Digital Signal은 여러개의 level을 가질 수 있으며, level이 n씩 늘어날 수록 표현할 수 있는 비트수는 log2 (n)만큼 늘어난다.
Channel
정보를 주고받기 위한 독립된 자원, 매체.
하나의 채널을 사용하면 다른 채널의 정보에게 간섭을 주지않음.
Low pass channel - 채널을 통해서 전달할 수 있는 신호가 0 ~ 특정한 주파수 X
Band pass channel - 채널을 통해서 전달할 수 있는 신호가 특정한 주파수 X ~ 특정한 주파수 X
Baseband signal이 0~X의 범위일때 low-pass channel을 사용하면 다른 signal들과 서로 간섭 => Carrier signal을 합치는 Modulation을 통해 band pass channel로 전송한다.
+ 디지털 Signal은 bandwidth의 범위가 무한하므로 한번에 하나밖에 전송못하는 Low pass channel을 사용해야하므로 손해가 크다.
그래서 이경우에는 f1~f2의 범위를 사용하는 band pass channel에 디지털 Signal을 보내면 0~f1, f2~무한대의 Signal은 통과하지 못하고 f1~f2의 Signal만 통과한다. ex) 위층에서 밴드음악을 크게 틀어놔도 아래집에서는 저음역대만 잘 들린다.
=> 한번에 여러개의 신호를 전달하려면 Band pass channel을 사용해야하고, 이때 Carrier signal을 합치는 Modulation을 통해 band pass channel로 전송
Transmission Impairment
Signal이 전송되는것은 완벽하지 않다.
전송을 방해하는 요인들
1. Attenuation 감쇠
2. Distortion 왜곡
3. Noise 잡음
Attenuation 감쇠
Signal이 전송매체를 따라 이동할때 멀리 이동하면 이동할 수록 신호가 약해지는 것. 장거리 통신 시에 중간중간 Amplifier(증폭기)를 설치해서 감쇄된 신호를 처음 출발할때의 세기로 증폭시켜준다.
증폭기를 사용하려면 얼마나 감쇠되었는지 감쇠량을 측량해야함
dB (데시벨) : 두 신호 세기의 비율
신호가 p1의 세기로 출발해 p2가 되었다고 하면 10 log10 (p2/p1) dB
이때 신호가 증폭되어 p2가 커지면 양수가 나오고, 신호가 감쇠되어 p2가 작아지면 음수가 나옴. 이때 신호가 감쇠되었을때에는 음수가 나오므로 p1, p2의 자리를 바꿔 계산해도 된다.
Ex) 신호가 커지면 3dB, 신호가 약해지면 -3dB or loss 3dB이라고 표현.
log10(2) = 0.3010이므로 p2에서 신호가 2배 증가한다면 3dB이 나온다.
4배 증가한다면 log10(2^2)이므로 6dB, 8배 증가한다면 log10(2^3)이므로 9dB.
신호의 세기가 같다면, 0dB
dB는 매우 크거나 매우작은 수치를 간략하게 표현 가능하고, 수치의 곱의 표현을 합으로 계산하므로 사용한다.
하지만 조금 더 절대적으로 구할필요가 있음.
dBW - p1이 1W일때 p2가 얼마나 증폭/감쇠 되었나.
dBm - p1이 1mW일때 p2가 얼마나 증폭/감쇠 되었나.
ex) 0dBW는 p2의 세기가 1W로 유지. 3dBW는 p2의 세기가 2W로 증가.
-10dBm은 p2의 세기가 0.1mW로 감소. 20dBm은 p2의 세기가 100mW로 증가.
무선 통신의 일반적인 전송세기는 mW기 때문에 dBm은 무선통신에서 중요한 단위이다.
아래는 dBm과 dBW변환법
x dBm은 결국 로그의 계산값이 x/10이 된다라는 의미이고, 이것을 W로 계산하려면 /10^3 = *10^-3을 계산해야한다.
따라서 10을 빼서 묶으면 10(x/10 -3)이 되므로 dBm을 dBW로 계산하면 x-30 dBW이 된다.
ex) 40dBm을 dBW로 나타내면 10dBm, 20dBW을 dBm으로 나타내면 50dBm
Ex) 1km당 -0.3dB의 변화를 갖게되는 케이블이 있다. 이때 2mW로 신호를 보내주었을때 5Km뒤에서는 신호의 세기는?
A)
Distortion 왜곡 & Noise 소음
Distortion
Signal = Sum of Sine Wave
이때 Sine wave들은 각각 이동할 때 받는 영향, 이동하는 속도가 다르다. 따라서 이동 후 영향을 받은 Sine wave들을 조합하면 왜곡이 생긴다.
Noise
신호를 보낼때 주변에 있는 백색소음(Additive White Gaussian Noise/AWGN)과 합성되어서 전달이 된다. 이때 AWGN이 전달하고자 하는 신호의 세기보다 약하면 수신하는데 큰장애는 없지만, 전달하고자 하는 신호의 세기와 같거나, 크다면 영향을 많이 받는다.
Signal to Noise Ratio (SNR or S/R) 신호/잡음 비
즉 전달하고자 하는 신호는 노이즈와 합쳐져서 수신되는데 노이즈가 보내는 신호보다 작으면, High SNR이면 해석하는데 장애는 없지만, Low SNR이라면 해석하는데 장애가 있다. Channel의 퀄리티를 알려주는 지표. SNR을 높이는것은 중요하다.
SNR dB = 10*log10(SNR)
ex) Signal의 세기가 10mW이고, Noise의 세기가 1μW일때 SNR과 SNR dB는?
A) SNR = 10mW / 1μW = 10*10^3μW/1μW = 10000
SNR dB = 10 * log10(10^4) = 40 dB
Data Rate
통신 채널에서 가능한 최대 data rate은 Bandwidth, Signal의 level, 채널의 퀄리티(SNR)와 관계가 있다.
주어진 bandwidth B와 SNR이 있을때 취할 수 있는 최대 Data rate C는 C = B log2(1+SNR)로 구할 수 있다.
Performance of the Network
Bandwidth : 지금까지는 단위가 Hz인 주파수의 대역폭을 나타내는 단어로 사용했었다. 하지만 네트워크의 성능을 얘기할때의 Bandwidth는 특정한 네트워크에서 최대로 나올 수 있는 성능 즉, Capacity를 나타내는 단어이며 단위는 bps(bit per second)로 사용한다.
Throughput 처리율 : Bandwidth는 이론적으로 나올수 있는 최대값이고 실제 나오는 데이터 처리량은 Throughput이라고 칭한다. 일반적으로 B > T
Ex) Bandwidth가 10Mbps인 네트워크에서 분당 평균 12,000프레임을 전달할 수 있으며 각 프레임은 평균 10,000비트를 전송한다. 이 네트워크의 Throughput은 얼마입니까?
A) 12000 * 10000 / 60 = 2Mbps. 즉 Bandwidth 10Mbps의 1/5성능이다.
Bandwidth-Delay product
센더가 1초마다 보낼 수 있는 양 = Bandwidth (bps)
첫번째 비트를 수신받고나서 맨 마지막 비트를 수신받을 때까지의 걸리는 시간 = Delay (s)
링크의 총 Capacity = Bandwidth * Delay
Ex) Bandwidth가 5bps, Delay가 5s => C = 25bit
통신 시스템은 일반적으로 여러 유저들이 공존하면서 자원을 공유하는 형태이므로 순간적으로 자원을 많이 사용해 딜레이가 커지거나, 딜레이가 작아질 수가 있다. 이러한 딜레이의 변동량을 Jitter라고 한다.
