이블
전파시간 = 1000m/(2X108 m/s) = 5 X 10-6 s/m = 5 ㎲/㎞
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7.5 파장(Wavelength)
 단순 신호가 한 주기에서 이동할 수 있는 거리
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파장(Wavelength)
 파장은 전파속도와 신호의 주기를 이용하여 계산
 파장 = 전파속도 X 주기
 파장 = 전파속도 X (1/주파수) = 전파속도 / 주파수
 파장 : λ , 전파속도 : c , 주파수 : f
 λ= c/ f
 파장은 마이크로 미터(미크론) 단위 측정
 예 : 공기중의 붉은 빛의 파장 (주파수=4X1014)
 λ = c/f = (3X108) / (4X1014) = 0.75 X 10-6m = 0.75㎛
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7.6 샤논 용량
 1944년에 소개된 채널에 대한 최고 데이터 전송률
(Shannon 정리)
C = B log2(1+S/N)
 B:채널 대역폭, S/N:신호 대 잡음 비율, C:bps 단위 채널 용량
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샤논 용량 (계속)
 예 7.4
신호 대 잡음 비율이 거의 0인 채널에 대한 용량
C = B log2(1+S/N) = B log2(1+0) = Blog2(1) = B X 0 = 0
※ 이 채널로는 데이터를 보낼 수 없다. (잡음이 너무 커서)
 예 7.5
전화선의 최고 데이터 전송률은?
대역폭 : 3000Hz, 신호 대 잡음비율 : 3162(35dB)
C = Blog2(1+S/N) = 3000log2(1+3162) = 3000log2(3163)
= 3000X11.62 = 34,860 bps
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70
7.7 매체의 비교
Medium
Cost
Speed
Attenuation
EMI
Security
UTP
Low
1 - 100 Mbps
High
High
Low
STP
Moderate
1 - 150 Mbps
High
Moderate
Low
Coax
Moderate
1 Mbps - 1 Gbps
Moderate
Moderate
Low
Optical fiber
High
10 Mbps - 2 Gbps
Low
Low
High
Radio
Moderate
1 - 10 Mbps
Low-high
High
Low
Microwave
High
1 Mbps - 10 Gbps
Variable
High
Moderate
Satellite
High
1 Mbps - 10 Gbps
Variable
High
Moderate
Cellular
High
9.6 - 19.2 Kbps
Low
Moderate
Low
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71
7.8 요약
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