[정보통신공학] Chap 3. Data Transmission

~ week 3-2 후반, week 4-1 ~

 

Internet Protocol Stack

Physical layer: bits on the wire.

Transmission of bit stream. Specifies medium. signal encoding technique. data rate. bandwidth. physical connector.

• 사례: Twisted pair, optical fiber, satellite, terrestrial microwave

Encapsulation
analog 신호로 전송됨. source. direct link. 아날로그 디지털 변환

 

Physical Layer: Data Transmission

• Transmitter: medium에 전송하기 최적화된 form인 analog signal로 변환.
• Transmission system: analog to analog 전송
• Reciever: waveform으로 0, 1 파악해서 DIgital bit stream으로 변환

Transmission Terminology

transmission medium을 통해서 이루어짐

• electromagnetic wave 전자기파의 형태로 통신이 이루어진다
• guided media (twisted pair, coaxial cable, optical fiber)
• unguided media = wireless (propagation through air. vacuum and seawater)

Transmission 용어

• Direct link: 연결 사이에 다른 기기 없음 (apmlifier, repeater은 포함되어도 됨)
• Point to point link: 2개 기기 사이의 direct link
• Multi-point link: 2개보다 많은 기기가 매체 공유

 

• Simplex: 단방향 (한 station이 TX, 다른 station이 RX) (Radio 등)
• Half duplex: 양방향이지만 한번에 하나씩만 (많은 와이파이)
• Full duplex: 두개가 동시에 보낼 수 있음

Analog? Digital?

- Sampling Theorem

- Time 측면: Sampling (가로축. 주기적으로 값을 뽑아내는 것)

- Value 측면: Quantization (세로축. resolution)

* quality 높이기: Sampling Rate 높이기, Quan bit 높이기

ex. sampling rate가 44100Hz: 하나의 간격은 1/44100초.

Tp = 1/fp 

 

Compact Disk

- 비휘발성. 직격 12cm.

- 74min의 Uncomppressed Audio (Quan bit=16bit, Sampling rate=44056Hz)

 

Periodic Signals

주기 신호 (Sine Wave도 Square wave도)

f(t+T)=f(t) //T: period

 

Sine Wave

기본적인 주기신호. 3개의 파라미터

f(t)=Asin( 2πft+ Φ )

A: Peak Amplitude - volt 기준으로 측정됨

f: Frequency - 신호가 반복되는 '속도'

Φ: Phase - 상대적인 위치

 

Frequency Domain Concepts

Fourier Analysis: 어떤 신호도 다양한 주파수의 사인파의 합으로 나타낼 수 있다

사인파 superposition(조합)하면 여느 임의의 X를 만들 수 있다

 

Time domain vs Frequency domain

Amplitude 세로축 같음

- Time domain에서 보기: 가로축이 시간(주기가 나타남)

- Frequency domain에서 보기: 가로축이 주파수

(ex. T=1/3 -> 주파수 도메인에 f=3이 솟아있음)

두개를 시간 대역에서 더했을 때와 주파수 대역에서 더했을 때를 비교

Fourier Transform : time domain -> frequency domain 변환 가능

- FFT (Fast FT)

- FDM 가능한 이유.

- 주파수 대역 잘 잘라 쓰는 것 중요.

 

Analog and Digital Data Transmission

Data 측면에서 Transmission이라 하고 (Digital)

Signal 측면에서 Signaling이라고 한다 (Analog)

 

Digital Signal의 장단점

• 장점: 저렴하다. noise 방해에 덜 취약하다.
• 단점: attenuation에 더 취약하다. 값 잘못 전달될수도 (analog는 amplifying하면 쉽게 바꿀 수 있음)

Analog and Digital Signaling of Analog and Digital Data

가장 일반적인 방법: 모뎀을 이용한 Modulation (Digital Data -> Analog signal w.modulation)

+) 모뎀: 디지털 신호가 입력되어 아날로그 신호가 출력되고 아날로그 망을 통해 전송된다.

+) 코덱: 아날로그 신호가 입력되어 디지털 신호가 출력되고 디지털 망을 통해 전송된다.

 

Transmission Impairments 전송 장애

수신된 신호가 달라졌음 (Analog: 신호 퀄리티 저하, Digital: bit 에러)

주요 impairments
1) Attenuation(감쇄), attenuation distortion (값 측면)
2) Delay distortion (시간 측면)
3) Noise (값 측면)

 

Attenuation

전송 매체를 통해 거리를 가면 갈수록 신호 강도가 작아짐.

주파수에 비례 (고주파이면 attenuation 큼)

- 로딩 코일 또는 증폭기를 사용하여 사용되는 주파수 대역에 걸쳐 감쇠를 균등화합니다

- 신호의 강도는: 감지되기 충분해야, 노이즈보다 충분히 커야. (Ps>Pn)

- 강도 높이려면 amplifier나 repeater 사용

 

Noise

TX와 RX 사이에 노이즈 섞이는 것. 통신 시스템에 가장 해가 됨(major limiting factor).

 

Noise의 종류 4가지

1. Thermal noise
   - 전자가 발생시키는 백색소음. 모든 주파수 대역에 존재함.
2. Intermodulation noise
   - modulation 과정에서 생김. 두 freq의 sum이나 차이가 조금 남는것
3. Impulse Noise
   - 외부 전자기장. Short duration high amplitude
4. Crosstalk
   - twisted pair, 신호가 물리적으로 유도되어서 원치 않은 신호 들리는 것

Shannon Capacity Formula

data rate, noise, error rate의 관계를 생각하자

- 빠른 속도->BER 높

- SNRdb = 10 * log_10(SNR)

- Capacity C = B * log_2(1+SNR)
  // 이론상의 maximum capacity (data rate)