[데이터 통신] 3장 Physical Layer (물리층)

Book Title : 데이터통신과 네트워킹 5판 / Data Communications and Networking 5th
Author : Behrouz Forouzan
Publisher : McGraw-Hill College

3. physical layer

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• 물리층
• 전기적 신호를 주고받는 부분
• 책 예제 풀어보기

3.1 데이터와 신호

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아날로그와 디지털 데이터

• 아날로그
  • 연속적인 정보
• 디지털
  • 이산 값을 갖는 정보

아날로그와 디지털 신호

• 아날로그 신호
  • 무한개의 값으로 이루어짐
• 디지털 신호
  • 제한된 수의 정의된 값만 가짐

주기 신호와 비주기 신호

• 주기 신호
  • 아날로그
• 비주기 신호
  • 디지털

뒤에서 자세히

3.2 주기 아날로그 신호

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Sine Wave(정현파)

• 정현파를 나타내는 3가지 특성
  • 최대 진폭 (amplitude)
  • 주파수 (frequency)
  • 위상 (phase)
• 주기와 주파수
  • period, frequency (Hz를 사용함)
  • 주기와 주파수는 역수관계
  • 주기 * 주파수 = 1
  • 단위
    

Phase(위상)

• 각도나 라디안으로 측정
• 360도 위상이동은 한 주기만큼 이동한 것
• 어떤 정현파가 1/6 사이클 만큼 벗어나 있을 때의 위상
  

Wavelength(파장)

• 신호가 한 주기 동안 진행할 수 있는 거리이다.
• 거속시
  

시간 영역과 주파수 영역

• 시간 영역 도면
  • 시간을 고려한 신호진폭의 변화 보여줌
• 주파수 영역 도면
  • 진폭과 주파수 간의 관계를 보여줌
  • 한 주기 안에서의 진폭 변화는 못 보여줌
  • 그리기 쉽고 즉각적으로 최대 진폭을 확인할 수 있다.
    

Composite Signals(복합신호)

• 여러 개의 단순 정현파들로 만들어짐
• 주기적일 수도 있고 비주기적일 수도 있다.
• 주기 복합 신호
  • 이산 주파수를 같는 순차적 정현파들로 분해됨
    
    
• 비주기 복합 신호
  • 무한개의 연속적인 주파수를 갖는 정현파들로 분해됨
    

Bandwidth(대역폭)

• 복합 신호에 포함된 주파수 영역
• 신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수의 차이
• 라디오
  • AM (10KHz)
  • FM (200KHz) <- 품질 더 좋음

3.3 디지털 신호

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• 2개보다 더 많은 준위를 가질 수 있다.
• 8개의 준위를 가지면 각 준위가 가지는 비트 수
  

Bit Rate(비트율)

• 디지털 신호는 비주기적이므로 주기나 주파수 사용 불가
• 따라서 1초간 전송된 비트의 수를 의미하는 비트율 을 사용
• bps(bits per second)

복합 아날로그 신호로서의 디지털 신호

• 디지털 신호는 무한대 대역폭을 갖는 복합 아날로그 신호
  

디지털 신호의 전송

• 기저대역(baseband)
  • 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸지 않고 있는 그대로 채널을 통해 전송하는 것
• 저대역-통과 채널(low-pass channel)
  • 기저대역 전송을 위해서 주파수 0부터 시작하는 대역폭을 갖음
• 디지털 신호의 모양을 유지하는 기저대역 디지털 통신은 무한대 또는 매우 넓은 대역폭을 갖는 low-pass 매체를 사용해야 가능하다.
  
• 현실적으로 무한대 대역폭은 불가능하기 때문에 디지털 신호와 근사한 아날로그 신호를 사용한다.
• 전환된 아날로그 신호는 띠대역 통과 채널(bandpass channel)을 통해 전송할 수 있다.
• bandpass 채널은 주파수 대역이 0부터 시작하지 않는다.
  

3.4 전송장애

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• 감쇠(attenuation)
• 일그러짐(distortion)
• 잡음(noise)

감쇠(attenuation)

• 신호가 매체를 통해 이동할 때 발생하는 에너지 손실
• 데시벨(신호의 크기를 재는 단위) 교재 예제3.30
  
• 예제
  
• 데시벨을 사용하는 이유는 log의 특징 때문에 여러 점에 관해 계산할 때 데시벨 숫자를 더하면 되기 때문

일그러짐, 왜곡(distortion)

• 신호의 모양이나 형태가 변하는 것을 의미
• 각 신호요소별로 지연시간이 다르다면 서로 위상차가 발생해 합쳐지며 다른 위상을 갖는다.

잡음(noise)

• thermal noise, induced noise, crosstalk,
  and impulse noise
• 신호 대 잡음 비 (SNR)
  
  

3.5 데이터 전송률의 한계

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• SNR이 증가할수록 datarate가 증가하긴 하지만 log scale 형태

잡음이 있는 채널 : 섀넌 용량

• 잡음이 있는 채널에서의 최대 전송률을 결정하는 수식
  

3.6 성능

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Bandwidth(대역폭)

Throughput(처리율)

Latency, Delay(지연)

• 지연 = 전파시간 + 전송시간 + 큐 시간 + 처리시간
  • 전파시간 : 발신지로부터 목적지까지 이동하는데 소요하는 시간
  • 전송시간 = 메세지 크기 / 대역폭(datarate)
  • 메시지를 처리하기 전까지 메시시를 가지고 있는 시간

jitter

• 딜레이의 변화율
• 넘어가

요약

• analog signals, digital signals
• Preriodic(주기적), nonperiodic(비주기적)
• Sinewave(정현파)
  • frequency, period - 역수관계
  • phase
  • amplitude
  • (amplitude, phase, frequency)는 중요
• Bandwidth(datarate로 쓴다?)
• low-pass, bandpass channel
  • 채널에서 디지털 데이터를 전송할 때 datarate가 얼마나 나오는가 -> Shannon capacity(섀넌 용량)