Transcript 전송 매체
정보통신일반 (2) 차례 제2장 전송 신호와 전송매체 신호 전송 신호 전송신호와 전송매체 채널용량 신호 전자기파 전파의 원리 중요성 전파됨 에너지 함유 cf. 음파 신호의 표현 사인파 사인파의 도출 a A sin( ) 신호의 표현 사인파의 표현(Fourier’s Series) S (t ) A sin( 2f t ) A: 진폭(Amplitude), 신호의 강도 f: 주파수(Frequency), 초당 사이클의 반복비율 : 위상(Phase), 신호주기상의 시간 경과에 따르는 위치 T: 주기(Period), 파장(Wavelength), 주파수가 한번 반복되는데 걸리는 시간, T=1/f 푸리에 정리: 모든 주기신호는 기준주파수를 갖는 파형과 기준주파수의 정수배를 갖는 파형들의 합으로 표현됨 신호의 표현(2) 대역, 대역폭, 여과 대역: 주파수요소가 값을 갖는 범위 다른 조건이 같을때 대역폭이 2배이면 데이터 전송률이 2배가 됨(넓은 대역폭은 고품질 통신서비스를 위한 필요조건) 여과 특정범위 주파수요소만을 선택/배제하는 과정 low pass, high pass, band pass, band reject 전송신호 정보 전송 전송매체를 통하여 전자기 신호(Electromagnetic Signal)로 전송한다. 전자기 신호 정보 송수신기 송수신기 정보 송수신기 송수신기 전송매체 전자기 신호(Electronic Signal) 정보전송을 위한 전자기적 형태(Analog/Digital) Analog Signal 음성, 화상 등의 Continuous Signal Digital Signal 문자열, 정수 등의 불연속적인 즉 Discrete signal 전송신호 진폭 (a) 연속적 신호 (아날로그 신호) 시간 진폭 (b) 이산적 신호 (디지털 신호) 시간 전송신호 주기 신호(Periodic Signal) 시간이 지남에 따라 같은 형태가 되풀이 되는 단순신호 Ex) 정현파(Sine Wave), 구형파(Square Wave) 진폭 A 시간 -A 주기(T) 1/f1 (a) 정현파 진폭 A 시간 -A 주기(T) 1/f1 (b) 구형파 전송신호 정현파의 표시(Fourier’s Series) S(t)=Asin(2πft+φ) A : 진폭(Amplitude), F : 주파수(Frequency), φ: 위상(Phase) 구형파는 다른 진폭의 정현파 합성으로 생성가능 1 S (t ) A sin( 2kf1 ) k 1 k 진폭(Amplitude : A) : 신호의 강도 주파수(Frequency : f) : 초당 사이클의 반복 비율 주기(Period :T) : 주파수가 한번 반복하는데 걸리는 시간 위상(Phase :φ) : 신호 주기상에서 시간 경과에 따르는 위치 전송신호 신호의 성분 : Asin(2πft+φ) (a) A = 1, f = 1, = 0 (b) A = 1/2, f = 1, = 0 (c) A = 1, f = 2, = 0 (d) A = 1, f = 1, = /2 전송신호 신호의 합성 (a) sin (2f1t) (b) 1/3 sin (2(3f1)t) (c) 1/5 sin (2(5f1)t) (d) sin (2f1t) + 1/3 sin (2(3f1)t) + 1/5 sin (2(5f1)t) 전송신호 신호의 합성 스펙트럼(Spectrum) : 신호 주파수의 범위 대역폭(Bandwidth) : 스펙트럼의 넓이 신호에서 Spectrum : f1 – 5 f1 Bandwidth : 4f1 전송신호 대역폭의 영향 대역폭이 클수록 digital pulse가 분명, 전송량 많아짐 예외 조건이 같은 경우 : 대역폭 2배 = 전송률 2배 [전송전의 펄스] 0 1 0 0 0 0 1 0 0 비트율 2000bps [전송후의 펄스] 대역폭 500Hz 900Hz 1300Hz 1700Hz 2500Hz 4000Hz 전송신호 Analog Data 음성, 화상 등의 연속적인 신호 값 4,000Hz 3,400Hz 이 그림은 음악이나 연설에서의 소리의 크기와 높낮이에 따른 아날로그 신호의 진폭과 주파수의 변화를 보여 준다. TV 방송을 전송하는데도 유사한 신호가 쓰인다. 단지 높은 주파수가 쓰인다는 점이 다르다. 300Hz 0Hz 인간의 음성은 대개 300~3400Hz 범위 내에 있다. 전화 설비는 간섭을 방지하기 위해 위쪽과 아래쪽에 설정하 는 보호 밴드를 포함하여 4000Hz의 음성 대역폭을 갖 는다. 또 TV의 영상 신호는 이 보다 높은 4백만Hz의 대 역폭을 필요로 한다. 전송신호 Digital Data 문자열 정수 등의 불연속적인 신호 값 +10 V -10 V 1 0 0 1 1 0 1 · 터미널에 입력한 데이터는 이진수(1과 0)의 흐름으로 전환된다. · 전형적인 디지털 신호의 그래프에서 이진수 1은 +10V로 표현되고, 이진수 0은 -10V로 표현된다. · 각 비트의 지속시간은 1ms이고, 데이터 전송속도는 1000bps이다. 전송신호 Example of Digital Data 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 이미지 코드 전송신호 Code 컴퓨터를 이용하여 정보를 처리하기 위한 도형 문자, 제어문자를 숫자로 표현 7비트의 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 1963년에 최초 개발되어 표준 부호로 사용 비 IBM 계열에서 주로 사용 8비트의 EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) IBM 계열에서 주로 사용 전송 손상과 채널 용량 신호 손상(Signal Impairments) 송신한 신호와 수신한 신호가 주변 요인으로 인하여 달라지는 현상 손상의 원인 신호의 질을 떨어뜨림 주변 환경이나 통신 시스템의 불량으로 인해 발생 손상 결과 아날로그 신호 : 신호의 질을 떨어지게 함 디지털 신호 : 비트 에러 유발 전송 손상과 채널 용량 손상의 예 송신할 데이터 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 수신된 데이터 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 원래의 데이터 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 신호 잡음 잡음 섞인 신호 추출 시간 에러가 난 비트 전송 손상과 채널 용량 손상의 종류 감쇠현상(Attenuation) 감쇠 왜곡 현상(Attenuation Distortion) 주파수에 따라 감쇠가 다른 현상] 지연 왜곡(Delay Distortion) 신호가 매체를 통해 진행될 때 거리가 멀어질수록 점차 약해지는 현상 도파 매체를 통해 전달되는 신호의 전파속도가 주파수에 따라 달라지는 현상 잡음(Noise) 전송 중에 원하지 않는 신호가 발생 전송 손상과 채널 용량 잡음(Noise) 전송 중에 원하지 않는 신호가 발생 열 잡음(Thermal Noise), 백색 잡음 상호변조 잡음(Intermodulation Noise) 주위의 다른 주파수로 인한 잡음 혼선(Crosstalk), 누화 주위의 온도로 인해 발생하는 전자의 진동으로 인한 잡음 주위의 케이블에 흐르는 다른 신호가 실리는 잡음 충격성 잡음(Impulse Noise) 번개, 통신 시스템의 물리적 불량 등으로 인한 잡음 전송 손상과 채널 용량 채널 용량(Channel Capacity) : Shannon’s Law S C W log 2 (1 ) N C : 채널용량(bps), W : 대역폭(Hz), S/N : 신호 대 잡음 비 데이터 전송속도 변조 속도 1초당 변조의 속도, 단위 : baud(보오) 대역폭(Bandwidth) 1초당 전송할 수 있는 비트의 수, 단위 : bps(bit per second) 전송 장비나 매체의 특성에 의해 제한되는 신호의 폭 초당 사이클의 수, 단위 : Hz 잡음율(Noise Rate) : 통신 경로상의 잡음의 평균수준 에러율(Error Rate) : 잘못 전달되는 비트의 비율 From other sources Source bits Information source Source encode Format Channel bits Encrypt Channel encode Modulate Multiplex Frequency spread Muleiple access X M T si(t) Digital input mi Bit stream Synchroniza tion C h a n n e l Digital waveform Digital output m^ i s^i(t) Information sink Format Source decode Decrypt Channel decode Demultiplex Demodul ate Channel bits Source bits To other destination Frequency despread Muleiple access R C V Shannon의 통신 모델 Á¤º¸¿ø ºÎÈ£±â Åë½Å·Î º¹È£±â ¼ö½Å±â ÀâÀ½ ① 정보원(information source) 전송해야 할 정보가 발생하는 원(source)이다. ② 부호기(coder or transmitter) 메시지를 통신로를 통하여 전송하기에 알맞은 형태로 변환하여 송신하는 장치를 말한다. ③ 통신로(communication channel) 정보원으로부터의 메시지를 수신자에게 전달하는 구체적인 정보전송 매체를 의미한다. 그러나 일반적으로 정보원으로부터 메시지를 그대로는 통신로에 의해 운반할 수가 없다. ④ 복호기(decoder) 통신로를 통해서 전송되어 온 신호로부터 메시지를 복원하는 일을 하는데 간단히 말하면 부호기의 반대의 기능을 하는 것이다. ⑤ 수신자(destination) 메시지를 수신해야 하는 사람 혹은 기계를 말한다. ⑥ 잡음(noise) 전송매체 전송매체 Transmission media 유도매체 비유도매체 Guided media Unguided media 전송매체(계속) 유도매체 전송매체(계속) 꼬임쌍선 케이블(twisted-pair cable) 꼬임쌍선 케이블 Twisted-Pair Cable 비차폐 꼬임쌍선 케이블 차폐 꼬임쌍선 케이블 Unshielded Twisted-Pair Cable Shielded Twisted-Pair Cable 전송매체(계속) 비차폐 꼬임쌍선 케이블(UTP) 통신매체로서 가장 많이 사용 케이블의 주파수는 음성 및 데이터 전송에 적합 전송매체(계속) 5개의 비차폐 꼬임쌍선으로 된 케이블 전송매체(계속) UTP 케이블 등급 EIA에서 품질에 따라 등급을 규정하는 표준개발 범주 1(Category 1) : 전화시스템에 사용 범주 2(Category 2) : 4MHZ까지 요구되는 디지털 데이터와 음성 전송 범주 3(Category 3) : 16MHZ에서 요구되는 데이터 전송 범주 4(Category 4) : 20MHZ에서 요구되는 데이터 전송 범주 5(Category 5) : 100MHZ에서 요구되는 데이터 전송 전송매체(계속) 차폐 꼬임쌍선 케이블(STP) 각 절연 도선쌍을 덮고있는 금속박이나 망사형 피복 전자기적인 잡음의 침투 예방 UTP보다 가격이 비싸다 전송매체(계속) 동축케이블 원통형 중심 도선(내부 절연체) 금속박, 꼬인 끈 등으로 된 외부 절연체 각 절연체는 외피로 보호 전체 플라스틱은 플라스틱 피복에 의해 보호 전송매체(계속) 동축케이블 원통형 중심 도선(내부 절연체) 금속박, 꼬인 끈 등으로 된 외부 절연체 각 절연체는 외피로 보호 전체 플라스틱은 플라스틱 피복에 의해 보호 전송매체(계속) 광섬유(Optical Fiber) 유리나 플라스틱으로 만들어지며 빛의 형태로 신호 전송 전송매체(계속) 광섬유 케이블 전송매체(계속) 광섬유 케이블 유형 Fiber Type Core(microns) Cladding(microns) 62.5/125 50/125 100/140 8.3/125 62.5 50 100 8.3 125 125 140 125 장점 : 잡음 저항력, 낮은 신호 감쇠, 높은 대역폭 단점 : 가격이 비싸고 설치와 유지보수가 어렵고 깨지기 쉽다 전송 매체 도파매체(Guided Media) 물리적으로 둘러싸인 경로를 따라 전달되는 매체 - 절연된 상태 - 꼬인 상태 - 케이블에 묶여 있는 상태 (a) 트위스티드 페어 케이블 외부 차폐 내부 전도체 외부 전도체 - 외부 전도체는 꼰 차폐 - 내부 전도체는 고체 금속 - 절연물에 의한 분리 - 패드로 싸여 있음 절연체 (b) 동축 케이블 클래딩 - 덮개에 의해 싸인 유리 섬유 - 특별히 설계된 재킷 플라스틱 덮개 코어 (c) 광섬유 전송 매체 도파매체(Guided Media)의 특성 트위스트 페어 케이블(Twisted Pair Cable) 두 가닥의 구리 동선 보통 사용하는 전화선 Analog/Digital 신호 전달 거리, 대역폭, 데이터 전송률에 제약점이 있고, 잡음에 약함 가격이 저렴 최대 전송 속도 : 4Mbps 대역폭 : 250 KHz 중계기 간격 : 2 – 10 Km 전송 매체 도파매체(Guided Media)의 특성 동축 케이블(Coaxial Cable) 한 개의 내부 전도체를 둘러싼 원주 모양의 외부 전도체로 구성. 장거리 전화(10,000개 음성 채널), LAN, CATV 최대 전송속도 : 500Mbps 대역폭 : 350MHz 중계기 간격 : 1-10Km 광섬유(Optical Fiber) 머리카락 굵기의 광섬유를 통해 빛 신호 전달. 아날로그 신호 전달. 1014∼1015Hz(가시광선) 주파수 사용 광원 형태는 광전 다이오드(Light Emitting Diode)와 분사 레이저 다이오드(Injection Laser Diode) 넓은 대역폭, 작은 크기, 가벼운 무게, 낮은 감쇠, 전자기적 분리, 도청이 어려움. 최대 전송속도 : 2Gbps, 대역폭 : 2GHz, 중계기 간격 : 10-100Km 전송 매체 비 도파매체(Unguided Media) 전파와 같이 유도되지 않는 매체(예. 진공, 바닷물 등) 1873년 James Clark Maxwell이 전자방사 개념 예견 1887년 Heinrich Hertz 전자파 고안 도파매체를 설치하기가 어려운 지역의 정보 전송에 주로 사용. 라디오파(Radio) 방송 무선 주파수 이용 다중 경로의 혼선 야기 3KHz~ 300GHz 마이크로파(Microwave) 2-40G㎐ 주파수 대역 장거리 전송을 위한 중계탑이 필요(10∼100Km 간격) 수신을 위한 접시 안테나 사용, Radio, TV, 장거리 전화 등 지상 마이크로파(Terrestrial Microwave)위성 마이크로파(Satellite Microwave) 전송 매체 비 도파매체(Unguided Media) 위성 마이크로파(Satellite Microwave) 정지궤도(적도 상공 35,784Km 지점)에 위성을 올려놓고 이용. 트랜스폰더(Transponder)라는 다수의 주파수 대역에서 동작 위성 간격 4/6GHz -> 4°,12/14Hz -> 3° 업링크(up link)와 다운링크(down link)는 다른 주파수 사용. 예, 4/6GHz 대역폭 -> 업링크 : 5.925∼6.425GHz 다운링크 : 3.7∼4.2GHz 12/14GHz 대역폭 -> 업링크 : 14∼14.5GHz 다운링크 : 11.7∼12.2GHz 전송 매체 위성 통신의 구성 통신위성 통신위성 다중 수신기 다중 수신기 송신기 (a) 점-대-점 링크 (b) 방송 링크 전송 매체 응용 VAST(Very Small Aperture Terminal) 시스템 전체 용량을 다수의 채널로 나누어 각 채널을 다수의 사용자에게 임대하여 값싸게 사용할 수 있는 시스템 Ku-밴드 위성 256Kbps 256Kbp s 56Kbp s 56Kbps 허브 전방처리기 호스트 컴퓨터 전송 매체 광 섬유와 위성통신의 비교 특성 광섬유 위성통신 대역폭 이론적 한계는 1THz이나, 실제는 1∼10GHz의 대역폭을 갖는다. 일반적인 트랜스폰더는 36∼72MHz의 대역폭을 갖는다. 간섭에 대한 면역성 전자기파 간섭에 강하다 마이크로파 등 여러 원인의 간섭에 약하다. 링크의 내구성 지상 회선은 번개 등에 손상을 입을 수 있다 폭풍으로 지상국 안테나가 쓸모 없게 될 수 있으나, 통신망은 손상 받지 않는다. 보안 도청이 어렵다 보안을 위해 암호화하여야 한다. 멀티포인트 능력 주로 점-대-점 연결 매체로 사용된다 점-대-멀티포인트(point-to-multipoint) 통신이 쉽게 구현된다. 유연성 변화 요구에 맞추어 재구성하기 어렵다 재구성이 용이하다. 사용자와 연결성 로컬 루프를 사용한다 12/14GHz 밴드의 사용자 안테나가 설치되면 로컬 루프가 필요 없다.