Chapter 3. DATA AND SIGNALS

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◆ 데이터 요소와 신호 요소

• 아날로그 데이터 : 연속적인 정보. like 음성
• 디지털 데이터 : 이산값을 가지는 정보. like 0, 1의 형태로 저장되는 데이터

 

• 아날로그 신호 : 부드럽게 변하는 연속적인 파형
• 디지털 신호 : 갑작스럽게 변하며, 이산적이며 제한된 수의 정의된 값만 가짐

 

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◆ 아날로그 신호의 분류

Periodic signals(주기적)	Simple signal	정현파(sine wave)
	Composite signal(복합 신호)	정현파들의 집합. 각각으로 분리 가능 - 주로 기본 주파수(젤 작은 애)의 홀수배 주파수 정현파들의 집합
Aperiodic signals(비주기적)	반복되는 패턴이나 사이클 없이 변화함

- 데이터 통신에서는 주로 주기적 아날로그 신호 사용

 

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◆ 주기적 아날로그 신호의 특성

• Amplitude (진폭) 전압인 경우 많음
• Frequency (주파수) 1초에 신호 몇 개 반복됨? (f = 1/T)
• Phase (위상) time = 0 일 때 파형의 상대적 위치

 

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◆ 주기 및 주파수 단위

 

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◆ tme-domain plot vs frequency-domain plot

: 시간 영역과 주파수 영역

 

 

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◆ Bandwidth

: 대역폭

• Hz 단위의 대역폭 : 신호의 최고 주파수 - 최저 주파수. (전송할 수 있는 주파수 영역. 가청대역 느낌)
• bps 단위의 대역폭 : 초당 전송가능한 bit 수

문맥에 맞게 잘 선택해야 함!!

 

 

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◆ 디지털 신호의 level(준위)

- 전압, 와트, 암페어 등으로 신호를 분리함.

- L개의 Level -> log₂L개의 비트를 보냄

 

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◆ 디지털 신호(feat. 주파수)

디지털 신호는 0~무한대의 주파수를 가지는 복합 신호. 데이터 통신에서는 주로 비주기 신호 사용!!

• Periodic - 이산 주파수(기본 주파수의 홀수배 성분)
• Aperiodic - 연속 주파수
• Bandwidth - 무한대의 대역폭을 가짐

 

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◆ Bit Rate(비트율) & Bit Length(비트 길이)

bit rate : 1초 동안 전송된 비트 수(bps). 디지털 신호에서의 단위

bit length = propagation speed * bit duration

 

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◆ 디지털 신호 전송

• 기저대역 전송(baseband transmission)- D신호 -> A신호 변환 없이 그대로 전송
  - 주파수 0부터 시작하는 저대역 통과 채널(low-pass channel) 필요함
     -> Bandwidth와 Bit rate가 비례함
     -> 비용이 비쌈
• 광대역 전송(broadband transmission)
  - D신호-> A신호 변환하여 전송
  - 0이 아닌 특정 주파수부터 시작하는 띠대역 통과 채널(bandpass channel) 필요함
     -> 저대역 통과 채널보다 쉽게 구할 수 있음

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◆  전송 장애(Transmission Impairment) 

• Attenuation(감쇠) 

   - 매체의 저항 -> 에너지 손실 (전기 E -> 열 E)

   - 신호가 작아지면 증폭기(Amplifier)을 통해서 다시 증폭시킴.

 

 

• Distortion(왜곡)

   - 주파수별로 전파 속도가 달라서 지연(Delay)이 다름 -> 시간별 위상이 변화 -> 합치면 신호 왜곡

 

 

• Noise(잡음)

   - 열 잡음(thermal noise) 전자의 랜덤 움직임 -> 열 발생
   - 혼선(crosstalk) 다른 전선끼리 영향 미치는 것. 전화선 혼선되면 옆집 통화 들리기도 함

   - 충격잡음(impulse noise) 전원 문제, 번개 등

 

주변 기기에 의해서 안될수도 있음.(같은 주파수대 발생하면)

전자레인지가 2.4GHz 정도라서, 2.4GHz WiFi 잘 안되기도 함

 

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◆ dB (데시벨)

   

 dB(데시벨) 

   -  10로그(p2/p1)

   -  p2에서의 신호와 p2에서의 신호 차 -> 양수면 증폭, 음수면 감쇠된 것

-> 덧셈으로 신호의 곱을 표현 가능!!

 

 

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◆ SNR과 SNRdB

SNR(signal-to-noise ration) 신호 대 잡음 비

= 평균 신호 / 평균 노이즈

값이 클수록 굿. 단위는 Watt

 

SNRdB (SNR은 두 전력 비이므로 데시벨로 표시하곤 함)

= 10logSNR

 

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◆ Data Rate(데이터 전송률)의 결정 조건 3가지

여기서 Data Rate == Bit Rate 라고 보면 됨!!

Data Rate는 아래 3가지 요소들에 의해 좌우된다.

1. Bandwidth 가역대역 폭이 넓을수록 ~
2. Level의 개수 사용 가능한 신호 준위가 많을수록 ~
3. Noise 채널의 품질이 좋을수록(잡음이 별로 없을수록) ~

~ 데이터를 빨리 전송할 수 있다!

 

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◆ Nyquist Bit Rate (나이퀴스트 전송률)

- 잡음이 없는 채널인 경우, 

비트 전송률 = 2 * B * log₂L

(B는 대역폭, L은 신호 준위의 개수)

 

 

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◆ Shannon Capacity (섀논 용량)

- 잡음이 있는 채널의 경우, 

(디지털의 경우 기본적으로 잡음이 있다고 생각하면 됨!!)

C = B * log₂(1 + SNR)

(C는 용량(bps), B는 대역폭)

 

- C = 0 이면 어떤 데이터도 보낼 수 없음을 의미함!

 

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◆ 네트워크 성능 지표 (Network Performance)

1. Bandwidth 대역폭
   비트율 단위의 대역폭은 채널/링크/네트워크의 성능 지표로 쓰이기도 함. 
   100Mbps 대역폭 갖는다 == 100Mbps로 전송 가능하다
   
   
2. Throughput 처리율
   실제 데이터 전송 속도(대역폭은 최대치)
   -> 항상 T <= B
   
   
3. Latency 지연
   Latency = propagation delay + transmission delay + queuing delay + processing delay
   - propagation delay 는 실제로 가는 데 걸리는 시간을 의미함

 

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◆ BDP(대역폭 지연 곱)

- 일단은 Bandwidth * Delay 만큼 꽉꽉채워서 보내고, 못 보내진 것은 나중에 다시 보내는 방식.

여기서 Delay는 propagation delay를 의미함.

Bandwidth * Delay는 링크를 채울 수 있는 최대 비트수를 의미함. 

 

- 거리가 먼 곳에 전송할 경우에 유리! (응답이 올 때까지 기다리고 보내는 방식으로 전송하면 하루종일 걸릴수도 있음ㅠㅠ 따라서 밑져야 본전이니까 일단 보내자!! 하는 방식임)