전송 매체 ( Physical Layer and Chapter 7 물리 계층과 전송 매체 ( Physical Layer and Transmission Media ) .

Chapter 7: 목차 7.1 데이터와 신호 7.2 디지털 신호 7.3 아날로그 전송 7.4 대역폭 활용 7.5 전송 매체 7.1 데이터와 신호 7.2 디지털 신호 7.3 아날로그 전송 7.4 대역폭 활용 7.5 전송 매체 1.#

Chapter 7: 학습목표 1절에서는 데이터와 신호의 관계에 대해 논의한다. 그 후 디지털 또는 아날로그 데이터를 아날로그 또는 디지털 신호로 전환하는지 개략적으로 살펴본다. 또한 물리 채널의 성능과 수용량 등의 이슈에 대해 논의한다. 2절에서는 디지털 전송에 대해 다룬다. 디지털 또는 아날로그 데이터를 디지털 신호로 전환하는지 논의한다. 그리고 아날로그 데이터를 디지털 신호로 전환하는 법에 대해서 살펴본다. 3절에서는 아날로그 전송을 다룬다. 어떻게 디지털 데이터를 아날로그 신호로 전화하는지 논의한다. 또한 아날로그 데이터를 디지털 신호로 전환하는 법을 살펴본다. 4절에서는 가용대역폭을 어떻게 효율적으로 사용하는지를 보여준다. 독립적이지만 서로 관련이 있는 다중화와 확산에 대해 논의한다. 5절에서는 데이터와 신호 및 그들의 효율적인 사용을 논의한 이후에 본 장에서는 유도 및 비유도 매체를 통한 매체의 특성에 대해 논의한다. 전송 매체는 물리 계층 아래에서 운행하지만 물리 계층에 의해서 제어된다. 1.#

그림7.1은 이전 장에서 살펴본 것과 같은 시나리오이지만 물리 계층에서 일어나는 통신방법에 대해 보여준다. 7-1 데이터와 신호 그림7.1은 이전 장에서 살펴본 것과 같은 시나리오이지만 물리 계층에서 일어나는 통신방법에 대해 보여준다. 1.#

그림 7.1: 물리 계층에서의 통신구조 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital) 데이터는 아날로그 또는 디지털이 될 수 있다. 아날로그 데이터란 연속적인 정보를 말한다. 디지털데이터는 이산값을 갖는다. 아날로그와 디지털 신호정보와 마찬가지로 신호도 아날로그나 디지털이 될 수 있다. 아날로그 신호는 전체 시간 동안 부드럽게 변화하는 연속적인 파형이다. 반면, 디지털 신호는 이산적이며, 1,0과 같이 제한된 수의 정의된 값만을 가질 수 있다. 아날로그 신호 (Analog Signal) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 디지털 신호 (Analog Signal) 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 아날로그 신호 (Analog Signal) 시간영역과 주파수영역 복합신호 대역폭 디지털 신호 (Analog Signal) 비트율 비트길이 복합 아날로그의 신호로서의 디지털 신호 디지털 신호의 전송 기저대역 전송 광대역 전송 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.2: 아날로그 신호와 디지털 신호의 비교 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 아날로그 신호 (Analog Signal) 주기적(periodic) 주기적 아날로그 신호는 주기(period)라고 불리는 측정 가능 시간 내에 특정 패턴을 갖추며 그 이후 동일 한 주기에 동일 한 패턴이 반복 단순신호,복합신호 분류 정현파 특성 : 최대진폭(peak amplitude) : 전송하는 신호의 에너지에 비례하는 가장 큰 세기의 절대값 주파수(Frequency) : 주기는 신호가 한 사이클을 완성하는데 필요한 시간의 양 위상(phase) : 시각 0시에 대한 파형의 상대적인 위치를 기술 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.3: 정현파 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 아날로그 신호 (Analog Signal) 비주기적(nonperiodic) 비주기적 신호는 시간이 지나는 동안 반복되는 패턴이나 사이클 없이 변화. 데이터 통신에서 우리는 보통 주기적 아날로그 신호를 사용 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.4: 주파수와 주기(위상과 진폭은 동일하지만 주파수가 다른 두 신호) 사이클(cycle): 하나의 완성된 패턴 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 아날로그 신호 (Analog Signal) 시간영역과 주파수영역 정현파는 진폭, 주파수, 위상에 의해 포괄적으로 정의 시간영역 도면(time-domain plot) 정현파 사용 표현, 시간에 대한 순간적인 진폭 주파수영역(frequency-domain plot) 위상은 시간영역도표에서 명백하게 측정되지 않아 진폭과 주파수의 관계를 표현,주파수에 대한 최대 진폭 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.5: 정현파의 시간영역과 주파수영역 도면 1.#

예제 7.1 주파수영역은 우리가 두 개 이상의 정현파을 다룰 때 더욱 간편하고 쓸모가 있다. 예를 들면 그림7.6은 세 개의 정현파을 보여주는데, 각각 다른 진폭과 주파수를 가지고 있다. 각각은 주파수영역에서 새 개의 다른 뾰족점으로 표시된다. 그림 7.6: 세 정현파의 시간영역과 주파수영역 도면

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 아날로그 신호 (Analog Signal) 복합신호(composite) 단순 정현파가 한 곳에서 다른 곳으로 에너지를 전송할 때와 같은 일상에서 많이 응용. 그러나 전화를 통하여 대화를 전달할 때 하나의 정현파만을 사용한다면 아무 미 없이 아무 정보도 전송하지 못함 그래서 데이터 통신시 복합 신호를 전송 대역폭 (bandwidth) 복합 신호에 포함된 주파수영역 예를 들어, 어느 복합 신호가 주파수 1,000부터 5000까지를 포함한다면 대역폭은 5,000~10,000 또는 4,000이 된다 복합 신호의 대역폭은 신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수의 차이 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.7: 주기 및 비주기 복합 신호의 대역폭 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 디지털 신호 (Analog Signal) 데이터는 아날로그 신호 외에 디지털 신호에 의해서도 표현 디지털 신호는 두 개보다 더 많은 준위를 가짐 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 비트율 대부분의 디지털 신호는 비주기적이서 주기나 주파수를 상요할 수 없다. 주파수 대신 비트율이라는 새로운 용어가 디지털 신호를 기술하는데 사용, 비트율(bit rate)은 시간당 비트 간격의 개수 1초 동안 전송되는 비트의 수를 의미, 일반적으로 bps(bits per second)로 표현 그림 7.8: 두개의 신호 준위를 갖는 것과 네 개의 신호 준위를 갖는 두 신호 1.#

예제 7.2 텍스트 자료를 매 분당 100페이지를 다운로드 받아야 한다고 하자. 채널당 필요 대역폭은? 각 페이지는 줄당 80개의 문자로 된 24개의 줄로 되어 있다. 각 문자당 8비트를 필요로 한다고 가정하면 비트율은 다음과 같다.

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 디지털 신호 (Analog Signal) 비트 길이(bit length) 한 비트가 전송 매체를 통해 차지하는 길이 Bit length = propagation speed ⅹbit duration 복합 아날로그의 신호로서의 디지털 신호 디지털신호는 급작스러운 변화로 인해 실제로는 무한대의 주파수를 갖는 복합신호, 디지털 신호의 대역폭은 무한대 시간영역에서의 디지털신호는 수직선과 수평선으로 구성 되고 수직선은 무한대의 주파수를 의미, 수평선은 주파수 0을 의미, 주파수로 가는 것은 영역 내에 그 사이의 모든 주파수를 포함한다는 것을 의미 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.9:주기 및 비주기 디지털 신호의 시간 및 주파수 영역 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 디지털 신호 (Analog Signal) 디지털 신호의 전송 A지점에서 지점B로 어떻게 디지털 신호를 보내기 위해 기저대역 전송 또는 광대역 전송의 방식으로 디지털 신호 전송 기저대역 전송 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸지 않고 있는 그대로 채널을 통해 전송하는 방법, 주파수 0부터 시작하는 대역폭을 갖는 저대역 통과 채널(low-pass channel)이 필요, 오직 하나의 채널만을 위해 전용으로 사용되는 매체를 필요로 한다는 것을 의미 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.10:기저대역 전송 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 디지털 신호 (Analog Signal) 광대역 전송 광대역 전송 또는 변조는 디지털 신호를 전송하기 위해 아날로그 신호로 전환하는 것을 의미, 변조를 하면 띠대역 통과 채널(bandpass channel)을 사용하여 전송 이때 채널의 대역은 주파수 0부터 시작하지 않음, 이런 종류의 채널이 저대역 통과 채널보다 더 쉽게 구함 저대역 통과 채널은 낮은 주파수가 0부터 시작하는 띠대역 통과 채널이라고 볼 수 있다는 것 유의, 그림7.12는 디지털 신호의 변조를 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.11: 띠대역 통과 채널의 대역폭 1.#

7.1.1 아날로그와 디지털 (Analog and Digital)(계속) 디지털 신호 (Analog Signal) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.11: 띠대역 통과 채널에서 전송하기 위한 디지털 신호의 변조 1.#

예제 7.4 변조를 사용하는 광대역 전송의 예로는 가입자의 가정과 중앙 전화국을 연결하는 전화선을 통해 컴퓨터의 데이터를 보내는 것이 있다. 이 회선은 제한적인 대역폭(주파수0부터 4kHz)을 사용하여 음성(아날로그 신호)을 전달하기 위해 설계된 것이다. 비록 이 채널을 저대역 통과 채널로 사용할 수도 있지만 보통 띠대역 통과 채널로 취급한다. 그러한 이유 중 하나는 대역폭이 너무 협소해서 이 채널을 저대역 통과 채널로 취급하여 기저대역 전송을 하면 최대 전송률이 8kbps밖에 안되기 때문이다. 이에 대한 해법으로 채널을 띠대역 통과 채널로 보고 디지털 신호를 아날로그 신호로 전환하여 아날로그 신호를 전송하는 것이다. 수신자 쪽에는 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸는 전환기와 그 역으로 전화하는 전환기의 두 전환기를 장착할 수 있다. 이 경우의 전환기는 5장에서 논의한 바 있으며 모뎀(modem, modulator/demodulator)이라고 부른다.

예제 7.5 두 번째 예로는 디지털 휴대전화이다. 더 나은 수신을 위하여 휴대전화는 음성 신호를 디지털 신호로 바꾼다(16장 참조). 디지털 휴대전화 서비스를 제공하는 회사에 할당된 대역은 매우 넓지만 디지털 신호를 변조하지 않고 전송할 수 없다. 그 이유는 전화 거는 사람과 받는 사람 사이에서 띠대역 통과 채널만을 사용해야 하기 때문이다. 예를 들면 만일 가용대역폭 W이고 1,000쌍이 동시에 통화할 수 있다면 각 통화에 사용할 수 있는 대역폭은 W/1,000이 되어 전체가 아니라 그 중 일부가 되는 것이다. 전송 전에 디지털화된 음성을 복합 아날로그 신호로 변조해야 한다. 디지털 휴대전화는 아날로그 음성 신호를 디지털로 바꾸고 다시 띠대역 통과 채널에 보낼 아날로그 신호로 변조하는 것이다.

7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) 신호는 완전하지 못한 전송 매체를 통해 전송된다. 신호가 매체를 통해 전송도리 때 장애가 발생, 이것은 신호가 매체의 시작과 끝에서 같지 않음을 의미, 보내는 것을 그대로 받는 것이 아니라 보통 감쇠(attenuation), 일그러짐(distortion), 잡음(noise) 이라는 세가지 종류의 장애가 발생한다. 감쇠(attenuation) 일그러짐(distortion) 잡음(noise) 신호-대-잡음 비 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) 감쇠(attenuation) 에너지 손실 의미, 신호가 매체를 통해 이동할 때 매체의 저항을 이겨내기 위해서는 약간의 에너지가 손실, 그것은 전기적 신호를 운반하는 전선이 따듯하고 신호에서 일부 전기적 에너지는 열로 바뀜, 이러한 손실을 줄이기 위해 신호를 증폭시키는 증폭기 사용 신호의 손실된 길이나 획득한 길이를 보이기 위해, 공학자는 데시벨이라는 개념을 사용한다. 데시벨(dB,decibel)은 2개의 다른 점에서 두 신호 또는 하나의 신호의 상대적 길이를 측정, 데시벨은 신호가 감쇠되면 음수, 증폭되면 양수이다. dB = 10 log10( P2/ P1) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.13: 감쇠와 증폭 1.#

예제 7.6 신호가 전송 매체를 통해 이동하고 있고 전력이 반으로 줄었다고 상상해 보자. 이것은 P2=(1/2)P1을 의미한다. 이 경우 감쇠(전력손실)는 다음과 같이 계산할 수 있다. -3 dB 또는 3dB 손실이 전력의 절반을 손실한 것과 같다는 것을 알 수 있다.

7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) 일그러짐(distortion) 신호의 모양이나 형태가 변하는 것을 의미, 반대되는 신호를 발생시키거나 다른 주파수의 신호를 만듬, 각 신호 요소는 매체를 통과하면서 자신만의 전파 속도를 갖음, 그러므로 마지막 목적지에 도착 시 자신만의 지연을 갖음, 수신자에서의 신호 구성 요소는 송신자가 보낸 신호와는 다른 위상을 갖음 그림7.14는 복합 신호에 대한 일그러짐의 영향을 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.14: 일그러짐(왜곡) 1.#

7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) 잡음(noise) 잡음은 또 다른 문제 열잡음, 유도된 잡음, 혼선 그리고 충격잡음과 같은 여러 형태의 잡음은 신호를 변화 시킴 열잡음 전달자에 의해 보내진 원래의 것이 아닌 임의의 신호가 생성된 전선에 있는 전자의 임의의 움직임 유도된 잡음 : 모터나 기구와 같은 원천으로부터 발생 혼선 하나의 전선이 다른 것에 미치는 효과 하나의 전선은 안테나에 보내는 역할을 하고 다른 전선은 안테나로부터 받는 역할을 한다. 충격잡음 : 전기선에서 발생하는 스파이크나 빛을 말함 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.15: 잡음 1.#

7.1.2 전송 장애 (Transmission Impairment) 잡음(noise) 신호-대-잡음 비 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 이론적인 비트율의 한계를 알기 위해서는 잡음의 전력에 대한 신호 전력의 비를 알아야 함 우리는 평균 신호 전력과 평균 잡음 전력을 고려해야 하는데 그 이유는 이들의 전력이 시간에 따라 바뀜 그림 7.16은 SNR에 대한 개념 SNR은 실제로 원하지 않은 것(잡음)에 대한 원하는 것(신호)의 비이다. 높은 SNR은 신호가 잡음에 의해 덜 망가지는 것을 의미, 낮음 SNR은 잡음으로 신호가 더 망가진다는 것을 의미 SNRdB = 10 log10 SNR 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.16: SNR 의 두 경우 : 고 SNR과 저 SNR 1.#

7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) 매우 중요한 질문은 채널을 통해 매 초 몇 비트를 얼마나 빨리 데이터를 전송할 수 있는가 하는 것이다. 데이터 전송률은 다음의 세 요소에 의해 좌우된다. 가역대역 폭 사용 가능한 신호 준위 채널의 품질(잡음의 정도) 데이터 전송률을 계산할 수 있는 두 가지 이론적 수식이 있는데, 하나는 잡음이 없는 채널에서 사용하는 나이퀴스트(Nyquist) 수식이고 다른 하나는 잡음이 있는 채널에서 사용하는 섀논(Shannon)수식이다. 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 무잡음 채널(Noiseless Channel) : 나이퀴스트 전송률(Nyquist Bit Rate) 잡음이 있는 채널(Noisy Channel) : 섀논용량(Shannon Capacity) 두 가지 한계를 사용하기 1.#

7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) 무잡음 채널 : 나이퀴스트 전송률 잡음이 없는 채널의 경우에는 나이퀴스트 전송률(Nyquist Bit Rate)이 이론적인 최대 전송률을 정의 BitRate = 2 ⅹ B ⅹ log2L 이 수식에서 대역폭은 채널의 대역폭이고 L은 데이터를 나타내는 데 사용한 신호 준위의 개수이며 전송률은 매 초당 비트 수 신호 준위를 늘리면 시스템의 신뢰도 떨어짐 공식에 따라 대역폭이 주어지면 임의로 신호 준위의 개수를 늘려서 임의의 비트율을 달성할 수 있을 것이라 생각하지만 실질적으로 한계가 있다,신호 준위의 수를 늘리면 수신자 쪽에 부담을 주는것이 된다, 신호 준위가 단지 2개이면 수신자는 신호를 0과 1로 쉽게 구별 가능 , 신호 준위가 64개라면 수신자는 64개의 서로 다른 신호를 구별하기 위해 매우 정교해야 함 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

예제 7.7 잡음 없는 20kHz의 대역폭을 갖는 채널을 사용하여 265kbps의 속도로 데이터를 전송해야 한다. 몇 개의 신호 준위가 필요한가? 나이퀴스트 공식을 다음과 같이 사용할 수 있다. 위 계산 결과는 2의 지수승이 아니므로 신호 준위 개수를 늘이거나 줄여야 한다. 128개의 준위를 사용하면 비트율은 280kbps이다. 64개의 준위를 사용하면 비트율은 240kbps이다.

7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) 잡음이 있는 채널: 섀논용량 실제에서는 무잡음 채널은 없다. 모든 채널은 항상 잡음이 존재,1944년 글로드 섀논이 섀논용량(Shannon Capacity)이라는 잡음이 있는 채널에서의 최대 전송률을 결정하는 수식을 발표 C= B ⅹ log2 (1 + SNR) 이 식에서 대역폭은 채널의 대역폭, SNR은 신호에 대한 잡음 비율, 용량은 bps 단위의 채널 용량을 가르킴, 신호-대-잡음 비는 잡음의 전력에 대한 신호의 전력의 통계적 비율, 섀논 수식에는 신호의 준위 개수가 없다는 것에 주목, 이는 몇 개의 준위를 사용하든 채널의 전송 한계 이상의 전송률을 달성할 수는 없다는 것을 말함 이 수식은 채널의 특성을 정의하는 것이지 전송 방법을 정의하는 것은 아님 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

예제 7.8 신호-대-잡음 비의 비율값이 거의 0인, 거의 잡음에 가까운 채널을 생각해 보자. 다시 말 해, 잡음이 너무 강해서 신호가 약해진다. 이 채널에 대한 용량을 계산하면 다음과 같다. 이것은 채널의 용량이 0이다. 대역폭은 고려되지 않았다. 다른 말로 하자면 이 채널로는 어떤 데이터도 보낼 수 없다.

예제 7.9 우리는 일반 전화선의 이론적 최고 비트율을 계산할 수 있다. 일반적으로 전화선은 데이터 통신을 하기 위해 3,000Hz가 할당된 대역폭(300~3,000Hz)을 가진다. 신호-대-잡음 비는 대개 3,162이다. 이 채널을 위한 용량을 계산하면 다음과 같다. 계산 결과는 즉 전화선의 최고 비트율이 34,881 kbps라는 의미이다. 만일 이보다 더 빠르게 데이터를 보내고 싶다면, 라인의 대역폭이나 신호-대-잡음 비를 높여야 할 것이다.

7.1.3 데이터 전송률의 한계 (Data Rate Limits) 두 가지 한계를 사용하기 실제에 있어서는 어떤 신호 준위의 어떤 대역폭이 필요한지 알기 위해 두 가지 방법을 모두 사용한다. 예를 들 어 보자 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

예제 7.10 1Mhz의 대역폭을 갖는 채널이 있다. 이 채널의 SNR은 63이다. 적절한 전송률과 신호 준위는 무엇인가? 해답 우선, 상한을 구하기 위해 섀논 수식을 사용 비록 섀논 수식으로부터 6Mbps의 전송률을 구했으나 이는 상한일 뿐이다. 더 나은 성능을 위해 조금 낮은 값, 예를들어 4Mbps를 택한다. 그 이후에 신호의 준위를 구하기 위해 나이퀴스트식을 사용한다. 섀논 용량은 상한값을 알려주고 나이퀴스트 공식은 몇 개의 신호 준위가 필요한지를 알려 준다

7.1.4 성능 (Performance) 지금까지는 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 도구(신호)와 어떻게 신호가 행동하는지에 대해 논의하였다. 네트워크에서의 주용한 문제 하나는 네트워크의 성능 즉 네트워크가 얼마나 좋은가 하는 것이다. 우리는 서비스 품질, 네트워크 성능의 전반적인 측정에 대해 논의하고 자세한 내용은 8장에서 살펴본다. 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product) 파형난조(Jitter) 7.1.4 성능 (Performance)(계속) 대역폭(attenuation) 헤르쯔 단위의 대역폭(Bandwidth in Hertz) 비트율 단위의 대역폭(Bandwidth in Bits per Seconds) 관계(Relationship) 처리율(Throughput) 지연(Latency (Delay)) 대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product) 파형난조(Jitter) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.1.4 성능 (Performance)(계속) 대역폭(attenuation) 헤르쯔 단위의 대역폭(Bandwidth in Hertz) 헤르쯔(Hz)단위의 대역폭은 복합 신호에 포함된 주파수영역 또는 채널이 통과시킬 수 있는 주파수 영역을 말함 (ex 가입자 전화선의 대역폭 4kHz) 비트율 단위의 대역폭(Bandwidth in Bits per Seconds) 대역폭은 채널이나 링크 또는 심지어 네트워크가 통과시킬 수 있는 초당 비트 수를 일컫을 때가 있음 (ex 고속이더넷이 최대 100Mbps의 대역폭을 갖는다고 말함) 관계(Relationship) 기본적으로 헤르쯔 단위의 대역폭이 늘어나면 비트율 단위의 대역폭도 늘어남, 둘 사이의 관계는 기저대역전송을 하느냐 변조 전송을 하느냐에 좌우됨 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

예제 7.11 가입자 회선의 대역폭은 음성이나 데이터에 대해 4kHz이다. 이 회선을 사용하여 데이터를 전송하는 경우에는 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어 최대 56,000 bps의 전송 속도를 가질 수 있다. 전화 회사가 회선을 품질을 개선하여 8kHz까지 대역폭을 높인다면 최대 112kbps의 전송 속도를 낼 수 있다.

7.1.4 성능 (Performance)(계속) 처리율(Throughput) 지연(Latency (Delay)) 비트율 단위의 대역폭이나 처리량이 동일해 보이나 둘은 서로 다름 대역폭은 링크의 잠재 성능 측정치이며 처리량은 얼마나 빠르게 데이터를 전송할 수 있는지의 실제 전송 속도(ex 대역폭 1Mbps인 링크에 연결된 장치가 오직 200kbps의 속도로 전송) 지연(Latency (Delay)) 발신지로부터 첫 번째 비트가 목적지를 향해 떠난 후에 온전히 전체 메시지가 모두 목적지에 도착할 때까지 소요된 시간, 지연은 전파 시간, 전송 시간, 큐 시간 및 처리 시간의 네 가지 요소로 구성 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. Latency = propagation delay + transmission delay + queuing delay + processing delay. 1.#

대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product) 7.1.4 성능 (Performance)(계속) 대역폭-지연 곱(Bandwidth-Delay Product) 대역폭과 지연은 링크의 두 가지 성능 지표임, 데이터 통신에 있어서 매우 중요한 것은 이 두 요소의 곱인 대역폭-지연 곱, 이에 대해 두 가지 예를 보자 (그림 7.17) 첫 번째의 경우 대역폭이 1 bps(실제적이지 않지만 설명의 목적으로 사용)의 링크가 있다고 가정 링크의 지연 시간이 5초라 가정, 대역폭-지연 곱이 이 경우에 무엇을 의미하는지 알아보자 그림 7.17의 cas1 을 보면 이 곱인 1*5는 링크를 채울 수 있는 최대의 비트 개수인 것을 볼 수 있음 이 예제에서 링크에는 5개보다 많은 비트가 존재할 수 없음 두 번째의 경우 이제 대역폭이 4bps인 링크를 가정, 그림7.17의 case 2에서는 최대 4 ⅹ 5 = 20개의 비트가 회선에 있을 수 있다는 것을 보여줌 그 이유는 매 초 4개의 비트가 회선에 있게 되며 각 비트 시간은 0.25초이기 때문 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.17: 첫 번째, 두 번째 경우에서의 링크를 비트로 채우기 1.#

예제 7.12 링크를 두 지점을 연결한 파이프로 볼 수 있다. 파이프의 단면은 대역폭이고 파이프의 길이는 지연을 나타낸다고 볼 수 있다. 그림 7.18에서 보듯이 파이프의 부피는 대역폭-지연 곱이다. 그림 7.18: 대역폭-지연 곱의 개념

7.1.4 성능 (Performance)(계속) 파형난조(Jitter) 지연과 연관된 또 다른 성능은 파형난조(jitter) 난조는 서로 다른 데이터 패킷이 서로 다른 지연 신간을 갖게 되어 생기며 수신자 쪽의 음성이나 화상처럼 시간에 민감한 응용 시스템이 겪는 문제 ex)첫 번째 패킷이 지연이 20ms 이고 두 번째 것은 45ms이고 세 번째 것은 40ms라면 이 패킷들은 사용하는 실시간 응용은 난조를 겪음 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7-2 디지털 전송 컴퓨터 네트워크는 네트워크 안의 한 지점으로부터 다른 지점으로 정보를 전송하기 위해 설계, 네트워크 설계시 정보를 디지털 신호로 바꿀 것인지 아날로그 신호로 바꿀 것인지 두 가지 중 하나를 선택 가능, 본 장에서는 디지털 신호를 사용하는 것에 대해 논의 기술방식에는 디지털-대-디지털 변환 방식과 아날로그-대-디지털 변환(analog-to-digital convension)을 이용해야 함 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 이 절에서는 디지털 데이터를 어떻게 디지털 신호로 나타내는지를 알아본다. 변환에는 세 가지 기술이 있다. 회선 코딩, 블록 코딩 및 뒤섞기가 그것이다. 회선 코딩은 항상 필요하며, 블록 코딩이나 뒤섞기는 필요할 수도 아닐 수도 있다. 회선 코딩(Line Coding) 극형 양극형 다준위방식 블록 코딩(Block Coding) 4B/5B 코딩 8B/10B 코딩 뒤섞기(Scrambling) B8ZS 코딩 HDB3 코딩 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 회선 코딩(Line Coding) 일련의 비트인 이진 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업 회선 코딩의 용어 정의 N : 데이터 전송률(데이터율, 비트율), 1초당 전송된 데이터 요소의 개수 bps : 초 당 비트수 r : 매 신호 요소당 전송되는 데이터 요소의 개수를 나타냄 S: 신호 전송률(신호율), 1초당 전송된 신호 요소의 개수 데이터율과 신호율 사이의 관계는 다음과 같이 나타냄 Save = c ⅹNⅹ (1/r) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.19: 회선 부호화와 복호화 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 회선 코딩(Line Coding) 극형 ` 극형 부호화 방법(polar schemes)은 양과 음의 두 가지 전압 준위를 같이 사용 비영복귀(NRZ, non-return-to-zero) NRZ-L, NRZ-I 준위 신호 사용 RZ(Return-to-zero) 신호의 변화가 한 비트 구간 발생 맨체스터(Manchester) RZ, NRZ-L 결합 차분 맨체스터(Differ-ential Manchester) RZ, NRZ-I 결합 그림 7.20: 극형 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 회선 코딩(Line Coding) 양극형 다준위 2진수라고 불리는 양극형 부호화 방법(bipolar schemes)은 양,음 및 영의 세 가지 전압 준위를 사용, 흔히 사용되는 양극형 부호화는 양극 AMI라 하고 AMI 부호화를 변형한 것이 가삼진수(pseudoternary)라 함 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.21: 양극형 방식:AMI 및 가삼진 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 회선 코딩(Line Coding) 다준위 방식 ` 데이터 율을 증가시키려는 노력 또는 대역폭 요구량을 줄이려는 노력으로 인해 많은 다른 부호화 방식 생성함, 목표는 n개의 신호 요소패턴을 사용하여 m개의 데이터 요소의 패턴을 표현함으로써 단위 보호당 비트 수를 증가, 그림 7.22는 2B1Q, 8B6T 신호의 예 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.22: 다준위: 2B1Q와 8B6T 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 블록 코딩(Block Coding) mB/nB 부호화라 불리며, 동기화, 오류 탐지를 확보하기 위해 여분의 비트가 필요 시 사용하며 블록 코딩의/표시를 사용하여 블록 코딩이/표시가 없는 다중회선 코딩이 아닌 것을 나타냄, 블록코딩은 보통 나누기, 대치, 조합의 세 단계로 구성 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.23: 블록 부호화 개념 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 블록 코딩(Block Coding) 4B/5B 코딩 4이진/5이진(4B/5B) 코딩은 NRZ-I와 혼합하여 사용하기 위해 고안 NRZ-I 는 이상(biphase)의 신호율의 절반 좋은 신호율 갖지만 동기화문제 NRZ-I 방식으로 변환전 연속된 0이 생기지 않도록 비트 스트림 변경 4B/5B에서 데이터의 각 4비트를 5비트 코드로 변경 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.24: NRZ-I 회선 부호화 방식과 함께 4B5B 블록 부호화를 사용하기 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 블록 코딩(Block Coding) 8B/10B 코딩(Eight binary/ten binary) 8비트 그룹이 10비트 그룹으로 바뀌는 것을 제외하고 4B/5B 부호화 와 유사 오류 탐지 우수 그림 7.25에서 보듯이 8B/10B 부호화는 5B/6B와 3B/4B 결합 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.25: 8B/10B 블록 부호화 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 뒤섞기(Scrambling) 연속된 0들을 동기화를 제공하기 위해 다른 준위 신호들로 조합된 신호로 바꾸는 방식을 찾는 것, 그림 7.26에 보인 것과 같이 AMI규칙에 뒤섞기를 포함 블록코딩과 달리 뒤섞기는 부호화와 동시에 이루어짐, 시스템이 정해진 뒤섞기 규칙에 따라 필요한 비트들을 삽입, 흔히 사용하는 두 가지 기법은 B8ZS,HDB3가 존재 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.25: 8B/10B 블록 부호화 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 뒤섞기(Scrambling) B8ZS 양극 8영 대치(B8ZS,Bipolar with 8 zero substitution)는 북미에서 흔히 사용 8개의 연속된 0준위 전압이 000VB0VB의 신호로 대치 비트율을 바꾸지 않는 기법, 음 준위와 양 준위의 균형을 이루는데, 이는 직류 성분의 균형이 유지된다는 것을 말함 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.27: B8ZS 뒤섞기를 사용한 두 경우 1.#

7.2.1 디지털-대-디지털 변환 (Digital to Digital conversion) (계속) 뒤섞기(Scrambling) HDB3 고밀도 양극 3영(HDB3, high-density bipolar 3-zero)은 흔히 북미 이외의 지역에서 사용 B8ZS보다 보수적인 이 기법에서는 4개의 연속된 0이 000V나 B00V로 대치 두 가진 다른 대치를 사용하는 이유는 대치 이후에 짝수 개의 0이 아닌 준위의 개수를 유지하기 위한 것 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.28: HDB3 뒤섞기의 다른 경우 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환 7.2.1절에서 논의한 기법은 디지털 데이터를 디지털 신호로 바꾸는데 사용 그러나 종종 우리의 데이터는 오디와 같이 아날로그이다. 예를 들면 음성이나, 음악은 본래 아날로그여서 음성이나 비디오를 녹화하는 것은 전기 신호를 만들어내는 것이다. 요즈음의 추세는 아날로그 신호에 비해 디지털 신호가 우수하여 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 추세 이 절에서는 두 가지 기법을 논의, 이는 펄스 코드 변조와 델타변조, 디지털 데이터를 만든 이후에는 디지털 데이터를 디지털 신호로 전환하기 위해 이전 절에서 논의 한 기법 중 하나를 사용 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation) 샘플링률(Sampling) 계수화(Quantization) 부호화(Encoding) 원래 신호의 복구(Original Signal Recovery) PCM 대역폭(PCM Bandwidth) 델타 변조(Delta Modulation ) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation) 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸기(DIGITIZATION) 위해 가장 널리 사용되는 기법 그림 7.29에 보인 것처럼 3개의 프로세스로 구성 1. 아날로그 신호를 샘플링 2. 샘플링된 신호를 계수화 3. 계수화된 값을 비트 스트림으로 부호화 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.29: PCM 부호기의 요소 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation) 샘플링률(Sampling) PCM의 첫 단계, 샘플링 주기의 역은 샘플링률(sampling rate) 또는 샘플링 주파수(sampling frequency)라고 하며 fs로 표시 표본 샘플링률(Sampling) 원래 신호가 갖는 최대 주파수의 최소한 두 배가 되어야 함 그림 7.30: PCM 의 세 가지 다른 표본 샘플링 방법 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.31: 저대역 통과 및 띠대역 통과 신호의 나이퀴스트 표본 샘플링률 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation) 계수화(Quantization) 샘플링 결과로 얻는 것은 신호의 최대진폭과 최소진폭 사이의 값을 갖는 일련의 진폭값, 그 진폭의 값들은 최소값과 최대값 사이의 정수가 아닌 어떤 값을 갖는 무한 집합의 수가 됨 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.32: 샘플링된 신호의 계수화와 부호화 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation) 부호화(Encoding) PCM의 마지막 단계, 각 표본이 계수화되고 표본 당 비트 수가 정해진 이후 에는 각 표본이 nb – 비트의 부호로 변경 Bit rate = sampling rate ⅹ number of bits per sample = fsⅹnb 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.33: PCM 복호기의 요소 1.#

예제 7.13 사람의 목소리를 디지털화하고자 한다. 표본당 8비트라고 가정했을 때, 비트율은 얼마인가? 해답 인간의 목소리는 보통 0에서 4,000Hz 사이의 주파수를 갖는다. 그러므로 비트율은 다음과 같이 계산됨

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다.   네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.34: 델타 변조 절차 1.#

7.2.2 아날로그-대-디지털 변환(계속) 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation) PCM 대역폭(PCM Bandwidth) 델타 변조(Delta Modulation ) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7-3 아날로그 전송 디지털 전송은 매우 바람직하지만 매우 큰 대역폭의 낮은 대역 통과 채널이 필요, 특성상 띠대역 통과 채널인 경우에는 아날로그 전송 방식이 유일, 디지털 데이터를 낮은 대역 통과 아날로그 신호로 전환하는 것을 통상 디지털-대-아날로그 전환이라 하며, 낮은 대역 통과 아날로그 신호를 띠대역 통과 아날로그 신호로 전화는 것을 통상 아날로그-대-아날로그 전환이라 함 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 진폭편이 변조(Amplitude Shift Keying) 이진 ASK(BASK) 다준위 ASK 이진 FSK(BFSK) 다준위 FSK 위상편이변조(Phase Shift Keying) 이진 PSK(PBSK) 구상 PSK 성운 그림 구상진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation) QAM의 대역폭 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 디지털-대-아날로그 전환(Digital-to-analog conversion)은 디지털 데이터의 정보에 기반을 두어 아날로그 신호의 특성을 변경, 그림 7.35는 디지털 정보, 디지털 대 아날로그 부호화 하드웨어, 그리고 결과인 아날로그 신호 사이의 관계를 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.35: 디지털-대-아날로그 전환 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 진폭편이 변조(Amplitude Shift Keying) 진폭편이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying)에서는 신호 요소를 만들어 내기 위해 반송파의 진폭을 변경, 주파수와 위상은 진폭이 변화하는 동안에도 일정하게 유지 이진 ASK(BASK) 보통 두 개의 준위를 사용하여 ASK를 구현(이진 진폭편이 변조 또는 온-오프 편이(OOK, on-off keying)이라 함, 한 신호의 최고 진폭은 0이고 다른 신호의 진폭은 반송파의 진폭임 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.36: 이진 진폭편이 변조 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 진폭편이 변조(Amplitude Shift Keying) 다준위 ASK 두 개 이상의 진폭만을 사용하는 준위 이진 FSK (BFSK) 이진 FSK를 보는 한 가지 방법은 두 개의 반송파를 생각 다준위 FSK 두 개 이상의 주파수를 사용 가능 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.36 : 이진 주파수편이 변조 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다.   네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.38 : 이진 위상편이 변조 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 위상편이변조(Phase Shift Keying) 성운 그림 성운 그림(constellation diagram)은 특히 두 개의 동위상과 상이 위상의 반송파 신호를 사용하는 경우에 신호 요소의 진폭과 위상을 결정하는 데 도움 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.39 : 성운도의 개념 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 구상진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation) PSK는 위상의 작은 변화를 구분하는 장비의 능력에 의해 제한, 이 요인은 잠재적으로 비트율을 제한, 대역폭의 제한으로 ASK와 PSK를 조합하여 구상진폭 변조(QAM, quadrature amplitude modulation)가 이루어짐 QAM의 대역폭 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.39 : 성운도의 개념 1.#

7.3.1 디지털-대-아날로그 전환 (계속) 구상진폭 변조(Quadrature Amplitude Modulation) PSK는 위상의 작은 변화를 구분하는 장비의 능력에 의해 제한, 이 요인은 잠재적으로 비트율을 제한, 대역폭의 제한으로 ASK와 PSK를 조합하여 구상진폭 변조(QAM, quadrature amplitude modulation)가 이루어짐 QAM의 대역폭 QAM 전송에 요구되는 최소대역폭은 ASK와 PSK 전송에 요구와 동일, ASK에 비해 우수한 PSK의 장점을 QAM도 그대로 가지고 있음 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.40 : 몇몇 QAM의 성운도 1.#

7.3.2 아날로그-대-아날로그 전환 아날로그 신호의 변조 또는 아날로그-대- 아날로그 전환은 아날로그 신호로 아날로그 정보를 표현, 매체가 띠대역 통과 특성을 갖고 있거나 또는 띠대역만이 사용 가능한 경우에는 변조가 필요, 서로 다른 방송을 듣기 위해서는 이 낮은 대역 신호들을 다른 대역으로 옮겨야 함 진폭 변조(Amplitude Modulation) 주파수 변조(Frequency Modulation) 위상 변조(Phase Modulation) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.3.2 아날로그-대-아날로그 전환 (계속) 진폭 변조(Amplitude Modulation) AM(Amplitude Modulation) 전송에서는 변조 신호의 진폭변화에 따라 반송파의 진폭이 같이 바뀌는 식으로 변조 주파수 변조(Frequency Modulation) FM(Frequency Modulation)전송에서는 반송파 신호의 주파수가 변조 신호의 전압 준위 변화를 따라가도록 변조됨 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.41 : 진폭 변조 그림 7.42 : 주파수 변조 1.#

7.3.2 아날로그-대-아날로그 전환 (계속) 위상 변조(Phase Modulation) PM 전소에서는 반송파 신호의 위상이 변조 신호의 전압 준위(진폭)의 변화에 따라 변조, 반송파의 최고진폭과 주파수는 일정하게 유지되지만, 정보 신호의 진폭이 변화함에 따라 반송파의 위상이 비례하여 변함 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.43 : 펄스 변조 1.#

7-4 대역폭 활용 실생활에서 링크는 제한된 대역폭을 가짐, 경우에 따라서 몇 개의 저대역 채널을 엮어서 하나의 더 큰 대역의 채널을 생성, 확장의 목표는 프라이버시와 방해전파 방지임 1.#

7.4.1 다중화 다중화(multiplexing)는 단일 링크를 통하여 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있도록 해주는 기술, 두 장치를 연결하는 매체의 전송용량이 두 장치가 필요로 하는 전송량 보다 클 경우에는 언제든지 링크 공유 가능, 데이터통신과 전기통신이 증가함에 따라 통신량도 증가, 통신량 증가에 대처하기 위해 우리는 새로운 채널이 필요할 때마다 개별적으로 링크추가 및 링크용량 개설, 오늘날 통신 기술에는 동축 케이블이나 광섬유, 지상 마이크로파, 인공위성 마이크로파 등과 같은 고대역 매체 사용됨 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.44 : 링크를 채널로 나누기 1.#

7.4.1 다중화 (계속) FDM(Frequency-Division Multiplexing) 주파수분할 다중화(FDM, Frequency-Division Multiplexing)는 전송되어야 하는 신호들의 대역폭을 합한 것보다 링크의 대역폭이 클 때 적용할 수 있는 아날로그 기술, 그림7.45는 FDM의 개념을 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.45 : 주파수 분할 다중화 1.#

예제 7.14 음성 채널이 4kHz의 대역폭을 차지한다고 가정하자, 주파수 20kHz에서부터 32kHz에 걸친 대역폭을 사용하는 링크를 통해서 세 개의 음성 채널을 합해서 보낸다고 하자. 보호대역 없이 주파수영역에서의 형상을 보여라. 해답 그림 7.46에서와 같이 세 개의 음성 채널을 이동(변조)시킨다. 첫 번째 채널에는 20~24kHz의 대역을 사용하고, 두 번째 음성 채널에는 24~28 kHz의 대역을, 그리고 세 번째에는 28~32kHz의 대역을 사용한다. 그 후에 그림 7.46처럼 합한다. 수신측에서는 각 채널은 필터를 통하여 각자의 신호를 온전히 받는다. 첫 번째 채널은 20~24 kHz의 주파수만 통과시키고 나머지는 모두 버리는 필터를 사용한다. 두 번째 채널은 24~28 kHz의 주파수만 통과시키는 필터를, 세 번째 채널은 28~32 kHz의 주파수만을 통과시키는 필터를 각각 사용한다. 각 채널은 각 신호의 주파수가 0부터 시작하도록 이동한다. 그림 7.46 : 예제 7.14

7.4.1 다중화 (계속) 파장분할 다중화(Wavelength-Division Multiplexing) 파장분할 다중화(WDM, Wavelength-Division Multiplexing)는 광섬유의 고속 전송률이 이용하기 위해 설계, 금속 전송 매체에 비해 전송률이 높으며 다중화를 통하여 하나의 링크에 여러 회선을 연결 가능 파장분할 다중화는 다중화와 다중화 풀기가 광섬유 채널을 통해 전송된 빛 신호와 관련된다는 점을 제외하고 FDM과 개념적으로 동일, 아이디어는 다른 주파수의 다른 신호를 결합하되, 주파수가 매우 높음 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.47 : 파장분할 다중화 1.#

7.4.1 다중화 (계속) 동기 시분할 다중화(Time-Division Multiplexing) 시분할 다중화(TDM, Time-Division Multiplexing)는 링크의 높은 대역폭을 여러 연결이 공유 할 수 있도록 하는 디지털 과정, FDM에서 대역의 일부를 공유하는 대신에 시간을 공유, 그림7.48은 TDM의 개념을 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.48 : TDM 1.#

7.4.1 다중화 (계속) 동기 시분할 다중화(Time-Division Multiplexing) 동기식 TDM(Synchronous TDM) 동기식 TDM에서는 각 연결의 데이터 흐름은 각 단위별로 나뉘어 있고, 링크는 각 연결로부터 한 단위 씩 합해서 하나의 프레임 생성, 각 입력 연결로부터의 데이터 단위들은 하나의 프레임으로 모아짐 ,그림 7.49는 n이 3인 경우의 예를 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.48 : TDM 1.#

예제 7.16 전화회사들은 디지털 신호(DS) 서비스(digital signal(DS) service)라 불리는 디지털 신호의 계층구조를 통하여 TDM을 구현한다. 그림 7.51에 각 단계에서 지원되는 데이터 속도가 나타나 있다. ❑ DS-0 : 64Kbps의 단일 디지털 채널 ❑ DS-1 : 1.544Mbps 서비스 ❑ DS-2 : 6.312Mbps 서비스 ❑ DS-3 : 44.376Mbps 서비스 ❑ DS-4 : 274.176Mbps 서비스 그림 7.51 : 디지털 신호 서비스

7.4.1 다중화 (계속) 동기 시분할 다중화(Time-Division Multiplexing) 통계적 TDM(Statistical Time-Division Multiplexing) 대역폭 효율을 높이기 위해 틈새는 동적으로 할당, 입력 회선이 전송할 만한 충분한 데이터가 있는 경우에만 출력 프레임의 틈새를 할당, 통계적 다중화에서는 각 프레임의 틈새의 수는 입력 회선의 수보다 적다, 그림 7.52는 동기 및 통계적 TDM의 예를 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.48 : TDM 1.#

7.4.2 확산 대역 방식 확대 대역 방식(SS, spread spectrum)에서도 서로 다른 발신지로부터의 신호를 합하여 더 큰 대역으로 만들지만 그 목적은 다름, 확산 대역은 무선 응용(LAN과 WAN)을 위해 설계, 무선 응용에서는 모든 기지국이 공기(또는 진공)를 통신의 매체로 사용, 기지국들은 이 매체를 염탐당하지 않으면서 악의를 가진 침입자로 인해 전파 교란이 되지 않도록 하면서 이 매체를 고동으로 사용할 수 있어야 함 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.53 : 확산 대역 방식(스프레드 스펙트럼 1.#

7.4.2 확산 대역 방식(계속) 주파수 뛰기 대역 확산(Frequency Hopping Spread Spectrum) 주파수 뛰기 대역 확산(FHSS, Frequency hopping spread spectrum)기법은 발신지 신호로 변조된 M개의 서로 다른 반송파를 사용, 그림 7.54는 일반적인 FHSS의 도면임 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.54 : 주파수 뛰기 대역 확산(FHSS) 1.#

7.4.2 확산 대역 방식(계속) 주파수 뛰기 대역 확산(Frequency Hopping Spread Spectrum) 그림 7.55는 신호가 어떻게 반송파와 반송파 사이를 넘나드는지를 보여준다. 여기서는 원래 신호를 위해 필요한 대역폭이 00kHz라고 가정, 송 수신자 사이에서 비밀유지, 신호를 가로채려 한다 해도 그 패턴을 알 수 없는 장점이 있음 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.55 : FHSS 싸이클 1.#

7.4.2 확산 대역 방식(계속)   네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.56 : 대역폭 공유 1.#

7.4.2 확산 대역 방식(계속) 직접 순열 확산 방식(Direct Sequence Spread Spectrum) 직접 순열 확산 방식(DSSS, direct sequence spread spectrum) 기법은 원래 신호의 대역폭을 확산하지만 그 과정은 다름, DSSS에서는 각 데이터 비트를 확산 코드를 사용하여 n비트로 대체함, 즉 각 비트에 칩(chip)이라 불리는 n비트의 코드를 지정(칩 속도는 데이터 비율의 n배) 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.57 : DSss 1.#

7-5 전송 매체 이 장에서는 전송 매체에 대해 다룬다. 전송 매체는 실제로 물리 계층에 의해 직접 제어된다. 전송 매체는 제 0계층에 속한다고 할 수 있다. 그림 7.58은 물리 계층에 대한 전송 매체의 위치를 보여준다. 그림 7.58 : 전송 매체와 물리 계층 1.#

7.5.1 유도 매체 한 장치에서 다른 장치로 통로를 제공하는 유도 매체(guided media)에는 꼬임쌍선(twisted-pair cable), 동축 케이블(coaxial cable), 광섬유 케이블(fiber-optic cable)포함됨, 이와 같은 매체를 따라 이동하는 신호는 매체의 물리적 제한에 따라 전송방향이 설정되고 적재됨, 꼬임상선은 동축 케이블은 전류의 형태로 신호를 받고 전달하는 금속성(구리)도선을 사용하고 광섬유는 빛의 형태로 신호를 받고 전달하는 유리나 플라스틱 케이블을 사용 꼬임상선케이블(Twisted-Pair Cable) 성능 응용 동축케이블(Coaxial Cable) 광섬유케이블(Fiber-Optic Cable) 전파방식 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.5.1 유도 매체(계속) 꼬임상선케이블(Twisted-Pair Cable) 꼬임상성 케이블은 그림 7.59에 보인 것처럼 각각 자신의 플라스틱 절연체를 입히고 서로 꼬인 한 쌍의 전도체(보통 구리)로 구성 성능 꼬임쌍선의 성능을 측정하는 한 가지 방법은 주파수와 거리에 대해 감쇄현상을 비교 방법, 넓은 영역의 주파수를 통과시킬 수 있음, 그러나 그림 7.59는 주파수가 증가함에 따라 마일당 데시벨(dB/km)로 측정한 감쇄는 주파수가 100kHz가 넘어서면서 급격히 증가 응용 전화에서 음성이나 데이터를 전송할 목적으로 사용, 가입자를 중앙전화국에 연결하는 지역 루프는 거의 비차폐 꼬임쌍선임 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.59 : 꼬임쌍선 케이블 1.#

7.5.1 유도 매체(계속) 동축케이블(Coaxial Cable) 성능 응용 동축 케이블(coaxial cable 또는 coax)은 꼬임쌍선 케이블보다 더 높은 주파수영역의 신호를 운반, 두 가닥의 전선 대신 절연외피로 덮여진 매끈한 원통형이나 노끈처럼 꽈 만든 전선(주로 구리)으로 된 중심도선을 갖고, 이 중심도선은 다시 금속박이나 꼬인 끈 또는 이 두 가지의 조합(주로 구리)으로 된 외피도선으로 덮여 있음, 외부를 감싸는 것은 잡음에 대한 차폐장치이자 회로를 완성하는 2차 도선으로서의 역할 성능 훨씬 높은 대역을 가지고 있지만 신호가 급격히 약해져서 자주 재생기를 사용, 그림7.60에서 꼬임 쌍선보다 감쇄가 심한 것을 파악 가능, 응용 아날로그 전화 네트워크 > 동축 케이블 > 디지털 전화 네트워크 > 광섬유 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.60 : 동축 케이블 1.#

7.5.1 유도 매체(계속) 광섬유케이블(Fiber-Optic Cable) 유리나 플라스특으로 만들어진 광섬유(optical fiber)는 빛의 형태로 신호를 전송, 빛은 하나의 균일물질 내에서는 하나의 직선을 이루며 이동, 그림7.61은 밀도가 높은 매질에서 낮은 매질로 빛이 전파될 때 어떻게 방향이 바뀌는지 보여줌 광섬유는 채널을 통해 빛을 유도하기 위해 반사를 이용, 유리나 플라스틱 중심부(core)는 더 낮은 밀도의 유리나 플라스틱 피복으로 둘러싸여 있음, 두 가지 밀도의 차이는 중심부를 통해 이동하는 광선이 피복(cladding)에 굴절되어 들어가지 않고 반사될 정도가 되어야 함 그림7.62 참조 그림 7.61 : 광선의 굴절 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.62 : 광섬유 1.#

7.5.1 유도 매체(계속) 광섬유케이블(Fiber-Optic Cable) 전파 방식 현재 기술은 광학 채널을 따라 빛을 전파하기 위한 두 가지 모드(다중 모드와 단일모드)를 지원 하는데 각각은 서로 다른 물리적 특성을 갖는 섬유가 요구 다중모드 단계지수 광섬유(multimode step-index fiber) 중심부의 밀도는 가운데에서 모서리까지 일정하게 유지, 경계면에서는 더 낮은 밀도로 급격한 변화가 발생하여 광선이 움직이는 각도가 변경됨 다중모드 등급지수 광섬유(multimode graded-index fiber) 케이블을 통한 신호의 왜곡을 감소, 밀도는 중심부의 가운데에서 가장 높고 바깥으로 갈수록 차츰 낮아짐 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 그림 7.63 : 전파 방식 1.#

7.5.1 유도 매체(계속) 광섬유케이블(Fiber-Optic Cable) 전파 방식 응용 성능 그림7.63의 파장에 대한 감쇄 그래프는 광섬유 케이블의 매우 흥미로운 현상을 보여줌, 감쇄는 꼬임쌍선이나 동축 케이블에 비해 평탄, 광섬유를 사용하게 되면 적은 수(실제로 10배이상 적은 수)의 반복기만 필요할 정도의 성능을 보임 응용 광섬유는 흔히 중추 네트워크에 사용되는데 광섬유의 넓은 대역폭이 비용에 있어 효과적이기 때문, 오늘날 파장분할 다중화(WDM)를 사용하면 1,600Gbps의 속도로 데이터를 전송 가능 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.5.2 비유도 매체 비유도 매체 또는 무선통신( wireless communication)은 물리적 도선을 사용하지 않고서 전자기 신호를 전송, 신호는 보통 자유 공간을 통해 방송되며 신호를 받을 수 있는 장치를 가진 누구든 수신 가능 그림 7.64는 무선통신을 위해 사용되는 3kHz에서부터 900THz에 걸친 스펙트럼을 보여줌 라디오파(Radio Waves) 마이크로파(Microwaves) 적외선(Infrared) 그림 7.64 : 무선통신의 전자기 스펙트럼 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

7.5.2 비유도 매체(계속) 라디오파와 마이크로파로 정의되는 전자기파 스펙트럼의 부위는 대역이라고 불리는 여덟 개의 영역으로 나뉘어 있으며 각각의 대역은 정부 공식 기관에 의해 관리, 이 대역들은 초저주파로부터 극고주파까지 분류, 표7.1은 이 대역들의 리스트로서 영역과 전파 방식 및 응용을 보여줌 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 표 7.1 : 대역 1.#

7.5.2 비유도 매체(계속) 라디오파(Radio Waves) 마이크로파(Microwaves) 적외선(Infrared) 3kHz와 1GHz 주파수영역 사이의 전자기파를 대개 라디오파(radio waves)라고 부르며, 전방향성으로 안테나가 전파를 방사할 때 모든 방향으로 전파됨, 이는 송신 안테나와 수신 안테나가 일직선에 높일 필요가 없다는 것을 뜻함 마이크로파(Microwaves) 1에서 300GHz 주파수영역대의 파장을 마이크로파(microwaves)라 함, 단방향으로 이동, 안테나가 마이크로파를 전송할 때는 매우 집중된 방향으로 초점을 맞추어 보낼 수 있음 응용 마이크로파는 단방향성으로 인해 송신자와 수신자 사이의 단방향(unicast, one- to-on)통신에 매우 유리, 휴대전화에 사용, 위성통신이나 무선 LAN에 사용 적외선(Infrared) 주파수 300GHz와 400TGHz(파장은 1~770nm)의 전자기파로서 단거리 통신에 사용, 높은 주파수를 갖기 때문에 적외선은 벽을 통과할 수 없음, 이로인해 다른 시스템의 방해를 받지 않음 네트워크 서비스인 아래 세가지에 대해 살펴보겠습니다. 1.#

Chapter 7: 요약 데이터가 네트워크를 통해 전송되기 위해서는 전자기 신호로 변환되어야 한다. 데이터 신호는 아날로그나 디지털이 될 수 있다.안날로그 신호는 영역 속에 무한개의 값을 가질 수 있으며 디지털 신호는 제한된 수의 값을 가짐 디지털-대-디지털 변환은 회선 코딩, 블록 코딩, 뒤섞기의 세 가지 기법이 있다. 회선 코딩은 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환하는 과정이다. 블록 코딩은 중복을 통하여 동기화와 오류 정정을 보장한다. 아날로그-대-디지털 전환의 흔한 기법은 PCM이다. 1.#

Chapter 4: 요약 (계속) 디지털-대-아날로그 변환은 디지털 데이터의 정보에 기반을 두어 아날로그 신호의 특성 중 하나를 변화시키는 것이다. 디지털 대 아날로그 변조는 다음 방법들이 있다. 진폭편이 변조(ASK)는 반송파의 진폭이 변한다. 주파수편이 변조(FSK)는 반송파의 주파수가 변경, 위상편이 변조(PSK)는 반송파의 위상이 변경, 구상편이변조(QAM),는 ASK,PSK의 조합이다. 아날로그-대-아날로그 변조는 진폭 변조(AM), 주파수변소(FM),위상변조(PM) 세가지 방법을 사용해서 구현 전송 매체는 물리 계층 아래에 놓인다. 우리는 유도 매체와 비유도 매체에 대해 논의 하였다 1.#