3 정보 전송 방식과 기술

정보 전송 방식의 원리와 기술의 필요성, 전송 방식의 종류를 이 해한다. 정보 전송 방식의 원리와 기술의 필요성, 전송 방식의 종류를 이 해한다. 정보전송시스템과 기본요소, 전송 원리를 살펴본다. 통신회선의 전송 방식과 교환 방식 등 정보 전송 방식을 학습한다. 부호화와 변조 방식, 다중화 방식 등 정보 전송 기술을 학습한다.

Section 01 정보전송시스템과 정보 전송 기술의 개요 기능적인 분류 정보 전송 시스템(데이터 전송계) - 데이터 이동 단말 장치, 정보 전송회선(신호변환 장치와 통신회선), 통신 제어 장치 정보 처리 시스템(데이터 처리계) - 데이터 가공, 처리, 보관 중앙 처리 장치, 기억 장치, 입출력 장치와 주변 기기

Section 01 정보전송시스템과 정보 전송 기술의 개요 정보 전송 방식과 기술의 필요성 전송매체 이용 시 한꺼번에 많은 사용자가 제한된 전송선로를 사용하므로 효율적인 정보 전송 방식이 필요하며, 전송할 때 발생하는 감쇄, 잡음 등 손상을 최소화하는 정보 전송 기술도 필요함 정보 전송 방식과 기술의 분류

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 정보전송시스템 정보통신시스템의 하위 분류로, 데이터를 전달하는 기능을 수행

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 정보전송시스템의 구성요소

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 정보 전송의 원리 전화기, 컴퓨터 단말기, 팩스, 비디오 카메라, 스캐너 등으로 생성되는 다양한 형태의 정보는 전기 신호로 변환되어 송신 변환된 신호는 시간에 따른 전압(또는 전류)의 변화 상태를 표시 컴퓨터로 출력한 디지털 데이터를 전송하려면 아날로그 형태의 전기 신호로 바꾸어야 하고, 이 전기 신호는 전송선로의 영향을 덜 받도록 고주파수로 변환하는 변조 과정을 거친 후 송신 송신된 신호는 복조 과정을 거쳐 수신부에 디지털 신호로 입력 변조와 복조 기능을 수행하는 장치를 신호변환 장치(모뎀 또는 디지털 서비스 유닛)라고 함

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 정보 전송의 기본요소 신호 통신속도 아날로그 신호 디지털 신호 진폭 주파수 위상 데이터 신호속도 데이터 전송속도 변조속도 전송 효율 비동기 전송 동기 전송 통신 용량(전송 용량) 오류율

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 신호의 분석 신호 종류: 아날로그 신호, 디지털 신호 아날로그 신호: 자연계에 포함되어 있는 연속된 파형인 아날로그 신호는 주기 신호와 비주기 신호로 분류 주기 신호: 정현파와 비정현파로 분류 비정현파: 계단파, 직선파, 삼각파 (예) 컴퓨터 내부 클록(Clock)의 파형

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 주기 신호와 정현파 정보를 변환한 신호는 일정한 주기가 있는 주기 신호지만, 잡음 등은 비주기 신호 주기 신호 x(t) = x(T+t) (식 3.1) (T= 주기) 정현파: 가장 기본이 되는 주기 신호 x(t) = Asin(wt+q) (식 3.2) (A : 진폭(Amplitude), w : 주파수(Angular Frequency), q : 위상(Phase))

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 디지털 신호 이산 신호로, 물리량을 유한 숫자로 표현 아날로그 신호를 디지털화하려면 신호뿐만 아니라 시간도 디지털화해야 함

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 푸리에 급수(Fourier Series)와 신호 분석 시간 함수를 주파수 함수로 변환할 때 푸리에 변환 사용 비주기 함수도 푸리에 변환을 사용하며, 주기 신호는 모두 정현파로 분해 가능 19세기 프랑스의 수학자 푸리에(Jean-baptiste Fourier)는 기본 주기가 T인 임의의 주기 함수 g(t)를 유한 개 또는 무한 개의 사인 함수와 코사인 함수의 합으로 표시할 수 있음을 증명함 시간에서 주기 파형이 있는 신호를 푸리에 변환을 이용해 푸리에 급수에 따른 기본파와 고주파의 합으로 구성한 후 원래의 신호를 알아내 데이터 통신의 신호를 분석하고 응용할 수 있게 한 이론

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 진폭 주파수 위상 신호의 크기나 세기로, 단위는 V(볼트). 예) 음성의 크기 단위 시간당 사이클을 반복하는 횟수로, 단위는 Hz(헤르츠) 위상 임의의 시간에서 반송파 사이클의 상대적인 위치로, 단위는 °(도)

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 통신속도 데이터 신호속도 데이터 신호를 표시하는 일반식 단위 시간당 전달되는 데이터양 데이터양 표현 방법에 따라 데이터 신호속도, 전송속도, 변조속도, 베어러속도 등으로 표현 데이터 신호속도 1초간 전달되는 비트(bit) 수로, 전송속도를 나타냄 단위는 bit/sec나 bps 사용 비트는 정보를 표현하는 최소 단위로, 컴퓨터에서는 0이나 1로 표시 데이터 신호를 표시하는 일반식 S : 데이터 신호속도(bps) m : 병렬 전송에서 전송로의 수, 직렬 전송이면 1 T : i 번째 전송로의 펄스 1개당 지속 시간 n : i 번째 전송로의 펄스 1개가 표시할 수 있는 부호의 상태 수 (식 3.3)

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 데이터 전송속도 단위 시간에 전송되는 데이터양 데이터양으로는 바이트, 문자, 블록, 패킷 등을 사용하고, 단위 시간으로는 초, 분, 시간을 사용함 데이터 전송속도는 회선의 실제 용량을 나타내는 데는 적합하나, 시스템마다 문자, 블록 등이 달라질 수 있어 흔히 쓰는 표현은 아님 단위는 자/분(character/minute)을 많이 사용함 메시지는 크기가 일정한 블록 단위로 분할하여 전송하는데, 이때 분할된 블록 단위를 패킷이라고 함 데이터 전송속도를 계산하는 일반식 (식 3.4)

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 변조 속도 신호를 변조하는 과정에서 1초에 몇 회 변조가 발생했는지 나타내며, 단위는 보(baud)를 사용함 보라는 명칭은 전신코드를 발명한 보드(Baudot) 이름 유래 변조된 신호(진폭, 주파수, 위상)는 신호를 변화한 위치(유의 시간)에 정보를 표시하는데, 이 변화점 사이에 있는 간격이 가장 짧은 시간의 역을 변조속도라고 함 0 또는 1을 나타내는 펄스의 수를 1초 동안 몇 개 포함하였는지를 의미 변조속도를 표시하는 일반식 B : 변조속도(baud) T : 단위 펄스의 시간 길이 S : 데이터의 신호속도(bps) N : 단위 시간당 비트 수 (식 3.5)

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 데이터 신호속도와 변조속도의 불일치 데이터 신호속도와 변조속도는 전송 형태에 따라 일치하거나 불일치 직렬 전송에서는 진폭 변조나 주파수 변조된 교류 신호의 한 변화점에 서 1비트의 정보만 전송하므로 변조속도와 신호속도가 일치 병렬 전송이나 위상 변조에서는 한 변화점에서 비트 여러 개를 전달하 기 때문에 변조속도와 신호속도가 불일치

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 전송 효율 통신 용량 통신선의 사용 효율. 전송된 총 비트 수에서 순수 정보 비트수가 차지하는 비율을 백분율(%)로 표시 동기 전송이 비동기 전송보다 전송 효율이 높음 비동기 전송에서는 전송된 총 비트 수에 시작 비트와 정지 비트가 추가되기 때문 통신 용량 전송 채널을 이용해 오류 없이 정보를 전송할 수 있는 최대 속도 단위는 데이터 신호속도와 비슷. 전송 채널의 정보량은 대역폭과 신호전력, 채널 잡음과 관련이 있음. 단위는 bps C : 통신 용량(Capacity) W : 채널의 대역폭(Bandwidth) S/N : 신호 대 잡음비(Signal/Noise) (식 3.6) (식 3.7)

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 오류 발생 원인 데이터 전송에서 발생하는 장애 형태 통신회선의 순간 절단현상 통신회선의 잡음, 감쇄, 혼선, 찌그러짐, 펄스성 잡음과 에코현상 등 장치의 기계적, 구조적 원인 전원의 중단 등 전기적 원인 데이터 전송에서 발생하는 장애 형태 신호 감쇄 : 먼 곳까지 전송할 때 거리가 멀어질수록 전자적 신호의 세기가 점차 약해지는 현상 지연 왜곡 : 전송매체를 이용해 전달하는 신호의 속도가 주파수에 따라 차이가 나는 현상(매체마다 주파수 특성이 달라 꼬임선, 동축 케이블, 광케이블 등의 유도 전송매체에서 주로 발생) 잡음 : 전송로에서 전송 신호에 포함되는 불필요한 신호

Section 02 정보전송시스템과 기본요소 오류율 공식 보통 공중 전화선에서는 오류율이 10-5~10-6 정도로 발생하는데, 적절한 오류율은 그 이하를 말함 오류가 발생할 확률은 아날로그 회선이 디지털 회선보다 더 높음

Section 03 정보 전송 방식 통신회선의 구성 방식 회선 하나에 시스템을 여러 개 연결하거나 몇 개의 회선 공유 정보통신시스템에서 통신비용을 줄이고 정보를 효율적으로 전송하는 방법 2선식과 4선식 통신회선은 물리매체(전송회선)와 전송 장치(모뎀)에 연결하는 통신회선의 개수에 따 라 2선식과 4선식으로 분류함 2선식(2W) : 신호선과 공통 접지선이 선 2개로 구성되며, 양방향 통신에서는 위아래로 전송할 때 동일한 전송로를 사용함 4선식(4W) : 신호선과 공통 접지선이 선 4개로 구성되며, 2선식과 달리 양방향 통신에 서는 위아래로 전송할 때 별도의 전송로를 사용함

Section 03 정보 전송 방식 통신회선의 접속 방식 점-대-점 회선 방식 다지점 회선 방식 집선회선 방식 회선 다중 방식

Section 03 정보 전송 방식 점-대-점(Point to Point, Peer-to-Peer) 회선 방식 컴퓨터시스템과 단말기를 전용회선으로 직접 연결 단말기를 여러 대 연결할 때도 일-대-일로 연결하므로 언제든지 데이터를 송수신할 수 있음 전화회선 구성에 이용. 교환기를 이용해 공중회선을 사용가능 응답속도가 빨라 주로 고속 처리에 이용함

Section 03 정보 전송 방식 다지점 회선(Multipoint Line, Multidrop Line) 방식 컴퓨터시스템에 연결된 전송회선 1개에 단말기를 여러 대 연결함 전송회선은 대부분 전용회선 1개라 한 시점에서는 단말기 하나만 컴퓨터로 데이터를 전송할 수 있음 컴퓨터에서 데이터를 수신할 때는 단말기 여러 대가 동시 수신

Section 03 정보 전송 방식 집선(Line Concentration)회선 방식 일정한 지역 내에 있는 중심 부분에 집선 장치를 설치한 후 여기에 단말기를 여러 대 연결하는 방식 집선 장치 : 단말기에서 저속으로 전송되는 데이터를 모아 컴퓨터에 고속으로 전송 컴퓨터와 집선 장치 사이는 속도가 빠른 단일회선으로 연결하거나 연결한 단말기 수보다 적은 수로 연결할 수 있음 통신회선을 효율적으로 사용할 수 있으며, 다지점 회선 방식처럼 단말기의 회선 사용률이 낮을 때 적합

Section 03 정보 전송 방식 회선 다중(Line Multiplexing) 방식 집선회선 방식과 사용 방법 비슷 일정 지역에 있는 단말기 여러 대를 그 지역의 중심 부분에 설치된 다중화 장치에 연결하고, 다중화 장치와 컴퓨터는 대용량 회선으로 연결 회선 사용률이 비교적 높은 단말기에서 데이터를 송수신할 때도 적용할 수 있음

Section 03 정보 전송 방식 통신 회선의 교환 방식 통신 회선의 교환 형태에 따라서 비교환 회선 방식과 교환 회선 방식으로 분류 비교환 회선 방식은 단말 장치끼리 직통 회선을 연결하여 사용 교환 회선 방식은 교환기 등을 이용하여 접속

Section 03 정보 전송 방식

Section 03 정보 전송 방식 통신 회선의 이용 방식 단일(simplex) 방식: 데이터를 한쪽 방향으로만 전송 가능 반이중(half duplex) 방식: 양방향으로 전송할 수 있으나 동시에 양방향으로 데이터를 전송할 수는 없음 전이중 방식(full duplex): 데이터를 동시에 양방향으로 전송할 수 있어 고속 처리에 적합

Section 03 정보 전송 방식 통신 회선망의 구성 방식 통신 회선망은 단말기들이 컴퓨터와 서로 유기적으로 결합한 형태 트리(tree)형 : 분산 처리 시스템에 효율적 버스(bus)형 : 하나의 통신 회선에 각 노드가 분기 접속된 형태 스타(star)형 : 하나의 중앙 노드를 중심으로 단말 노드가 일대일 지점 간 연결 방식인 형태 망(mesh loop)형 : 통상적인 정보통신 네트워크에서 이용되며 통신 회선의 오류가 발생할 때 다른 통신 회선 경로를 이용하므로 분산된 자원을 공유하기 쉬움

Section 03 정보 전송 방식

Section 03 정보 전송 방식 데이터 전송 방식 : 직렬 전송과 병렬 전송 직렬 전송 : 데이터의 최소 요소인 한 문자를 구성하는 각 비트가 한 전송 선로를 통해 차례로 전송되는 방식 송․수신 측간에 1개의 전송 회선으로 통신할 수 있으므로 대부분의 데이터 통신 시스템에서 이용

Section 03 정보 전송 방식 병렬 전송 : 한 문자를 이루는 각 비트가 7개 또는 8개의 전송 선로를 통하여 동시에 병렬로 전송하는 방식 컴퓨터와 단말기 사이의 거리가 떨어지면 전송 선로의 구성 비용이 비싸다는 단점이 있으나 전송 속도가 빠르고 단말기와의 연결이 단순 대표적인 사용 예는 컴퓨터와 하드 디스크 사이를 연결하는 방식, 컴퓨터와 측정 장치 사이를 연결하는 방식 등

Section 03 정보 전송 방식 비동기식 전송과 동기식 전송 방식 비동기식 전송(asynchronous transmission): 동기식 전송을 하지 않는다는 의미가 아님 블록 단위가 아닌 글자 단위로 동기 정보를 부여해서 보내는 방식 한 번에 한 글자씩 송․수신측간에 데이터를 주고받는 방식 이 방식에서 각 글자의 시작 비트는 1비트로 구성되고 신호에 있어서 논리는 0. 데이터 비트는 5~8비트 패리티 비트는 짝수, 홀수 또는 사용하지 않아도 됨

Section 03 정보 전송 방식 비동기식 전송과 동기식 전송 방식 동기식 전송(synchronous transmission): 데이터를 글자가 아닌 블록 단위(프레임)로 전송하는 방식 송신측과 수신측 사이에 미리 정해진 숫자만큼의 문자열을 한 묶음으로 만들어 일시에 전송 데이터 묶음의 앞쪽에 반드시 동기 문자가 오며 동기 문자는 송신측과 수신측이 동기를 이루는 것을 목적으로 사용 한 묶음으로 구성하는 글자 사이에는 휴지 간격이 없음 타이밍 신호는 변복조기, 단말기 등으로 공급 전송 속도가 보통 2,000bps를 넘는 경우에 사용 송신하려는 데이터가 많거나 고속 처리에서는 비동기 전송보다 훨씬 효율적

Section 03 정보 전송 방식 비동기식 전송과 동기식 전송 방식 동기식 전송 방식: 문자 동기 방식과 비트 동기 방식, 프레임 동기 방식이 있음 문자 동기: 전송되는 데이터의 블록 앞에 특정 동기 문자인 SYN(00010110)을 붙여 동기를 하게 되며 실제 데이터 블록의 앞에는 STX(0010000), 뒤에는 ETX(0011000)가 첨가되어 전송 데이터의 시작과 끝을 구별

Section 03 정보 전송 방식 문자 동기 방식과 비트 동기 방식 비트 동기 방식: 전송 단위를 일련의 비트 묶음으로 보고, 비트 블록 의 처음과 끝을 표시하는 특별한 비트인 플래그 패턴을 첨가하여 전 송 데이터와 제어 정보는 8비트 문자 단위로 해석될 필요는 없으며, 8비 트의 길이를 가진 플래그 패턴이 사용 비트 동기 방식의 대표적인 예가 HDLC(High level Data Link Control)라는 프레임 동기 방식 이 방식은 플래그(flag) 비트(01111110)를 사용해 데이터의 처음과 끝을 나타냄

Section 03 정보 전송 방식 캐스팅 모드(casting mode)의 전송 방식 유니캐스트(unicast) 정보를 송수신할 때 송신 노드와 수신 노드가 각각 하나인 경우 브로드캐스트(broadcast) 정보를 송수신할 때 하나의 송신 노드가 네트워크에 연결된 모든 수신 가능 노드에 데이터를 전송하는 경우 멀티캐스트(multicast) 정보를 송수신할 때 하나의 송신 노드가 네트워크에 연결된 하나 이상의 수신 노드에 데이터를 전송하는 경우 애니캐스트(anycast) 정보를 송수신할 때 송신 노드가 네트워크에 연결된 수신 가능한 노드 중에서 어떤 한 노드에 데이터를 전송하는 경우

Section 03 정보 전송 방식

Section 04 정보 전송 기술 정보 전송의 부호화 부호화의 정의: 정보 전송의 부호화(encoding)는 서로 떨어져 있는 송 신자와 수신자가 정보 전송 시스템을 통해 데이터를 전송할 때 정보나 신호를 전송이 가능한 다른 신호로 변환하는 과정 전송하려는 정보는 대부분 문자나 숫자 또는 기호. 이 기호를 5-8비트 를 갖는 1바이트의 2진수로 표현 가능한데 이것을 부호(code) 이러한 부호의 집합을 부호 체계라고 함 부호 체계의 종류: 문자를 표현하는 방식은 다양하지만 그 중에서도 많 이 쓰이는 것이 미국 표준 코드인 ASCII(American Standard Code for Information Interchange) 코드, IBM에서 만든 EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) 코드 , 2진화 10진 코드(BCD Code, Binary Coded Decimal Code)

Section 04 정보 전송 기술 부호 체계의 종류 ASCII 코드 EBCDIC 코드 BCD 코드 미국 표준코드로 원래는 통신용으로 만들어졌으며, 7비트로 구성되어 128개의 서로 다른 문자를 표현할 수 있음. 개인용 컴퓨터의 대부분이 ASCII 코드를 사용하고 있으며 1비트를 더 추가해 7비트를 사용하는 확장된 ASCII 코드도 많이 쓰이고 있음 EBCDIC 코드 8비트로 구성되어 최대 256가지의 정보를 나타냄. IBM 메인프레임 컴퓨터에 사용하기 위해 만들어져 그 후 IBM 모든 장비에 사용하게 되었음 BCD 코드 2진화 10진 코드는 6비트 BCD 코드라고도 하며 숫자, 영문자, 특수 문자를 코드화하기 위한 것. 10진수를 나타내는 4비트의 BCD 코드에 2비트를 추가하여 나타냄

Section 04 정보 전송 기술

Section 04 정보 전송 기술 정보 전송의 변조 방식(1/2) 디지털 전송(직류 전송) 방식 디지털 전송 방식은 직류 전송 방식이라고도 함 이 방식은 통신 회선을 통해 정보를 전송할 때 부호기를 통해 아날로그나 디지털 정보를 디지털 전송 신호로 변환해 전송한 후 복호기(decoder)를 통해 원래 정보로 변환

Section 04 정보 전송 기술 정보 전송의 변조 방식(2/2) 아날로그 전송(교류 전송) 방식 아날로그 전송 방식은 교류 전송 방식이라고도 함 이 방식은 통신 회선을 통하여 정보를 전송할 때 변조기(modulator)를 통해 아날로그나 디지털 정보를 아날로그 전송 신호로 변환해 전송한 후 복조기(demodulator)를 통해 원래 정보로 변환

Section 04 정보 전송 기술 정보 전송을 위한 4가지 방식 정보 전송을 위해 신호를 변조하는 방식은 [표 3-5]처럼 4가지

Section 04 정보 전송 기술 디지털 정보’ ‘디지털 신호’ 신호변환(베이스밴드) 2진수 1과 0비트를 전압 값으로 대응하여 나타내는 방법 단극성(Unipolar) 방식 : 신호를 부호화할 때 동일한 부호의 전압(양 또는 음)으로 신호의 구성요소를 표현. 2진수의 0은 영 전압으로 하고 1을 양이나 음의 전압으로 표현하는 방식. 예를 들어 비트 0을 0V에, 비트 1을 +5V에 대응시키면 +극만 사용하는 단극성 부호화 극성(Polar) 방식 : 비트 0을 -전압 값에, 비트 1을 + 전압 값에 대응시킴. 복류 방식이라고도 함. 예를 들어, 비트 0을 -5V에, 비트 1을 +5V에 대응시키면 극성 부호화 양극성(Bipolar) 방식 : 신호를 부호화할 때 양의 전압과 음의 전압을 모두 사용하여 신호의 구성요소를 표현. 즉, 비트 1이 전송될 경우에만 극성을 교대로 바꾸어 출력하고 0인 경우에는 영 전압으로 나타내는 신호 변환 방식. 예를 들어, 비트 0을 0V에, 비트 1을 +5V와 -5V에 교대로 대응시키면 양극성 부호화. 베이스밴드에서 일반적으로 사용하는 방법 중 하나이며, 일명 AMI 방식(Alternate Mark Inversion)이라고도 함. 그 밖에도 사용 형태에 따라 여러 신호 방식이 있으며, 데이터 전송 속도가 저속이면 복류 방식을 고속이면 양극성 방식이 많이 이용

Section 04 정보 전송 기술 RZ(Return to Zero) 및 NRZ(None Return to Zero) 방식 RZ(Return to Zero) 방식: 비트 신호 1이 전송될 때 비트 시간 길이의 약 1/2시간 동안 양 또는 음의 전압을 유지하고 그 나머지 시간은 0(zero) 상태로 돌아오는 방식이다. NRZ 방식보다 2배의 변조율을 가지고, NRZ 방식의 단점을 포함하므로 많이 사용하지 않는 방식. NRZ(None Return to Zero) 방식: 비트 0, 1의 값을 전압으로 표시한 후에 영(zero)의 전압인 0V로 되돌아오지 않는 방식. 이 방식은 컴퓨터 주변기기인 단말기, 프린터 등에 많이 사용하는 방식. 2단계(Biphase) 방식  : 비트 0은 전압이 낮은 곳에서 높은 곳으로 상태 변화할 때이고 비트 1은 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 상태 변화할 때. 2단계란 2개의 위상을 갖는다는 의미이며 RZ와 NRZ 방식의 단점을 보완한 방식이며, 일명 맨체스터(manchester) 방식이라고도 함

Section 04 정보 전송 기술

Section 04 정보 전송 기술 펄스 부호 변조(PCM, Pulse Code Modulation) (1/2) 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 방식 아날로그 정보를 표본화(sampling), 양자화(quantization), 부호화(coding)하는 과정을 통해 디지털 신호(펄스 부호)로 변환하여 전송 이를 다시 받아 원래의 아날로그 정보로 복구시킴

Section 04 정보 전송 기술 펄스 부호 변조(PCM, Pulse Code Modulation)(2/2) 1937년 영국의 Alice.H.Reeves가 개발한 방식으로, 이 방식을 사용하는 대표적인 통신 장비로는 디지털망에 사용하는 회선 종단 장치(DCE)인 디지털 서비스 유닛(DSU)이 있음 잡음에 강하기 때문에 행성의 우주 탐사선 영상 전송, 위성 텔레비전의 음악 프로 등 무선 통신에 이용

Section 04 정보 전송 기술 표본화(sampling) 연속적인 아날로그 정보에서 일정 시간마다 신호 값을 추출하는 과정 표본화의 주기가 길면 원래의 아날로그 신호에 대한 재생 능력이 떨어지고, 주기를 짧게 하여 고속의 펄스 회로를 통해 펄스를 고속으로 전송하면 전송 주파수 대역이 넓어져 원래의 아날로그 신호를 재생하는 능력이 높아짐

Section 04 정보 전송 기술 양자화(quantization) 부호화(coding) 표본화된 신호값을 미리 정한 불연속한 유한 개의 값으로 표시하는 과정 무한한 아날로그 신호를 일정한 대표값으로 연속 표시 원래의 신호 파형과 양자화된 파형 사이에는 약간 차이가 있으며, 이를 양자화 잡음(Quantization Noise) 또는 양자화 오차라고 함 양자화 잡음을 최소한으로 줄이려면 양자화 레벨을 진폭에 따라 다르게 조절하는 것이 좋음 즉, 진폭이 작은 신호일 때는 양자화 간격을 좁게, 큰 신호일 때는 양자화 간격을 넓게 하여 양자화 잡음을 최소화 부호화(coding) 양자화 과정에서 얻은 결과 정수값을2진수로 변환하는 것

Section 04 정보 전송 기술 ‘디지털 정보 → 아날로그 신호’신호변환(대역 전송, 디지털 변조) 디지털 정보의 아날로그 신호 변환 방식은 대역 전송(Broad Band) 방식, 또는 디지털 변조 방식이라고도 함 컴퓨터에서 발생하는 디지털 신호를 아날로그 통신망인 전화망을 통해 전송하려면 아날로그 신호로 바꿔주어야 함 이때 사용하는 것이 모뎀 역할을 하는 디지털 변조 이 방식은 직류가 전송되지 않아, 송신 측에서는 직류 신호를 교류신호로 변환하여 데이터를 전송하고, 수신 측에서는 교류 신호를 직류 신호로 변환하여 전송 대표적인 예는 전화망으로 컴퓨터 통신을 하는 데 사용하는 모뎀의 신호변환 베이스밴드의 주파수 스펙트럼을 별도의 대역인 음성 대역으로 전환하는 것을 의미함 이 때 사용되는 대역 내의 주파수를 반송파(carrier)라고 함

Section 04 정보 전송 기술 반송파를 일반식으로 표현 식 3.8 샤논의 표본화 이론 어떤 아날로그 신호에서 파형에 들어 있는 최고 주파수를 2배 이상 더 많게 표본화했을 때 이 표본화된 신호에는 원래 신호에 있던 정보가 모두 들어 있어 원래의 아날로그 신호로 다시 복원할 수 있다는 이론 예를 들어, 인간의 음성 대역인 300~3,400Hz에서 음성 신호인 아날로그 신호를 일정 주기로 추출하여 펄스열로 불연속적으로 변환한다고 할 때, 최고 주파수인 3,400Hz(또는 4,000Hz)의 2배인 6,800Hz(또는 8,000Hz) 이상으로 주파수를 표본화하면 디지털로 변환한 음성 신호를 다시 아날로그 음성 신호로 복원할 수 있음 따라서 음성의 표본화 주기 T는 1/8,000=0.000125sec(초) 식 3.8

Section 04 정보 전송 기술 진폭 편이 변조(ASK, Amplitude Shift Keying) 반송파의 진폭을 2 또는 4개로 정해 놓고 데이터가 1 또는 0으로 변함에 따라 미리 약속된 진폭의 반송파를 수신 측에 전송하는 방식 다른 변조 방식보다 오류가 많고 전송 효율이 떨어져 디지털을 전송할 때는 거의 사용하지 않음 주파수가 일정한 정현파의 진폭을 0과 1의 두 가지 상태로 정의하면 2진폭 편이 변조가 되고, 00과 01, 10, 11 등 네 가지 상태로 정의하면 4진폭 편이 변조 주파수 편이 변조(FSK, Frequency Shift Keying) 반송파의 주파수를 높은 주파수와 낮은 주파수로 정해 놓고 데이터가 0이면 낮은 주파수, 1이면 높은 주파수를 전송하는 방식 진폭 편이 변조에 비해 잡음 등의 영향을 받지 않고 회로가 단순해 많이 사용 전이중 방식(full-duplex)으로 동시에 정보를 주고받을 수 있어 비교적 속도가 낮은 비동기 모뎀에서도 사용 가능

Section 04 정보 전송 기술 위상 편이 변조(PSK, Phase Shift Keying) 진폭 위상 편이 변조 송신 측에서 반송파의 위상을 2, 4, 8등분 등으로 나누어 각각 다른 위상에 0 또는 1을 할당하거나, 2나 3비트로 한꺼번에 할당하여 수신 측에 전송하는 방식 2위상(180도) 편이 방식, 4위상(90도) 편이 방식, 8위상(45도) 편이 방식으로 분류 진폭 위상 편이 변조 진폭 편이 변조 방식과 위상 편이 변조 방식을 혼합한 방식 고속의 데이터 전송이 가능한 반면 변조회로가 복잡하다는 단점 LSI 기술이 발달하면서 실현된 방식

Section 04 정보 전송 기술 디지털 변조 방식의 종류

Section 04 정보 전송 기술 ‘아날로그 정보 → 아날로그 신호’신호변환(아날로그 변조) 진폭 변조(AM) 아날로그 정보를 아날로그 신호로 변환하는 방식 디지털 변조 방식과 기본 원리는 비슷하나 원래의 신호가 아날로그라는 점만 다름 반송파의 일반식은 (식 3.1)과 같음 라디오나 텔레비전 등 방송에서 많이 사용 진폭 변조(AM) 반송파를 0과 1로 off, on하는 방식 설계가 간단하며, 전송로의 주파수 변동에 강하나 전송로의 레벨 변동에 영향을 받기 쉬운 단점이 있고, 잡음에 따라 불규칙 왜곡이 발생하기도 함 전송로의 레벨 변동에 영향을 받아 왜곡이 발생하므로 수신 측에 보상회로가 필요함

Section 04 정보 전송 기술 주파수 변조(FM) 위상 변조(PM) 2진 부호면 FSK 방식으로 0과 1에 해당하는 각 주파수를 전송하는 방식 전송로의 레벨 변동과 잡음에 영향을 적게 받지만 전송로의 주파수 변동에는 약함 자동으로 주파수를 제어해 주는 회로와 복조회로 쪽에 주파수 판별기가 필요함 국제전신전화자문위원회(CCITT)에서 데이터를 전송하는 표준 방식 으로 권고하고 있으며, 1,200bps 이하의 데이터를 전송할 때도 많이 사용 위상 변조(PM) 0과 1에 따라 반송파의 위상을 각각 0도, 180도, 90도, 45도로 변환해 주는 방식 기준파의 위상이 아니라 반송파의 위상이 변화함에 따라 정보를 전송하며, 4상 위상 변조로 2,400bps, 8상 위상 변조로 4,800bps를 실현

Section 04 정보 전송 기술 정보 전송의 다중화 다중화(multiplexing) : 전송로 하나에 데이터 신호 여러 개를 중복시켜 고속 신호 하나를 만들어 전송하는 방식으로 전송로의 이용 효율이 높음 이때 사용하는 장비를 다중화기(MUX, Multiplexer) 또는 다중화 장치라 함 다중화기를 사용하지 않으면 단말기 개수만큼 모뎀이 필요해 비용은 높아지고 효율성은 떨어짐

Section 04 정보 전송 기술 주파수 분할 다중화(FDM) 한 전송로 대역폭을 작은 대역폭(채널) 여러 개로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용할 수 있게 하는 방식 정보를 똑같은 시간에 전송하려고 별도의 주파수 채널을 설정해 이용 채널간의 상호 간섭을 막으려면 보호 대역(Guard Band: 보호밴드)이 필요하고, 이 보호 대역은 채널의 이용율을 낮춰줌 그러나 이러한 보호 대역을 만들어 두어도 상호 변조 잡음(intermodulation noise)은 여전히 극복할 문제 FDM은 모뎀이 필요 없어 구조가 간단하므로 비용이 저렴하고, 사용자의 추가하기 쉬우며, 각 사용자의 단말기에서 사용하는 코드와는 상관없이 다중화가 가능하다는 점이 장점 변복조기가 따로 필요 없는 이유는 주파수 분할 다중화기가 FSK 변복조기 기능을 수행하기 때문 TV방송이나 CATV 등에서 주로 사용 이 방식은 대역 전송(브로드밴드) 방식을 사용하고, 전체 주파수 대역을 사용자별로 나누어 배정함

Section 04 정보 전송 기술 주파수 분할 다중화 (FDM)

Section 04 정보 전송 기술 시분할 다중화 방식(TDM, Time Division Multiplexing) 전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯(Time Slot)으로 나눈 채널에 할당하여 채널 몇 개가 한 전송로의 시간을 분할해서 사용

Section 04 정보 전송 기술 동기식과 비동기식 시분할 다중화 방식 동기식 시분할 다중화 비동기식 시분할 다중화 전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눈 채널에 할당함으로써 채널 몇 개가 1개의 시간을 분할하여 사용 특히, 비트 단위의 다중화에 사용 이 방식은 시간 슬롯의 낭비가 심함 : 실제로 전송할 데이터가 없을 때도 시간 슬 롯으로 나누어 채널에 할당 시간폭을 배정하기 때문 비동기식 시분할 다중화 통계적(Statistical) 시분할 다중화 방식 또는 지능형(Intelligent) 다중화 방식 동기식처럼 의미 없이 시간 슬롯을 할당하지 않고, 실제로 전송 요구가 있는 채널에만 시간 슬롯을 동적으로 할당하여 전송 효율을 높이는 방법 따라서 똑같은 시간에 많은 양의 데이터를 전송할 수 있으며, 전송 과정에서 통계적 추측과 오류의 분포 등을 미리 추측할 수 있어 적절하게 방지책을 세울 수 있음 하지만 동기식 시분할 다중화 방식보다 접속에 필요한 시간이 길고, 버퍼 기억 장치와 주소 제어 장치 등 다양한 기능이 필요하여 가격이 비쌈

Section 04 정보 전송 기술 동기식 시분할 다중화와 비동기식 시분할 다중화 방식

Section 04 정보 전송 기술 코드 분할 다중화 (CDM) 스펙트럼 확산(SS, Spread Spectrum) 다중화 ①단계에 희망 신호 m1, m2, m6. ②단계의 암호 신호 k1, k2, k6으로 ③단계에서 스펙트럼으로 확산된 희망 신호 s1 ,s2 , s6을 만듦. ④단계에서는 스펙트럼으로 확산된 희망 신호 s1, s2 , s6이 다중화되어 하나로 합성된 스펙트럼 희망 신호가 됨. ⑤단계를 거쳐 ⑥단계에서 희망 신호 m1, m2, m6이 다시 복원됨

Section 04 정보 전송 기술 스펙트럼 확산의 다중화 방식

Section 04 정보 전송 기술 집중화기와 다중화기 집중화기는 다중화기처럼 전송회선을 분할하는 장치라는 점에서는 비슷하지만 집중화기는 비동기식이고, 다중화기는 동기식 집중화기는 여러 입력회선 채널의 용량을 합한 것이 집중화 채널 용량보다 적고 동적이지만, 다중화기는 여러 입력회선 채널의 용량이 다중화 채널의 용량과 비슷하고 정적이다. 즉, 집중화기는 회선 공유 방식이고, 다중화기는 회선 고유 방식