신호 전송과 전송미디어

데이터 전송 시 고려사항 감쇄 왜곡 잡음(noise) 전자파의 에너지 손실을 의미 발생이유: 전송 도중 흡수되거나 열에 의해서 변화가 되기 때문. 감쇄현상이 일어나면 수신측에서 정보를 검출하기가 곤란하여 전파거리(propagation distance)를 감소시킴 왜곡 여러 개의 주파수로 구성된 신호의 경우, 링크상에서의 전파현상은 서로 상이한 주파수에 따라 서로 다르게 감쇄되고 지연되어, 수신 신호가 전송 신호와 다르게 되어 발생되는 현상 잡음(noise) 도전체에서 전자의 열운동(thermal agitation)으로 인하여 광원이 만드는 광자수의 불확실함 때문에 발생하는 현상 만일 잡음이 없다면 고속으로 비트 정보를 전송할 수 있어서 적어도 회로가 만들어 낼 수 있는 비트의 수만큼 전송이 가능하게 됨.

Section 03 신호 전송과 전송모드 데이터 전송과정 데이터 전송의 예 데이터 통신 시스템에서 정보의 표현은 0과 1만을 사용하는 비트(bit: binary digit) 정보로 나타내고, 각 비트정보는 전기 신호 또는 광 신호로 변환되어 전송. 즉 전송할 데이터를 심볼화된 비트정보(이를 코드로 표현한다)로 바꾼 다음, 이를 다시 전기적 신호로 변환한 다음, 변환된 신호를 전송. 데이터 전송의 예 이진수 정보 ‘0’은 음의 전압값을 갖는 신호(signal)로 바꾸고, 이진수 정보 ‘1’은 양의 전압값을 갖는 신호로 변환(이를 부호화(encoding) 과정이라고 함). 비트정보는 이처럼 전기에너지를 갖는 신호형태로 변환되어 전송됨.

동기식 전송방식 동기식 전송방식은 데이터 전송하고자 할 때 전송측과 수신측 사이에 클럭을 일치시켜 동기화를 수행하여 전송하는 방식 비트정보는 정해진 규칙에 따라 그룹화하여 처리 데이터 단위를 데이터 프레임(frame)이라 함. 일반적으로 프레임의 첫 부분은 동기화를 위한 SYN 문자코드를 포함하도록 되어있으며, SYN 문자코드는 고유한 비트 패턴을 갖음 (예) 광통신 시스템의 대표적인 접속 표준으로 SONET (Synchronous Optical Network) (장점) 동기식 전송방식은 전송 데이터의 분량이 상당히 큰 경우에 비동기식 방식보다 효율적 (단점)유연한 인터페이스의 제공이 어렵고 스위칭 구조가 복잡해짐. SYN 에러체크 데이터 제어비트

비동기식 전송방식 비동기식 전송방식에서는 일반적으로 정보의 표현을 8비트로 구성된 문자(character) 코드(code)를 기반으로 함. 하나의 문자정보에 시작비트와 종료비트를 포함하여, 전송장치에서 한 번에 하나씩 문자정보와 동기화 비트를 함께 전송하고, 수신측에서는 각 문자마다 동기화가 이루어지도록 함. 따라서 동기식 전송방식에서처럼 전송측과 수신측 사이에 클럭을 일치시키는 과정이 중요하지 않음 (예) x의 값을 가진 시작비트로부터 시작되어 문자정보가 이어지고 마지막으로 종료비트인 y가 전송

비동기식 전송방식의 사용예 (RS-232C) RS-232C의 구조와 이를 이용하여 데이터를 전송하는 과정 접지선(7번핀)은 직접적으로 다른 장치의 접지선에 연결되어 있고, 또 다른 두 라인은 서로 전송(2번핀)/수신(3번핀)이 역으로 연결 (장점) 비동기 전송방식은 간단하고 저렴함. (단점) 문자당 2～3 비트의 오버헤드(제어를 위한 정보)를 요구하므로 전송효율 저하.

Section 02 정보전송시스템(데이터 전송계) 유선 선로 꼬임선, 동축 케이블, 광섬유 케이블 꼬임선 개념 구리선 두 가닥을 서로 균일하게 꼬아서 여러 다발로 묶어 보호용 피복선을 입힌 케이블 트위스티드 페어 케이블이라고도 함 인접한 쌍과의 전자기 간섭현상을 줄이려고 전선을 꼬아서 사용 피복된 도선 여러 쌍을 묶어 선(케이블) 하나를 만듦. 단거리에는 직경이 0.4mm 정도, 장거리에는 1.6mm 정도인 선 사용

전송매체 꼬임선 종류 전자기 간섭(EMI)에 따라 UTP, FTP, STP로 분류 UTP(Unshilded Twisted Pair, 비차폐 꼬임선)과 FTP(Foiled Twisted Pair) : 전화에서 사용 STP(Shilded Twisted Pair, 차폐 꼬임선) : UTP보다 성능 우수 FTP는 전자기 간섭을 막으려고 전체 케이블에 피복을 씌운 형태 STP는 전자기 간섭을 막으려고 전체 케이블에 피복을 씌운 형태(외부 전류에서 케이블을 보호하려고 하나의 피복 안에 있는 각 쌍을 은박지로 둘러싼 것) 전자기 간섭을 덜 받는 순서대로 나열하면 STP, FTP, UTP

전송매체 UTP의 카테고리와 통신 용량(1Mbps=1,024bps) 똑같은 외부 피복 하나에 케이블 네 쌍을 서로 엮어놓았고, 전화선이나 근거리 통신망용 케이블에 사용 카테고리(CAT 또는 Category)별로 1~5로 분류, 숫자는 단위 거리당 케이블이 꼬여 있는 수를 나타냄

Section 04 전송미디어와 전송특성 동선 동선(Copper wire)은 가장 흔히 사용되는 전송미디어로 두 가닥의 절연된 동선이 균일하게 서로 감겨있는 형태 서로 꼬임선(twisted pair)이 되도록 구성함으로써 신호간의 간섭효과를 최소화 동선의 굵기는 0.016～0.036인치 정도. 일반적으로 전화 시스템에서 주로 사용되고 있으며, 건물 내 통신수단으로도 유용하게 사용. 거리, 대역폭, 전송률에 있어서 많은 제약이 있고 또한 간섭이나 잡음에 매우 민감.

동축케이블 (coaxial cable) 두 개의 단일 전선과 그를 감싸고 있는 원통형의 외부도체로 구성. 장거리 전화 및 TV 전송 TV 분배(distributor), LAN, 단거리 시스템 링크 등에 다양하게 사용. 동선(트위스트 페어) 보다 높은 주파수 효율과 데이터 전송률을 갖음. 감쇄, 열잡음, 상호잡음변조 등에 따른 제약이 있어서 장거리 전송시 수 km마다 리피터가 필요하며,높은 데이터 전송률을 가질수록 그 간격은 더욱 좁아짐.

광섬유 광 전송 기술의 발전으로 데이터 전송기술은 획기적으로 진보된 기술 유리(glass) 또는 플라스틱을 이용하여 제작 (2～125 μm 정도로 매우 가늠) 원통형 구조물로 코어(core), 클래딩(cladding), 재킷(jacket) 등 3개의 동심부분으로 구성 (제약)광이 진행되면서 발생하는 감쇄에 의한 제약과 광의 분산에 따른 제약 감쇄에 의한 제약은 광을 증폭함으로써 개선하며, 분산에 따른 제약은 산란에 영향이 적은 파장대역으로 천이하는 방법으로 개선.

광섬유의 분류 단일모드 광섬유 다중모드 광섬유 코어 안에서 단일모드 광섬유는 1개의 전파 모드만으로 정보를 전송하는 것 넓은 대역으로 정보를 전송할 수 있어 중장거리 트렁크 회선과 국제간의 통신선로로 이용되고 수 Gbps의 전송속도가 가능 코어의 직경은 약 8~10μm 정도로 작아서 접속이 어려움. 다중모드 광섬유 여러 개의 전파모드로 정보를 전송할 수 있는 선로로서 가장 널리 사용 전송속도는 약 100 Mbps 정도, 코어의 직경은 약 50μm 정도로 단일모드에 비해 큼 굴절률 분포에 따라 계단형(Step index)과 접속형(Gladed index)으로 구분 광케이블은 고속 대용량의 전송이 가능하고 장거리 전송, 고품질의 전송이 가능하고 가볍고 내구성이 강한 반면, 비싸고 접속이 쉽지 않다는 특징이 있음.

광섬유의 특성 광대역폭: 광섬유의 특성은 넓은 대역폭의 사용이 가능하여 수 Gbps이상의 전송률까지 가능 동축케이블은 수백 Mbps까지 가능하며, 트위스트페어인 경우 수 Mbps 정도. 경량구조: 광섬유는 크기가 아주 작으며, 무게가 가벼워서 설치와 지지에 필요한 구조물을 최소화할 수 있음. 적은 감쇄현상: 동축케이블이나 동선에 비하여 감쇄현상이 현저히 적음. 전자기적 격리: 외부적 전자기장에 영향을 받지 않으므로 간섭, 충격잡음, 누화현상 등에 매우 유리. 넓은 리피터 설치간격: 리피터 설치의 수가 적으므로 비용면에서 유리 

마이크로파와 위성통신 링크 마이크로파 위성통신 링크 대기의 전리층을 이용한 마이크로파(microwave) 통신은 장거리 전송에 널리 이용 (장점) 산, 바다, 강 등과 같은 자연적인 장애물을 극복하여 통신 가능 (단점) 수신기로 도착하는 전파의 다중경로 현상인 페이딩(fading) 현상에 의해서 양질의 서비스를 보장할 수 없는 경우가 발생할 수 있음. 위성통신 링크 SHF 이상의 대역을 사용하는 통신방식으로 가장 넓은 통신영역을 포함할 수 있는 통신기술 현재 국내의 무궁화 위성을 비롯한 대부분의 통신위성은 Ku 밴드(12-14GHz)의 주파수 대역을 사용

주요 전송미디어의 비교

다중화 기법과 교환기술

Section 01 다중화(Multiplexing) 기법 다중화의 개념 데이터 링크와 링크 공유 데이터 통신 시스템에서 디바이스 간의 데이터 전송은 데이터링크를 통해 이루어짐. 다중화 기법(multiplexing)은 데이터링크의 공유에 관한 총괄적인 표현 링크 공유의 의미 다중화기(MUX, multiplexer)를 통한 링크 공유 다중화기란? n개의 입력 디바이스가 동시에 하나의 데이터링크를 상호 공유하도록 해주는 특별한 장치. 역다중화기: 다중화기의 역과정을 수행.

다중화 기법과 분류 다중화 기법(multiplexing)이란? 데이터링크의 효율성을 극대화하기 위하여 다수의 디바이스가 단일 데이터링크를 공유하여 전송하는 효율적인 데이터 전송 기법 구현방법에 따른 다중화 기법의 분류 주파수분할 다중화(FDM, frequency division multiplexing) 시분할 다중화(TDM, time division multiplexing) 통계적 시분할 다중화(Statistical TDM) 코드분할 다중화(CDM, Code division multiplexing)

주파수분할 다중화 방식(1) 주파수분할 다중화 방식이란? 변조란? 데이터링크(채널)의 주파수 대역폭을 몇 개의 작은 주파수 대역으로 나누어서 각각을 부채널(sub channel)로 재구성한 다음, 각 부채널을 여러 개의 디바이스에 할당함으로써 각 디바이스로부터 나오는 신호를 동시에 전송하는 방식 일정한 대역폭을 가진 데이터링크의 대역폭을 나누어서 만든 부채널상의 신호는 서로 다른 주파수 대역으로 변조(modulation)하여 전송 변조란? 신호의 진폭 주파수 위상 등 그 특성을 변화시켜 전송링크에 적합한 파형(waveform)이 되도록 변환하는 과정

주파수분할 다중화 방식(2) 수신측은 적절한 filter를 통해 각 부채널의 신호를 구분한 다음, 각 부채널별로 복조(demodulation)하여 본래의 신호로 재구성. 복조란? 변조된 신호를 원래의 신호로 되돌리는 과정, 즉 역변환 과정 주파수분할 다중화의 개념도--> [그림 3-2] (a) 채널의 주파수 대역폭을 6개의 부채널로 나누어 사용

주파수분할 다중화 방식(3) 장점 단점 주파수분할 다중화 방식의 사용 예 비교적 간단한 구조로 구현되므로 비용이 저렴 별도의 변조기 혹은 복조기를 필요로 하지 않음 (주파수 분할 다중화 자체가 주파수 편이 변복조기의 역할을 수행하기 때문) 단점 대역폭 낭비로 인한 채널의 이용률이 저하 주파수분할 다중화 방식의 사용 예 TV 방송, 케이블 TV 등 TV 방송 신호 : 6 MHz의 주파수 대역이 필요 (영상신호, 컬러정보 신호, 음성신호의 전송)

시분할 다중화 기법(TDM) 시분할 다중화 방식이란? 채널(channel)에 할당된 데이터 전송 허용시간을 일정한 시간 슬롯(time slot)으로 나누고, 채널도 다시 부채널(sub channel)로 나누어, 각 시간 슬롯을 부채널에 순차적으로 할당하여 사용하는 방식 개념도 : [그림3-2] (b) 시분할 다중화 기법을 사용하는 각 부채널은 주기적으로 돌아오는 시간 슬롯을 이용하여 자신의 데이터를 전송. 변조란? 신호의 진폭 주파수 위상 등 그 특성을 변화시켜 전송링크에 적합한 파형(waveform)이 되도록 변환하는 과정 비동기식(통계적) 시분할 다중화 방식과 구분하여 동기식 시분할 다중화 방식이라 함.

시분할 다중화 기법의 동작과 장단점 시분할 다중화 기법의 적용 예 :DS-1 전송 형식 (24개의 채널을 시분할 다중화) 장점 간단한 구조로 되어 있어 저렴한 비용 데이터 전송률 조절 가능 단점 시간 슬롯의 낭비

통계적 시분할 다중화 기법 통계적 시분할 다중화 기법(STDM, Statistical TDM)이란? 장점 단점 동기식 시분할 다중화의 단점을 보완한 기술로서, 동적으로 대역폭을 각각의 부채널에 할당. 동기식 시분할 다중화기법은 시간 슬롯을 각 부채널에 무조건 할당하는 반면, 통계적 시분할 기법은 시간 슬롯을 데이터 전송을 하고자 하는 부채널에만 전송기회 허용 장점 대역폭의 낭비를 최소화 (동적 할당기법을 사용) 단점 회로가 복잡해지고 비용이 증가

동기식 TDM과 통계적 TDM의 비교 4개의 데이터 소스와 4개의 시간 간격(t0, t1, t2, t3, t4)에서 출력된 데이터