Young-Tae Han {han0tae@gmail.com} 디지털 전송 Young-Tae Han {han0tae@gmail.com}

회선코딩 일련의 2진 비트 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업

신호 준위 대 데이터 준위 신호준위 개수: 특정 신호로 나타낼 수 있는 값 들의 개수 데이터 준위 개수: 데이터를 나타내는 데 사용 되는 값들의 개수

신호와 데이터 요소

데이터 전송률 대 신호 전송률 데이터 전송률 신호 전송률 초당 전송된 데이터 요소의 개수로 정의 단위 : bps 초당 전송된 신호 요소의 개수 단위 : baud 𝑆=𝑐×𝑁× 1 𝑟 𝑁 :데이터율, 𝑟 :신호 요소 개수, c:특성계수

자기 동기화 (Self Synchronization) 발신자와 수신자의 비트 간격을 맞추는 것 자기 동기화 디지털 신호는 전송되는 데이터 안에 타이 밍 정보를 포함 전압을 바꾸어 발신자의 타이밍에 수신자의 타이밍을 맞춤 재동기화 (Self-synchronization) 전송이 시작되는 부분을 알리는 시간 정보를 포함 송신측의 동기가 어긋났을때, clock를 재설정

회선 코딩 (Line Coding) 일련의 비트인 이진 데이터를 디지털 신호로 바 꾸는 작업

단극형 (Unipolar) 0과 1로 표현 구현 비용이 저렴 직류 성분과 동기화 부재 문제

극형 (Polar) 양과 음의 두 전압 준위를 사용 회선의 평균 전압 준위 감소 직류 성분 문제의 완화 비영복귀(NRZ,nonreturn to zero), 영복귀(RZ, return to zero), 맨체스터, 차분 맨체스터

비영복귀 (Non-Return to Zero)

비영복귀 유형 NRZ-L NRZ-I 양전압은 1, 음전압은 비트 0을 의미 긴 스트림의 데이터를 수신했을 경우, 송신자와 클 록 동기화 여부 불투명 NRZ-I 전압 준위의 반전이 비트 1을 의미 전압의 변화시 비트 1을, 무변화시 비트 0로 표현 비트 1을 만날 때마다 신호가 변화하기 때문에 동 기화를 제공

영복귀 (RZ) 연속적인 0이나 1 문자열을 수신할 경우 자신의 위치를 놓칠수 있음 연속적인 0이나 1 문자열을 수신할 경우 자신의 위치를 놓칠수 있음 분리된 또 하나의 채널로 별도의 타이밍 신호를 보내서 동기화 가능 동기화 보장을 위해 각 신호마다 동기화 정보를 포함 NRZ-I의 0과1 두가지 값으로는 표현이 부족하므 로 양, 음, 영을 사용 비트마다 구간동안 변환 양전압은 1을, 음전압은 0을 표현 한 비트를 부호화하기 위해 두번의 신호 변화가 이루어지므로 너무 많은 대역폭을 차지

영복귀 (RZ)

맨체스터 (Manchester) 동기화를 달성하는 동시에 해당 비트를 표현하 기 위해 각 비트 간격 중간에서 신호를 반전 두 가지 전이를 통해 RZ 와 같은 수준의 동기화 를 달성

차분 맨체스터 (Differential Manchester) 비트 간격 중간에서의 반전은 동기화를 위해 사 용 비트 간격 시작점에서의 전이 여부로 비트를 식 별 (비트가 1인경우 신호의 변화, 0인경우 무변 화)

양극형 (Bipolar) 0은 0으로, 1은 양과 음으로 번갈아 표현 양극형 교대표시반전(AMI:Alternate Mark Inversion) 중립의 제로 전압은 0을, 2진수 1은 교대되는 양과 음의 전압으로 표현

다준위 (Multilevel) 방식 M비트 데이터를 n개의 L레벨 신호로 부호화 mBnL 방식에서는 m개의 데이터 패턴이 n개의 신 호 패턴으로 부호화되는데 2m ≤Ln B:binary, T:ternary, Q:quarternary

2B1Q(2binary, 1quaternary) 네개의 전압 준위를 사용 각 펄스는 두 비트를 표현

8B6T (8Binary 6Ternary)

4D-PAM5 5개의 전압 준위 사용 (-2,-1,0,1,2) 0 전진 오류 검색

MLT-3(Multiline Trasmission Three level) NRZ-I와 유사하지만 세개의 신호 준위(+1,0,-1) 사용 1비트가 시작될 때만 준위가 변화 0비트일 경우 무변화

블록 코딩 mB/nB 코딩으로 불리며 각 m비트 그룹을 n비트 그룹으로 변환 동기화를 확보하기 위해서 여분의 비트가 필요 오류 탐지를 위해서도 다른 여분의 비트를 포함 해야 함

블록코딩 변환단계 1단계 : 분리 : 일련의 비트들을 각각 m개의 비트 그룹으로 나눔 2단계 : 대체 : m개 비트의 그룹을 n개의 비트그룹으로 바꿈 동기화를 위해 연속적으로 0이나 1이 3개 이상인 코드는 사용 않 함 오류탐지 기능 : 사용되지 않는 코드가 전송되면 쉽게 감지 가능 3단계 : 회선 코딩 : 간단한 회선 코딩 사용

뒤섞기(scrambling) 지금까지 회선 코딩과 블록 코딩에서 동기화의 문 제를 해결하기 위해서 실제 비트 수 보다 전송하는 비트수를 증가시켰다. 이것은 전송 시그널의 대역폭이 증가하게 된다. 따 라서 이러한 코딩은 장거리 전송에서는 적합하지 않고 LAN에서 사용한다. 장거리 전송에서는 AMI와 같은 코딩을 사용하지만 동기화 문제를 완전히 해결하지 못한다. 어떻게 하면 비트 수를 증가시키지 않으면서 동기 화를 제동할 수 없을까?

뒤섞기(scrambling) 한 가지 해법은 비트의 수를 증가시키지 않으면 서 0이나 1이 지속되는 경우 이것을 0과 1이 반 복되는 신호(뒤섞인 신호)로 바꾸어 보내는 것 이다. 대표적인 뒤섞기 코딩 방법 B8ZS HDB3

B8ZS B8ZS는 8개의 연속된 0을 000VB0VB으로 변환

HDB3 연속적인 4개의 0이 전송되는것을 방지 4개의 연속적인 0 는 B00V 또는 000V 로 대체된 다.

아날로그 디지털 전송 아날로그 정보를 디지털 신호로 변환 아날로그 디지털 부호화 과정 Sampling clock PAM신호 PCM신호 아날로그 신호 표본화 양자화 부호화 디지털

채집 (Sampling) 회선 코딩과 블록 코딩은 이진 데이터를 디지털 신호로 변환시 사용 채집 회선 코딩과 블록 코딩은 이진 데이터를 디지털 신호로 변환시 사용 채집 음성, 음악등의 아날로그 신호를 녹화하고, 이를 디 지털로 변환하기 위하여 이진 데이터로 저장하는 과정 장거리 전화를 제공하기 위한 방법으로 사용 아날로그 신호는 장거리 전송시 강도가 약해짐 증폭기를 사용할 수 있으나 주파수 스펙트럼,위상 변이에 의해 신호가 일그러지고, 잡음 추가 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 전송하고, 수신측에서 다시 아날로그 신호로 변환

펄스 진폭 변조(PAM, Pulse Amplitude Modulation) 아날로그 신호로 표본을 채집하고 그 결과에 근 거하여 펄스를 제작 채집 : 일정 간격마다 신호의 진폭을 측정 디지털로 변환하기 위해서 펄스 코드 변조(PCM) 을 사용

펄스 코드 변조(PCM,Pulse Code Modulation) 정량화 : 채집된 값에 특정 범위에 속하는 정수값을 할당하는 방법 PAM, 정량화, 2진 부호화, 디지털 대 디지털 부호화의 4단계로 구성

표본 채집

양자화 (Quantization) 표본화된 연속적인 값을 디지털 데이터로 변환 하는것 양자화 단계 실제 아날로그 신호의 진폭은 Vmin 과 Vmax 사이에 존재한다고 가정 양자화 레벨값으로 나눔 각 레벨 구역의 중간값으로 양자화 값을 정함 샘플링관 진폭을 가장 근접한 양자화 값으로 적용 양자화할 진폭의 최대 한계값 양자화할 진폭의 최소 한계값 레벨의 종류 수

양자화 양자화 레벨 양자화 오류 양자화 레벨은 어떠한 범위 가지고, 얼만큼의 정확 성을 필요로 하는지에 따라 달라짐 Example : 음성신호 (L=256), 영상신호 (L=1000) 양자화 오류 연속적인 신호를 양자화 하며 발생하는 오차 양자화 값은 실제 신호의 근사값임

나이퀴스트 정리 채집율은 신호에 포함된 최대 주파수의 최소한 두 배가 되어야 함

델타 변조 (Delta Modulation) DM (delta modulation) PCM의 complexity 감소 : 신호의 변환이 단순함 PCM 은 각 sample마다 각각의 진폭을 가짐 앞 sample 과 변화 여부 확인

전송 방식

병렬 전송

병렬 전송 한번에 1개의 비트가 아닌 n개의 그룹의 비트를 전송하는 것 n비트를 전송하기 위해 n개의 전선을 사용 장점 단점 가격이 비싸다 가격으로 인해 짧은 거리로 제한

직렬 전송

직렬 전송 한비트가 다른 비트 뒤에 오므로, 통신하는 두 장치간 하나의 채널만 필요 장점 장치내 통신은 병렬로 구성 한비트가 다른 비트 뒤에 오므로, 통신하는 두 장치간 하나의 채널만 필요 장점 하나의 통신채널만 가지므로 병렬전송에 비해 1/n 만큼의 비용 절감 장치내 통신은 병렬로 구성 송신자와 전선 사이(병렬-직렬)및 전선과 수신자 (직렬-병렬)사이의 인터페이스에서 변환장치가 필 요 비동기식 또는 동기식으로 구성

비동기식 구성

비동기식 구성 신호의 타이밍을 중요시 하지 않음 정보 교환은 합의된 패턴으로 수신 및 변환 보통 8비트인 각 그룹은 링크를 따라 한 단위로 전 송 송신 시스템과는 무관하게 언제든지 링크에 중계 가능 보통 0인 시작비트를 바이트 시작부분에 추가 바이트 끝에 끝을 알리는 보통 1로 구성되는 정지 비트를 추가 총 8개의 데이터비트와 2개의 추가 비트로 구성 수신 장치는 각각의 수신 바이트마다 재동기화 수신자는 시작 비트를 수신후 수신되는 비트수를 세면서 n비트를 수신후 정지 비트를 찾고 그후 모 든 펄스를 무시

동기식 구성

동기식 구성 다수의 바이트로 구성 바이트와 다음 바이트 사이의 간격이 없음 수신자가 복호화를 위한 바이트를 비트로 분리 (0과 1로 끊임없이 수신된 문자열을 수신자는 재구성) 수신자는 수신된 바이트를 8비트 단위의 그룹 으로 분리 장점 비동기식에 비해 속도가 빠르다 고속 응용에 유리 데이터 링크 계층에서 이루어짐

DC Component 주파수가 ‘0’에 가까워지는 현상 낮은 주파수나 트랜스포머로 결합된 회로를 통 한 전송 불가 Baseline wandering이라 부름 전압이 일정하게 지속될 때 스펙트럼은 낮은 주파 수를 발생 낮은 주파수나 트랜스포머로 결합된 회로를 통 한 전송 불가 전화선은 200Hz 이하의 전파를 전송 못함 장거리 회선은 전기적 분리를 위해 여러 개의 트랜 스포머 사용

회선 코딩 Examples

Manchester Data Clock Manchester 1 Clock XOR Data

회선 코딩 요약 Category Scheme Bandwidth DC value Unipolar NRZ B=N/2 No self-synchronization, DC Polar NRZ-L NRZ-I Biphase B=N Self-synchronization, no DC Bipolar AMI Multilevel 2B1Q B=N/4 No self-synchronization 8B6T B=3N/4 4D-PAM5 B=N/8 Multiline MLT-3 B=N/3 Biphase :Manchester & Differentiated Manchester

IEEE 802 series Specification Description 802.1 Sets internetworking standards related to network management 802.2 Data-link layer (LLC, MAC) 802.3 CSMA/CD – Ethernet standard 802.4 Token Bus LAN 802.5 Toke Ring LAN 802.6 MANs 802.7 Broadband 802.8 Fiber-Optic 802.9 Integrated voice/data networks 802.10 Network security 802.11 Wireless network standard 802.12 Demand Priority Access LAN, 100BaseVG-Any LAN 802.13 Unused 802.14 Cable modem 802.15 Wireless personal area networks 802.16 Broadband wireless standards LAN 표준을 제정하기 위해 IEEE에서 802 프로젝트를 시작 (1980, Feburary)