제 4 장 디지털 전송 4.1 회선 코딩 4.2 블록 코딩 4.3 채집 4.4 전송방식 4.5 요약

4.1 회선 코딩 일련의 2진 비트 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업

회선 코딩의 특징 신호 준위 대 데이터 준위 신호준위 개수: 특정 신호로 나타낼 수 있는 값들의 개수 데이터 준위 개수: 데이터를 나타내는 데 사용되는 값들의 개수

회선 코딩의 특징 2. 펄스 전송률 대 비트 전송률 펄스 전송률 : 초당 펄스의 개수 비트 전송률 : 초당 비트의 수 펄스 : 하나의 심벌을 전송하기 위해 필요한 최소한의 소요 시간 비트 전송률 : 초당 비트의 수 L : 신호의 데이터 준위 개수 비트 전송률 = 펄스 전송률 × log2L

회선 코딩의 특징 예제 1 어떤 신호가 두 개의 데이터 준위를 가지며 펄스 시간은 1ms이다. 다음과 같이 펄스 전송률과 비트 전송률을 계산할 수 있다. 펄스 전송률 = 1 / 1× 10-3 = 1,000 pulses/s 비트 전송률 = 펄스 전송률 × log2L = 1,000 × log22=1,000 bps 예제 2 어떤 신호의 데이터 준위는 넷이고 펄스 시간은 1ms이다. 아래와 같이 펄스 전송률과 비트률을 구한다. 비트 전송률 = 펄스 전송률 × log2L = 1,000 × log24=2,000 bps

회선 코딩의 특징 3. 직류 성분 직류 성분을 통과시키지 않는 시스템을 통과할 경우 신호가 찌그러지거나 결과에 오류가 생길수 있다. 회선에 남아있는 추가 에너지로 아무 쓸모가 없다.

회선 코딩의 특징 4. 자기 동기화 발신자와 수신자의 비트 간격을 맞추는 것 자기 동기화 디지털 신호는 전송되는 데이터 안에 타이밍 정보를 포함 전압을 바꾸어 발신자의 타이밍에 수신자의 타이밍을 맞춤

회선 코딩의 특징 예제 3 어떤 디지털 전송에 있어서 수신자의 시계가 발신자의 시계보다 0.1% 빠르다고 한다. 만일 전송률이 1Kbps라면 수신자는 매초 얼마만큼의 추가 비트를 받게 되겠는가? 만일 데이터 전송률이 1Mbps라면? 1Kbps일 경우, 발신자가 1,000bps일때, 수신자는 1,001bps가 되고 1Mbps일 경우, 발신자가 1,000,000bps일 때, 수신자는 1,001,000 가 된다.

회선 코딩의 방식 단극형 극형 비영복귀

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

극형 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

비영복귀 NRZ-L NRZ-I 양전압은 1, 음전압은 비트 0을 의미 긴 스트림의 데이터를 수신했을 경우, 송신자와 클록 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 동기화를 제공

영복귀

영복귀 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 부족하므로 양, 음, 영을 사용 비트마다 구간동안 변환 양전압은 1을, 음전압은 0을 표현 한 비트를 부호화하기 위해 두번의 신호 변화가 이루어지므로 너무 많은 대역폭을 차지

맨체스터 동기화를 달성하는 동시에 해당 비트를 표현하기 위해 각 비트 간격 중간에서 신호를 반전 두가지 전이를 통해 RZ 와 같은 수준의 동기화를 달성

차분 맨체스터 부호화 비트 간격 중간에서의 반전은 동기화를 위해 사용 비트 간격 시작점에서의 전이 여부로 비트를 식별 (비트의 전이는 0을, 무변화는 1 을 의미)

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

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

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

4.2 블록 코딩 동기화를 확보하기 위해서 여분의 비트가 필요 오류 탐지를 위해서도 다른 여분의 비트를 포함해야 함

블록 코딩

블록 코딩 변환 단계 1 단계 : 분리 2 단계 : 대체 3 단계 : 회선 코딩 비트들을 각각 m개의 비트의 그룹으로 분리 m개의 비트 그룹을 n개의 비트 그룹으로 변환 4비트 그룹(16개의 그룹)을 5비트 그룹(32개의 그룹)으로 변환 가능 5비트 그룹의 절반을 사용하여 표현 가능 연속적인 0이나 1이 없는 코드를 골라 사용 사용하지 않는 코드로 바뀌어 전달되는지를 체크하여 오류 체크 가능 3 단계 : 회선 코딩 2단계에서 복잡한 회선 코딩의 주요 기능을 제공하므로 간단한 회선 코딩 사용

4B/5B 블록 코딩 Data Code 0000 11110 1000 10010 0001 01001 1001 10011 0010 10100 1010 10110 0011 10101 1011 10111 0100 01010 1100 11010 0101 01011 1101 11011 0110 01110 1110 11100 0111 01111 1111 11101

4B/5B 블록 코딩 Q (Quiet) 00000 I (Idle) 11111 H (Halt) 00100 Data Code Q (Quiet) 00000 I (Idle) 11111 H (Halt) 00100 J (start delimiter) 11000 K (start delimiter) 10001 T (end delimiter) 01101 S (Set) 11001 R (Reset) 00111

몇몇 일반적인 블록 코딩 4B/5B 8B/10B 8B/6T 4B/5B보다 오류 탐지가 우수 8비트 그룹을 6개의 심벌 코드로 변환하도록 설계

4.3 채집 회선 코딩과 블록 코딩은 이진 데이터를 디지털 신호로 변환시 사용 채집 장거리 전화를 제공하기 위한 방법으로 사용 음성, 음악등의 아날로그 신호를 녹화하고, 이를 디지털로 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

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

채집 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

나이퀴스트 정리

채집 나이퀴스트 정리(Nyquist theorem) 예제 4 아날로그 신호에서 얼마나 많은 표본을 채집할지를 결정 PAM을 사용하여 원래의 아날로그 신호를 정확히 재현하기 위해서는 표본 채집률이 원래 신호의 최고 주파수의 두배이상이 필요 예제 4 10,000Hz(1,000Hz에서 11,000Hz까지)의 대역폭을 갖는 신호에 필요한 표본채집률은 얼마인가? 표본 채집률은 신호의 최고 주파수의 두배가 되어야 한다. 표본 채집률 = 2(11,000) = 22,000 samples/second

채집 표본당 몇 비트 정밀도의 레벨에 따라 결정 예제 5 예제 6 신호가 채집되었다. 각 표본은 적어도 12레벨의 정밀도(+0에서 +5,-0에서 -5)를 요구한다. 각 표본에서 보내어지는 비트수는 얼마인가? 4비트가 필요하다. 한비트는 부호 비트를, 나머지 세 비트는 값을 표현한다. 23=8레벨이므로 000에서 111까지 표현가능하다. 예제 6 사람의 목소리를 디지털화하고자 한다. 표본당 8비트라고 가정했을때, 비트율은 얼마인가? 인간의 목소리는 보통 0에서 4,000Hz 사이의 주파수를 갖는다. 그러므로 표본 채집률 = 4,000 × 2 =8,000 samples/second 비트율 = 표본 채집율 × 표본당 비트 수 = 8,000 × 8 = 64,000bit/s = 64Kbps

4.4 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 하나의 통신채널만 가지므로 병렬전송에 비해 1/n만큼의 비용 절감 장치내 통신은 병렬로 구성 송신자와 전선 사이(병렬-직렬)및 전선과 수신자(직렬-병렬)사이의 인터페이스에서 변환장치가 필요 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 전송 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 모든 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 그룹으로 분리 장점 비동기식에 비해 속도가 빠르다 고속 응용에 유리 데이터 링크 계층에서 이루어짐

요약