Physical Layer

Line Coding

Digital Data를 Digital 신호로 내보내기 위해서는 절차가 필요하다. 이러한 절차들을 통틀어서 Line Coding이라고 한다. Line Coding 방식에 따라서 같은 Data이더라도 전송되는 Data의 형태는 달라진다.

Element

Line Coding에 따라서 Signal을 구성하는 Element는 달라진다. Element는 Data Element와 Signal Element로 나눌 수 있다. Data Element와 Signal Element를 통해 하나의 Signal을 이룬다. N개의 Data Element가 M개의 Signal Element를 구성한다.

Consideration

DC Component

오랜 기간동안 Signal을 받는 입장에서는 frequency를 0으로 받을 수 있다. 신호의 전압 평균이 0이 되었을 때, 없다고 할 수 있다.

Synchronization

정확한 Signal을 받기 위해서는 Sender와 Receiver는 같은 bit간의 interval을 유지해야한다.

Bandwidth

Line Coding 기법은 적은 Bandwidth를 사용할수록 좋다.

Line Coding Schemes

Unipolar

Signal이 시간축의 한 편에서만 encoding 된다. 가장 단순한 방식으로 1개의 Data Element가 1개의 Signal Element를 구성한다. DC Component가 존재하며 Synchronization을 유지할 방법이 없다.

Polar

NRZ - L (Non-Return to Zero)

NRZ-L은 Signal이 시간축의 양 편에서 encoding 된다. '+'전압은 1이 되고 '-'전압은 0이 된다. 1개의 Data Element가 1개의 Signal Element를 구성한다. Polar 방식과 달라진 점이 거의 없다. DC Component가 존재하며 Synchronization 방식도 아니다.

NRZ - I (Non-Return to Zero)

NRZ-I와 특성은 공유하지만 Encoding 방식이 다르다. 전압이 바뀌는 경우에는 bit를 1로 가정하고 바뀌지 않는 경우에는 0으로 가정한다. 즉, 극성의 변화가 encoding bit를 결정한다. DC Component가 존재는 하나, NRZ-L에 비해 빈도가 줄어들었다. Synchronization 방식은 아니다.

RZ (Return to Zero)

'+','0','-'의 전압을 사용한다. '-' 전압은 0 bit를 '+' 전압은 1 bit를 나타낸다. 각 bit의 표현을 끝내고 나면 항상 0으로 되돌아와 신호의 끝을 알려준다. 이에 따라 1개의 signal element 당 2개의 data element를 필요로 한다. DC Component가 존재는 하나 Synchronization은 유지된다.

Manchester

NRZ-L과 RZ 기법을 합친 Encoding 기법이다. 모든 Signal이 전이가 발생하며 전이의 방향에 따라 bit를 결정한다.

Diffferential Manchester

Signal의 전이가 발생할 때, 이전 전이와의 동일성으로부터 bit를 결정한다. 방향이 동일하면 1, 동일하지 않으면 0으로 결정한다.

Manchester 기법과 Differential Manchester 기법은 1개의 Signal Element 당 2개의 Data Element를 필요로 한다. 두 기법 모두 DC Component가 없으며, Synchronization을 유지한다.

Bipolar

AMI

'+','0','-' 전압을 사용한다. bit가 1일 때, '+','-' 전압을 사용한다. 이전의 1bit를 나타내는 전압의 반대 전압을 사용한다. 0bit는 '0' 전압으로 표현한다.

Pseudoternary

AMI와 반대로 표현한다. 0bit를 '+'와 '-'로 표현하고 1bit를 '0'으로 표현한다.

AMI와 Pseudoternary 기법은 1개의 Signal Element 당 1개의 Data Element를 사용한다. DC Component는 존재하지 않으나, Synchronization이 유지되지 않는다.

Block Coding

nB/mB Mapping codes

위의 예시는 4B/5B mapping code이다. n개의 Bit가 주어졌을 때, m개의 Bit로 변환해주는 표로써 역할을 한다. 이를 통해 동기화 및 오류 검출, DC Component 제거를 할 수 있게 해준다.

Scrambling

Scrambling은 Synchronization, DC component 제거, 좁은 bandwidth을 가지는 bit sequence를 만드는 기술이다.

B8ZS

AMI의 결점인 0이 여러 개 나왔을 때, Synchronization을 잃는 문제를 해결한다. 0 bit가 연속으로 8개 나오면, 이전 부호에 따라 치환해서 전송한다.