physical layer에서는 signal을 다룬다
Signals란?
signal은 아래 그림과 같이 analog signal과 digital signal로 나눌 수 있다
Analog signal
Analog signal은 또다시 주기적 신호와 비주기적 신호로 나눌 수 있다
현실에서 신호는 대부분 비주기적 신호이겠지만 여기서는 주기적 신호를 다룬다
(주기적 신호는 더이상 다른 signal로 분해될 수 없는 sin 파로 나타낸다)
아날로그 신호를 다루는 용어
Period: 주기
signal이 한 cycle 도는데 걸리는 시간 (sec 단위)
Amplitude: 진폭
wave의 중간 지점과 가장 높은 지점 사이의 차이 (V 단위)
(min 부터 max가 아니라 0부터 max인것에 주의)
Phase: 위상
시간이 0일때를 기준으로 얼만큼 이동했는가 (도 단위)
이렇게 T(Phase), A(Aplitude), P(Period)를 신호의 3요소라고 하고 이 3가지만 알면 wave를 그릴 수 있다
Frequency: 주파수
단위 시간당 몇번 진동했는가를 의미 (Hz 단위, period의 역수)
Wavelength: 파장(람다)
한 주기동안 간 거리
람다를 파장, c를 전파속도, f를 주파수, T를 period라고 할 때 아래의 식이 성립함
즉, 주파수와 파장은 반비례
문제: 주파수가 30GHz인 신호의 파장은?
30GHz = 30 x 10의 9승 Hz
빛의 속도 c = 3 x 10의 8승 m/s
따라서 c = 람다 x f, 람다 = (3 x 10의 8승) / (30 x 10의 9승) = 1/100 m = 10 mm
Bandwidth: 대역폭
frequence의 범위
sin wave를 여러개 합치면 composite signal을 만들 수 있는데 이 composite signal의 frequence range를 bandwidth라고 한다
composite signal에서 bandwidth는 lowest frequency와 highest frequency를 구해서 그 차이를 뜻함
Band(대역)를 중심주파수라고 하고 이 주위로 폭이 있는데 그 폭이 bandwidth
신호의 대역폭에 맞는 전송방식이 있어야 data를 보낼 수 있음
Time and Frequency Domain
가로축이 time 이나 frequency나를 나타내고 아래와 같이 표현할 수 있다
Digital Signal
0과 1로만 구성된 신호
digital 신호는 두개 이상의 level을 가지고 있고 level은 2의 제곱수 개를 가질 수 있다
아래 예시는 level 2개와 4개인 digital 신호를 예시로 든 것으로 1초에 8번 상태 변화가 있더라도 level이 더 많으니 더 많은 신호를 보낼 수 있다
그러면 level이 많으면 무조건 좋은가?
세기가 동일하다는 가정하에 level이 많으면 그만큼 level 사이의 간격이 줄어들기 때문에 오류가 날 가능성이 높아진다
Digital 신호를 다루는 용어
Bit rate: 전송 속도
1초에 몇 bit를 보냈냐를 의미 (bit per second: BPS)
periodic한 analog 신호는 frequency나 period를 통해서 전송속도를 나타낼 수 있지만, digital 신호는 이런 주기가 없기 때문에 bit rate을 속도로 사용한다
속도의 단위에서 K, M, G
- 속도의 단위(bps) 에서는 각각이 10의 3승만큼 차이가 남
- 크기의 단위(byte) 에서는 각각이 2의 10승만큼 차이가 남
문제
결국 100 x 24 x 80 x 8 bit를 분당 다운 받은 거임
즉, 100 x 24 x 80 x 8bit = 1,536,000 bit / minute
= 1,536,000/60 bps = 25,600 bps = 25.6 Kbps
Bit Length
한 bit 보내는데에 몇초가 걸리냐 (bit rate의 역수)
앞선 문제에 적용시키면 25.6 Kbps = 1/25,600 sec
= 0.0000390625 sec = 39.0625 Kbps
속도에서 단위는 역시 반대로
- 10의 -3승: 밀리
- 10의 -6승: 마이크로
- 10의 -9승: 나노
로 표현한다
digital 신호의 전송
- Baseband transmission
- Bandpass transmission
Baseband transmission
앱 내에서 데이터를 주고 받는 경우와 같이 낮은 주파수로 digital 신호를 변환 없이 직접 보냄
Bandpass transmission
외부로 나갈 때와 같이 높은 주파수 대역으로 digital 신호를 analog 신호로 변환하여 보냄
근데 이거 왜 bandpass는 멀리 가려면 낮은 주파수 대역이 필요한데 왜 높은 주파수 대역으로 보내지?
규제 및 사용가능한 대역이 정해져 있고 고주파수 대역이 일반적으로 더 넓은 대역폭을 제공할 수 있기 때문에 더 높은 데이터 전송률을 지원하기 때문이다
