학습 내용
- 데이터 통신의 개요
- 변조 및 복조
아날로그 변조, 디지털 변조 - 전송 코드
Baudot, ASCII, BCD, EBCDIC, 유니코드 - 데이터 전송 방식
전송 방향, 전송 모드, 전송 동기 - 전송 효율
학습 목표
- 데이터 통신에 대해 설명할 수 있도록.
- 데이터 통신에서 변조와 복조에 대해 설명할 수 있도록.
- 전송 코드의 정의 및 종류에 대해 설명할 수 있도록.
통신의 공통점 및 3대 요소
통신의 공통점
한 점으로부터 다른 점으로 어떤 정보(Data, message)를 전달한다.
통신의 3대요소
3대 요소는 정보원, 수신체, 전송매체를 3대 요소라 칭하며, 메세지는 3대 요소가 아니다.
통신 성능의 요인
- 메세지가 서로 이해 되어야 함.
Coding
만약, 다른 나라 사람에게 한글을 보낸다면 그 사람이 이해할 수 있을까?
나는 EBCDIC코드를 보냈는데, 읽는 사람이 ASCII코드로 해석한다면?
- 통신 간섭 현상이 있을 수 있음
Noise
변조 및 복조
변조 (Modulation)
- 전송 신호(baseband signal)을 높은 주파수 대역의 반송파 신호(carrier signal)에 싣는 과정
변조의 종류에는 아날로그 변조와 디지털 변조가 있다.
변조 방식에는 진폭 변조(Amplitude AM), 주파수 변조(Frequency FM), 위상 변조(Phase PM) 가 있다.
변조 과정의 예
베이스밴드가 아날로그일 때 변조하는 것을 아날로그 변조
베이스밴드가 디지털일 때 변조하는 것을 디지털 변조라고 한다.
아날로그 변조의 종류
진폭 변조 (AM)
- 베이스밴드의 순간 진폭에 비례하여 반송파의 순간 진폭을 변환 시키는 방법
주파수 변조 (FM)
- 반송파 신호의 진폭은 일정하게 한 채로 베이스밴드 신호를 주파수 변화로 변환시키는 방법
위상 변조 (PM)
- 반송파 신호의 진폭은 일정하게 한 채로 베이스밴드 신호를 주파수 위상각의 변화로 변환시키는 방법
디지털 변조
진폭 편이 변조 (ASK) / Amplitude Shift Keying
- On-off keying(OOK)라고도 부른다.
위 그림에서 베이스밴드가 0인 부분에서는 신호도 0이 되며, 1인 경우에만 신호를 준다.
주파수 편이 변조 (FSK) / Frequency Shift Keying
베이스 밴드가 0일 때는 주파수를 느리게(진폭이 넓다), 베이스 밴드가 1일 때는 진폭을 가깝게 만들어서 빠르게 변조 시킨다.
위상 편이 변조 (PSK) / Phase Shift Keying
동일한 베이스밴드에 대해, 위상이 바뀌는 부분들 (베이스 밴드에 표현되어있는 그림)을 나타낸다.
1주기로서 1 사인파(정현파)를 사용할 수 있어, 앞의 변조 방법보다 전송 효율이 높다.
정보의 디지털화
펄스
매우 짧은 시간동안 진행되는 네모 꼴의 전자기 파형
펄스의 3대 요소
펄스의 3대 요소는 반드시 그림에서 나타나는 요소들의 위치도 기억해야 한다.
PCM (펄스 코드 변조)
⭐️ 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 과정 ⭐️
- 표본화(sampling) 과정
- 양자화(quantization) 과정
- 부호화(encoding) 과정
Nyquist sampling theorem
- 신호는 그 신호에 포함된 가장 높은 주파수의 2배에 해당하는 빈도로 샘플링하면 원래의 신호로 복원할 수 있음
- 가청 주파수 20~20kHz -> Audio, cd sampling 44.1kHz
원래 신호를 샘플링 할 때, 파란 표시가 된 만큼만 샘플링을 한다고 생각해보자.
샘플링을 하는 위치마다 높이를 잰다.
13은 1.3으로 생각하고 1로, 37은 3.7로 생각하고 4로, 12를 1.2로 생각하고 1로 바꾼다.
전송 코드
코드
- 암호, 부호
- 코드(프로그램 코드)
- 규칙, 관례
- 법규, 규정
A moral code
Dress code
The morse code
The code of Hammurabi(함무라비 법전)
즉, 코드란 사회적으로도 정보통신적 관점에서도 하나의 '약속' 이라고 할 수 있다.
Baudot CODE
- Murray code
- CCITT Alphabet No.2
- International Alphabet No.2
- Telex code
- 5비트로 32개의 문자를 표현
5비트는, 이므로 32개의 문자를 표현할 수 있다.
ASCII CODE ⭐️
American standard code for information interchange, 미국 표준이나 국제 표준으로 사용된다.
-
International Alphabet No.5
-
ISO seven-bit coded character set
for information Processing interchange -
7비트로 128개 문자 표현 ⭐️ / 7비트임을 꼭 알기
SYN은 싱크로나이즈, 즉 동기화 시킴을 의미한다.
SYN의 Column 001 / Row 0110으로 0010110으로 표현하고, 십진수로 1/06으로 적기도 한다.
패리티 비트
- 전송 오류 제어를 위한 비트
- 홀수 패리티, 짝수 패리티
패리티 검사
다음과 같이 전송 오류가 생겼을 때, 홀수 개의 오류를 검출할 수 있는데 짝수가 왔을 경우 잘못됨을 알고 검사 결과를 반환시킨다.
그러나 2개의 비트가 잘못되었을 경우(짝수 개의 오류) 오류를 잡아낼 수 없다.
BCD CODE
- Binary Coded Demical
- 컴퓨터 내부 코드
- 10진 숫자의 표현
예 : 5 ==> 0101
9 ==> 1001
159 ==> 0001 0101 1001
이진 코드로 표현된 십진수를 의미한다.
숫자밖에 표현을 할 수 없었다.
EBCDIC CODE
- Extended BCD Interchange Code
- 8bit ==> 256개 문자 표현
- IBM 컴퓨터 내부 데이터 전송용
유니코드
- 데이터, 프로그램, 시스템의 호환성과 확장성
- ISO/IEC Universal Multi-Octet Coded Character set
- 2바이트(16bit)계 만국 공통 국제 문자 코드 - > 현재 4바이트계
- 26개의 언어의 문자 및 특수 기호 -> 현재 159개 언어(2022. 09)
- IBM, Microsoft, Lotus, Sun microsystems
Microsoft가 윈도우 OS를 팔아야 하는데, 시작 버튼이 영어로만 되어있으면 한국에서 잘 팔리지 않을테니!
전송 방향
단방향 전송
- simplex transmission
- 정보의 전달 방식이 한 방향인 데이터 전송 방식
단뱡향 전송의 예시
- 라디오와 텔레비전 방송
- 키보드와 모니터
- 일방통행 길에서 자동차의 통행
반이중 전송
- half-duplex transmission
- 정보의 전달 방향이 교대로 이루어지는 데이터 전송 방식
반이중 전송의 특징
- 각 방향별로 통신 채널이 필요하므로 2개의 통신 채널을 사용한다.
- 정보흐름의 방향을 바꾸기 위해 일정량의 시간이 필요
반이중 전송의 예시
- 무전기
- 예의 바른 대화(?)
전이중 전송
- full-duplex transmission
- 동시에 양방향 모두 전송이 가능한 데이터 전송방식
전이중 전송의 예시
- 전화기 및 채팅
전송 모드
병렬 전송 (Parrarel transmission)
- 부호화 된 코드 (알파벳 a를 ASCII코드로 ~~ 등)
- 근거리 데이터 전송
직렬 전송 (Serial transmission)
- 원거리 데이터 전송, 라인 하나를 갖고 사용한다.
01010111과 같은 방식으로 들어왔는데, 이 경우에 어떤 부분이 문자의 첫 번째 부분인지 알 수가 없다.
따라서, 직렬 전송의 경우에는 수신되는 정보를 문자 단위로 구분할 수 있어야 한다.
전송 동기
비트 동기
- 송수신측에 동일한 클록을 사용한다.
- 비트의 검출 위치는 각 비트의 중앙이다.
문자 동기
- 비트 동기로 정확한 비트들을 검출한 다음 비트들을 그룹지어 원하는 문자를 구성하는 방법
- 문자의 비트 수와 전송 속도를 알면, 정확하게 비트들을 세어서 각 문자를 구성함
- 어떤 비트가 문자의 첫 번째인지를 결정하는 문제
- 문자 동기를 위한 두 가지 전송 방법
동기식 전송(Synchronous transmission)
비동기식 전송(asynchronous transmission)
동기식 전송은 내가 보낼 문자의 개수가 1,000개라면, 8비트씩 묶어서 한꺼번에 보내는 것이다.
비동기식 전송은 하나씩 보내는 것이다.
따라서, 속도는 당연히 비동기식 전송이 더 느리다.
동기식 전송
- 예시 : ASCII 문자를 전송한다
- 전송 제어 문자 SYN (1/06 : 00010110)을 사용
전송 제어문자 SYN이 들어가야 문자의 첫 번째 위치를 알릴 수 있음(여기부터 읽어야 한다고 주는 신호)
첫 번쨰 그림과 같이 오동기를 막기 위해, 진동기에서 SYN을 2번 쓴다.
비동기식 전송
- asynchronous transmission
- start/stop transmission
- 한 문자씩 전송하며, 문자 사이에는 특별한 시간적 제약이 없음
- 문자의 첫 번째 비트 검출
시작 펄스(start pulse) 이용 - 문자의 끝
정지 펄스(stop pulse) 이용
1과 0은 반대일 수 있다. 평시 0이었다가 신호가 있을 때 1인 방식, 그 반대일 수도 있다.
시작 비트와 Stop 비트를 보내는 방식이다.
동기식 전송, 비동기식 전송의 효율
전송 효율?
간단하게 생각하여, 100개의 정보를 보냈는데 실제 필요한 정보는 80개라면, 80%의 효율이 있는 것이다.
나머저ㅣ 20%는 제어를 위한 오버헤드 비트로서, Stop, start 비트 및 Sync 비트와 같은 것들이다.
동기식 전송의 경우는 문자를 묶어 통으로 보내며, 비동기식 전송은 Start, stop pulse를 이용하여 하나씩 보낸다.
동기식 전송의 효율
- 1000개의 ASCII 문자 블록의 전송 효율
블록 앞에 SYN을 3개 사용한다.
총 전송 비트 수는, (1000 + 3) 문자 8비트 / 문자 = 8024비트
정보 비트 수는, (1000 문자) 8비트 / 문자 = 8000비트
전송 효율은 8000분의 8024, 즉 99.7%임을 알 수 있다.
비동기식 전송의 효율
- 1000개의 ASCII 문자를 동일하게 보낸다.
각 글자마다 오버헤드 비트를 2개씩 사용한다 (Start pulse 1개, Stop pulse 1개)
총 전송 비트 수는, (1000문자) 10비트 = 10000비트
정보 비트 수는 (1000문자) 8비트 = 8000비트
즉, 효율은 80%임을 알 수 있고, 동기식 전송보다 효율이 떨어짐을 확인할 수 있다.
정리하기
데이터 통신의 개요
통신 : 한 점으로부터 다른 점으로 어떤 정보의 전달
통신의 3대 요소 : 정보원, 전송매체, 수신체
변조 및 복조
아날로그 변조 : AM, FM, PM
디지털 변조 : ASK, FSK, PSK
정보의 디지털화 : 표본화, 양자화, 부호화
전송 코드
Baudot 코드 (5비트 - 32개)
BCD(4비트 - 10개, 10진 숫자)
ASCII(7비트 - 128개문자)
EBCDIC(8비트 - 256개문자)
UNICODE(16비트 - 65,356개 문자)
데이터 전송 방식
전송 방향 : 단방향, 반이중, 전이중 방식
전송 모드 : 병렬 전송, 직렬 전송
전송 동기 : 비트 동기, 문자 동기(동기식 전송, 비동기식 전송)
동기식 전송은 SYN을 마킹하여 보내고, 비동기식은 오버헤드비트 Start, pulse를 문자별로 넣기 때문에 효율이 동기식에 비해 떨어진다.
전송 효율 = 정보 비트 수 / 총 전송 비트 수 * 100%
