정보전송기초이론(2)컴퓨터네트워크참고자료 목

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1

통신방식

• 단방향(simplex)

• 라디오나 TV 방송과같이송수신의방향이고정되어있는통신방식

• 반이중(half duplex)

• 휴대용워키토키와같이전송방향전환은가능하나동시에송수신은불가능한통신방식

• 전이중(full duplex)

• 동시에양방향으로송수신이가능한통신방식

• 2개의 2선식회선이나 2개의무선채널필요

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2

데이터전송방식

• 직렬전송• 하나의통신회선을이용하여 1비트씩순차적으로전송

• 병렬전송• 데이터를구성하는비트별로통신회선을따로두어한꺼번에전송하는방식

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3

s R

S R

신호변환방법

• 디지털데이터 -> 디지털신호

• 예 : DSU

• 아날로그데이터 -> 디지털신호

• 예 : CODEC

• 디지털데이터 -> 아날로그신호

• 예 : Modem을이용하여 PC 데이터를전화회선으로전송

• 아날로그데이터 -> 아날로그신호

• 예 : 음성신호를전화회선으로전송

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전송방식

• 베이스밴드(Base Band) 전송방식

• 전송신호를변조없이그대로전송하는방식

• 대역전송방식

• 전송할신호를충분히높은주파수의반송파를이용하여진폭, 주파수, 위상에대응하여전송하는방식

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디지털/디지털변환

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digital/digitalencoding

unipolar polar bipolar

단극형(unipolar encoding)

• 특징

• 다른용어로단류(single current)방식

• 1 또는 0을부전압(-)과 0전압, 혹은정전압(+)와 0전압에대응

• 매우단순하면서원시적

• 전송방식은간단하나전송로의감쇄와특성변화에따른영향이크므로단거리구간전송에이용

• 개념소개나디지털전송시스템의문제조사에이용

• 문제점

• 직류성분

• 신호의평균진폭이 0이아닌상태

• 신호에직류성분이있는경우직류성분을다룰수없는매체를통과하지못함

• 동기화

• 신호의변화가없는경우각비트의시작과끝구분이어려움 : 동기화문제

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단극형전송방식예

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단류 NRZ

1 110 01 0 0

0

-E

단류 RZ0

-E

극형(Polar encoding)

• 특징

• 양과음두가지전압준위사용

• 회선의평균전압준위감소화와직류성분문제완화

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NRZ(nonreturn to zero) (1)

• 비영복귀(NRZ: nonreturn to zero)• 신호의준위는항상양아니면음

• NRZ-L • 양전압은 1, 음전압은 0, 신호의준위는비트상태에따라좌우

• NRZ-I • 전압준위의반전이 1을표현

• 동기화를제공할수있다는점에서 NRZ-I이 NRZ-L에비해우수

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NRZ(nonreturn to zero) (2)

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RZ(return to zero)

• 연속적인 0이나 1에서동기를보장하는방안으로각비트마다신호의변화를준다.

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2상(Biphase) 부호화(1)

• 신호가비트간격한가운데에서변화하되, 0으로돌아오지는않는다.

• 맨체스터(Manchester) 부호화

• 동기화와비트표현을위해비트중간지점의신호전위를이용

• 차분맨체스터(differential Manchester) 부호화

• 비트중간의반전은동기화를위해, 비트표현은비트시작점에서의반전유무로표현

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2상(Biphase) 부호화(2)

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양극형(Bipolar) 부호화

• 양, 음및 0의세가지전압준위사용

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AMI(alternate mark inversion)• 제목의의미 : 교대로나타나는반전되는 1

• 다른이름 : 의사3진법(pseudoternary)

• 1이나타날때마다전압이반전됨으로써직류성분 0, 연속되는 1이나타나는경우동기화가능

• 문제는계속되는 0에서의동기화

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B8ZS(bipolar 8-zero substitution)• 연이은 0의문자열에동기화를제공하기위해북미에서채택한방식

• 연속되는 0에위반(violation)이라는인공적인신호변화를강제적으로주어동기화제공

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HDB3(High-density bipolar 3)•유럽/일본방식

•연속된 4개의 0을만나면양극형 AMI에변화삽입

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베이스밴드전송방식예(1)

• 바이폴라(bipolar) 방식• 단류방식의변형으로단류방식의펄스를교대로 (+), (-)의펄스로변환시키는방식

• 교대로펄스를이용하므로평균값이 0 -> 직류성분차단

• 차분(differential) 방식• 전압이변환되는점을 0에, 변환되지않는점을 1에대응

• 수신파형의극성이모두반전되어도복조가능

• 다이코드(dicode) 방식• 0에서 1로변화할때 (+) 전위, 1에서 0으로변화할때 (-) 전위, 변화하지않을때는 0 전위로하는방식

• CMI(Code Mark Inversion) 방식• (-)에서 (+)로변하면 0, (+) 또는 (-)로변화하지않으면 1로하는방식

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베이스밴드전송방식예(2)

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바이폴라 RZ

1 110 01 0 0

차분

다이코드

0

-E

+E

CMI0

-E

+E

0

-E

+E

0

-E

+E

아날로그/디지털변환

• 사람의목소리 -> 디지털신호

• 잠재적으로무한한수의정보를정보의손실을최소화하면서표현

• 예 : codec

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PAM (pulse amplitude modulation)• 아날로그신호로표본을채집(sampling)하고그결과에근거하여일련의펄스를생성

• 임의의진폭을갖는관계로데이터통신에는유용하지않다

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PCM (pulse code modulation)• PAM 펄스값을정량화(quantization)하여특정범위에속하는정수값을할당

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PCM 변환과정

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표본채집률과표본당비트수

• 나이퀴스트(Nyquist) 정리

• PAM을사용하여원래의아날로그신호를정확히재현하기위해서최소한표본채집률이원래신호의 2배는되어야한다.

• 표본당비트수는필요로하는정밀도의레벨에의해결정

• 비트율 = 표본채집률 X 표본당비트수

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디지털/아날로그변조

• 디지털신호를기반으로하는정보를아날로그신호로바꾸는과정

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디지털/아날로그부호화형식

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비트율과보오율

• 데이터전송속도(비트율)

• 매초당몇개의비트가전송되는가

• 단위 : bps(bits per second)

• 변조속도(보오율)

• 1초당몇회의변조가수행되었는지표시

• 보오(baud)

• 비트율과보오율의관계

• 하나의비트가하나의신호단위로사용될경우보오와 bps는동일

• 하나의신호에 3비트정보가담겨있다면보오의값은 1/3 bps

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진폭편이변조(ASK: amplitude shift keying)• 2진수 1과 0을표현하기위해신호의강도를이용

• 잡음(noise)간섭에민감

• ASK의요구대역폭 = (1 + d) X Nbaud

• 여기서 d는회선의상태와관련된계수(최소 0)

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주파수편이변조(FSK: frequency shift keying)• 2진수 1과 0을표현하기위하여신호의주파수이용

• ASK의잡음문제를대부분해소

• 반송파의물리적인용량에제한

• FSK의요구대역폭 = 신호의보오율과주파수변화의합 = (fc1 – fc2) + Nbaud

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위상편이변조(PSK : phase shift keying)• 2진수 1과 0을표현하기위하여신호의위상이용

• 잡음이나대역폭제한등에영향을받지않는다

• PSK의요구대역폭은 ASK의요구대역폭과같으나 PSK의최대비트율은 ASK보다훨씬크다

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위상편이변조예 : 4-PSK

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32

위상편이변조예 : 8-PSK

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33

구상진폭변조 (QAM : quadrature amplitude modulation)• ASK와 PSK를조합한형태

• 수많은변형가능

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QAM의예

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35

비트율과보오율비교(1)

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36

비트율과보오율비교(2)

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Modulation Units Bits/Baud Baud rate Bit rate

ASK, FSK, 2-PSK Bit 1 N N

4-PSK, 4-QAM Dibit 2 N 2N

8-PSK, 8-QAM Tribit 3 N 3N

16-QAM Quabit 4 N 4N

32-QAM Pentabit 5 N 5N

64-QAM Hexabit 6 N 6N

128-QAM Septabit 7 N 7N

256-QAM Octabit 8 N 8N

아날로그/아날로그변환

• e(t) = E cos(wt + f)

• E : 진폭 w : 주파수 f : 위상

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진폭변조(AM: amplitude modulation)

• 변조신호의진폭변화에따라반송파의진폭이같이바뀌는방식

• AM 신호의대역폭

• 변조되는신호의대역폭의2배

• 오디오신호: 5kHz -> AM 방송 : 10kHz

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SSB(single side band)

• 한쪽측대파만을이용하여전송하는방식

• 장점

• 주파수이용효율증가

• 저전력통신가능

• 소형화가능

• 단점

• 회로구성이복잡

• 가격이높다

• 동기를맞추기위한발진기필요

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주파수변조(FM : frequency modulation)

• 반송파신호의주파수가변조신호의전압준위변화를따른다.

• FM 대역폭은변조신호대역폭의 10배

• 예 : 스테레오의경우오디오신호대역 15kHz -> 방송150kHz이상 (200kHz)

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위상변조(PM: pulse modulation)• 반송파의위상이변조신호의전압준위(진폭)의변화에따라변조

• FM에서중간단계로많이이용

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동기식과비동기식(1)

• 비동기식

• start-stop 방식

• 한번에한문자씩, stop bit은 1, 1.5, 2비트길이

• 무통신상태는 1유지

• data 8비트에 2 ~ 3비트추가 : 이용률 70 ~ 80%

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idle 상태

전송데이터

start stop

동기식과비동기식(2)

• 동기식

• 동기를맞춘후송수신측사이에미리정해진수만큼의문자열을한번에보내는전송방식

• 비트동기방식

• 동기신호를별도로전송하는방식

• 수신신호에서동기신호를검출하는방식

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동기식과비동기식(3)

• 문자동기방식

• SYN, STX, ESC 등특수문자를이용

• SYN(00010110)을데이터블록선두에붙여동기를취하고, 마지막에 ETX 송신

• 중간에 SYN가나오는경우 SYN,SYN

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SYN STX ETX SYN...

전송프레임

문자데이터

동기식과비동기식(4)

• 프레임(frame) 동기방식

• 데이터처음과끝에 flag(01111110)을추가하여데이터의처음과끝을표시

• bit stuffing

• 01111110 -> 011111010

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01111110

플래그주소 제어 정보

01111110

플래그프레임체크섬

연습문제

• 신호변환방법의종류를들고각각의예를제시하시오.

• 극형부호화방식이단극형부호화방식에비해개선된점을설명하시오.

• PCM 방식의과정을설명하시오.

• ASK, FSK, PSK, QAM을비교설명하시오.

• SSB 방식에대해설명하시오.

• 비동기식전송에대해설명하시오.

• 문자동기방식과프레임동기방식을비교설명하시오.

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