1계층(물리)에서 신호 통신

1비트가 어떻게 만들어지는가?

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TCP/IP Protoco Suite에서 물리계층은 1계층

물리계층 확인

질문

디지털 <--> 아날로그
1 비트는 어떻게 만드나?

→ 사인함수

0과 1 메시지 → 1 비트는 어떻게 만들까 ? : 물리계층

이더넷 프레임? 링크계층

물리계층에서 신호는 어떻게 생겼을까

크기가 다른 사인함수

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

fs = 100
t = np.arange(0,2,1/fs)
f1 = 1
f2 = 1

signal1= np.sin(2*np.pi * f1 * t)
signal2= 2*np.sin(2*np.pi * f2 * t)

plt.subplot(2,1,1)
plt.plot(t,signal1)
plt.grid()

plt.subplot(2,1,2)
plt.plot(t,signal2)
plt.grid()

signal1, signal2는 사인함수 앞 곱셈 차이 (크기차이임)

오른쪽 그래프에서 -1 ~ 1 과 -2 ~ 2 가 크기의 차이다.

주파수가 다른 그래프

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

fs = 100
t = np.arange(0,2,1/fs) # 0에서 2 사이에 0.01 단위 값 생성
f1 = 6
f2 = 12

signal1= np.sin(2*np.pi * f1 * t)
signal2= np.sin(2*np.pi * f2 * t)

plt.subplot(2,1,1)
plt.plot(t,signal1)
plt.grid()

plt.subplot(2,1,2)
plt.plot(t,signal2)
plt.grid()

위상이 다른 사인함수

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

fs = 100
t = np.arange(0,2,1/fs)
f1 = f2 = f3 = 1

signal1= np.sin(2*np.pi * f1 * t)
signal2= np.sin(2*np.pi * f2 * t + 2*np.pi/2)
signal3= np.sin(2*np.pi * f3 * t + 2 * np.pi/4)

plt.subplot(3,1,1)
plt.plot(t,signal1)
plt.grid()

plt.subplot(3,1,2)
plt.plot(t,signal2)
plt.grid()

plt.subplot(3,1,3)
plt.plot(t,signal3)
plt.grid()

1 비트 디지털 신호 0 또는 1 사인함수

f= 1
t = np.linspace(0, 2, 201) #two cycles, 100 points each
y1 = (4/np.pi)*np.sin(2*np.pi*f*t)
y3 = y1 + (4/(3*np.pi))*np.sin(2*np.pi*3*f*t)
у5 = y3 + (4/(5*np.pi))*np.sin(2*np.pi*5*f*t)
sqwave = np.sin(np.sin(2*np.pi*f*t)) #an actual square wave
plt.plot(t,y1, t,y3, t,у5, t, sqwave)

sq = np.zeros(len(t)) #preallocate the output array
t = np.linspace(0, 2, 201) #two cycles, 100 points each
f = 1
for h in np.arange(1,25,2):
  sq += (4/(np.pi*h))*np.sin(2*np.pi*f*h*t)
sqwave = np.sin(np.sin(2*np.pi*f*t))
plt.plot(t,sq, t,sqwave)

소리로 데이터 통신 : 모스 부호

• 소리
  • 아날로그 신호
• 데이터(비트)
  • 디지털

모스 인코더

• 아날로그신호 → 알파벳 모스코드 매핑
• 모스코드 해당 wav 파일 저장

모스 디코더

• wav 파일
• frame으로 나누기
• chunk로 나누기
• chunk로 디코딩

Data over Sound 응용 (소리로 데이터를 전송하는 기술)

• 스타벅스 사이렌오더
  • 주문 전송할 매장 (안)에 체류중이신 경우 → 매장 음악소리에 포함된 고주파를 마이크로 인식하여 매장명 자동 확인 → 마이크 권한 허용 필요
  • 주문 전송할 매장 (밖)에서 사이렌오더 이용시 → GPS활성화를 통한 반경 2Km 내외의 매장 리시트가 뜨면 원하는 매장을 지정 → GPS 위치 설정 허용

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용어 정리

• 주기 (Period) : 신호가 반복되는 시간, 시간단위
• 주파수 (Frequency) : 시간당 반복되는 신호 개수, (Hz, kHz, mHz)
• 대역폭 (Bandwidth) :
  • 아날로그 : 주파수 범위 (FM : 80MHz ~ 105.7MHz)
  • 디지털 : 비트 전송률 (bit rate, bps/Kbps/Mbps/Gbps)