어떤 아날로그 신호의 대역폭이 20

<물리층의 신호>

물리층 및 매체

- 물리층 : 네트워크 구성요소들을 연결하는 네트워크의 물리적인 부분인 전송매체와 실제로 상호작용을 하는 계층

- 네트워크의 한 노드로부터 다른 노드로 물리적 정보를 나르는 일.

- 전송매체

: 수동적인 존재

= 제어하기 위한 내부 프로그램이나 회로를 가지고 있지 않음

물리층에 의해 제어됨.

아날로그와 디지털

정보가 전송되기 위해서는 전자기 신호로 변환되어야함.

- 아날로그 데이터 : 연속적인 정보.

- 디지털 데이터 : 이산값을 갖는 정보

<주기 아날로그 신호 = 단순신호 or 복합 신호>

- 싸인파 ( sine wave, 정현파 )는 아날로그 주기 신호의 가장 기본적인 형태

= 단순 신호

- s는 순간 진폭, A는 최대 진폭, f는 주파수, B는 위상일때

s(t) = A sin(2파이ft+B)

최대 진폭 : 전송하는 신호의 에너지에 비례하는 가장 큰세기의 절대값

- 전기신호의 경우, 최대 진폭은 전압으로 측정.

주파수 심화 연구

- 주파수는 시간에 대한 신호의 변화율

- 짧은 시간내의 변화는 높은 주파수, 긴시간에 걸친 변화는 낮은 주파수

양 극단

- 만약 신호가 변화하지 않으면 주파수는 0

- 신호가 순간적으로 변화하면 주파수는 무한대.

위상

- 시간 0시에 대한 파형의 상대적인 위치

- 시간축을 따라 앞뒤로 이동될수 있는 파형에서 그 이동된 양

- 첫 사이클의 상태 표시

파장

- 단순 정현파의 주기나 주파수가 전송 매체를 통과하는 전파속도와 연관

1. 단순신호가 한 주기 동안 진행 할 수 있는 거리.

2. 파장과 주기

- 전파속도와 주기로 계산가능. 파장은 = 전파속도/주파수

- 시간영역 도면 : 시간에 대한 순간적인 진폭

- 주파수 영역 도면 : 주파수에 대한 최대 진폭

복합 신호

- 데이터를 통신하기 위해서는 복합신호를 보내야함.

- 여러개의 단순 정현파들로 만들어짐.

1. 단일 주파수 정현파는 데이터 통신에 유용 x

2. 임의의 복합신호는 서로 다른 주파수, 진포그 위상을 갖는 단순 정현파들의 조합으로 나타낼수 있음.

- 복합신호는 주기적일수도 있고, 비 주기적일 수도 있음.

1. 주기 복합 신호는 주기들이 정수 값을 갖는 순차적인 단순 정형파들로 분해될수 있음.

2. 비주기적인 복합 신호는 연속적인 실수 값을 갖는 주파수와 진폭으로된 정현파들로 분해될 수 있음.

대역폭

- 복합 신호에 포함된 주파수 영역

- 보통 두 수의 차이를 일컬음

- 예

: 어느 복합 신호가 주파수 1000~ 5000까지 포함된다면, 대역폭은 5000-1000인 4000이됨.

<디지털 신호>

비트율 : 1초 동안 전송된 비트의 수 bps

비트길이 : 한 비트가 전송메체를 통해 차지하는 길이

복합 아날로그 신호로서의 디지털 신호

- 디지털 신호는 무한대의 주파수를 갖는 복합 신호.

- 대역폭은 무한대

- 주기 및 비주기 디지털 신호의 시간 및 주파수 영역.

디지털 신호의 전송 : 기저대역 (baseband), 광대역

- 기저대역 전송

: 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸지 않고 있는 그대로 채널을 통해 전송

- 저대역 통과 채널 (low-pass channel)

: 주파수 0 부터 시작하는 대역폭을 갖는 채널.

1. 광대역폭 low-pass 채널

: 전용 매체를 사용하는 baseband 전송

- 약간의 오차는 추론으로 가능, 동축이나 광섬유에서 사용, LAN에 많이 사용

- 디지털 신호의 모양을 유지하는 기저대역 디지털 통신은 무한대 또는 매우 넓은 대역폭을 갖는 저대역 통과 매체를 사용할 때만 가능.

2. 제한된 대역폭, Low-pass 채널

- 대략적 근사값, 비트율 N의 디지털 신호

- 주파수 f=N/2의 아날로그 신호 필요.

- 요구 대역폭 N/2

- 기저대역 전송에서 요구 대역폭은 비트율에 비례, 보다 빠르게 비트를 전송하기 위해서는 더 많은 대역폭이 필요.

- 광대역 전송 (변조 이용)

1. 디지털 신호로 전송하기 위해 아날로그 신호로 전환 사용

2. 변조를 하면 띠대역 통과 채널 사용 전송

3, 띠대역 통과 채널의 대역폭

-> 가용 채널이 띠대역 통과 채널이라면 채널에 디지털 신호를 직접 보낼 수 없고, 전송하기 전에 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸어야 한다.

전송 장애 : 신호가 매체를 통해 전송할때 생기는 장애

- 감쇠 : 에너지 손실을 의미

1. 매체를 통해 이동할 때 매체의 저항을 이겨내기 위해 약간의 에너지가 손실

2. 증폭기를 이용하여 신호를 다시 증폭

3. 데시벨 : 신호의 손실된 길이나 획득한 길이를 보이기 위해 사용

- 2개의 다른점에서 두 신호 또는 하나의 신호의 상대적 길이를 측정

- 신호가 감쇠하면 음수, 증폭되면 양수

db = 10log10(P2/P1) P1, P2는 신호의 전력

- 일그러짐 : 신호의 모양이나 형태가 변하는 것

: 반대되는 신호나 다른 주파수 신호로 만듬

- 잡음 : 열잡음, 유도된 잡음, 혼선, 충격잡음 등의 여러 형태의 잡음.

1. 신호대 잡음비 (SNR)

- 잡음과 신호 전력의 비율

SNR=(aerage singal power)/(aerage noise power)

SNR(db)=10log(10)SNR

데이터 전송률의 한계

- 세 요소

1. 가역 대역폭

2. 사용 가능한 신호 준위

3. 채널의 품질.

- 데이터 전송률을 계산하는 두가지 이론적 수식

1. 나이퀴스트 수식 : 잡음이 없는 채널에서 사용

= 전송률 = 2 x 대역폭 x log(2)L

(L은 데이터를 나타내는데 사용한 신호 준위의 개수)

-> 신호 준위를 늘리면 시스템의 신뢰도를 떨어뜨릴 수 있다.

2. 새논 수식 : 잡음이 있는 채널에서 사용

= 용량 = 대역폭 x log(2)(1+SNR)

성능

- 네트워크에서의 중요한 문제

1. 성능

- 대역폭 : 네트워크의 성능을 측정하는 특성중의 하나

1. 단위 Hz

2. Hz 단위의 대역폭 : 복합신호에 포함된 주파수 영역 또는 채널이 통과 시킬 수 있는 주파수 영역을 말함.

3. 비트율 단위의 대역폭 : 채널이나 링크 또는 네트워크가 통과 시킬 수 있는 초 당 비트 수를 이용하는 영역

- 처리율 (throughput) : 어떤 지점을 데이터가 얼마나 빨리 지나가는가를 측정

- 전파속도 (propagation speed) : 신호나 비트가 매체를 통해 1초동안 이동할 수 있는 거리

- 전파시간 ( propagation time ) : 비트가 발신지에서 목적지까지 이동하는데 걸리는 시간

1. 전파시간 = 거리/전파속도

2. 진공에서 빛의 전파속도 = 3 x 10(8) m/s

- 파장 (wavelength) : 한 주기에서 간단한 신호가 이동할 수 있는 거리

- 지연 (Delay, Latency) : 발신지에서 첫 번째 비트를 보낸 시간부터 전체 메시지가 목적지에 도착할 때까지 걸린시간.

- 전송시간 (transmission time ) : 메시지를 전송하는데 걸리는 시간은 메시지 크기와 채널의 대역폭에 좌우

전송시간 = 메시지크기/ 대역폭

- 큐시간 (queuing time) : 중간 또는 종단 장치들이 메시지를 전송하기까지 붙들고 있는시간

-대역폭-지연 곱 (bandwidth - Delay product)

1. 개념 : 링크를 두 지점으로 연결하는 파이프로 생각.

- 단면 : 대역폭, 길이 : 지연

-> 링크를 채울수 있는 비트 개수를 의미

- 파형 난조 (jitter) : 서로 다른 데이터 패킷이 서로 다른 지연시간을 갖게 되어 생기는 현상

1. ex) 첫 번째 패킷이 20ms, 두번째 패킷이 45ms, 세번째 패킷이 40ms

-> 실시간 응용에서 난조를 겪음

빨간색코딩

network

데이터통신 4장 신호 주관식 연습문제 풀이

빨간색소년 2017. 1. 11. 21:51

앞에서 문제풀이에서 말했듯이, 직접 푼거기때문에 틀릴 수 도 있다. 댓글로 질문받습니다~~

데이터통신, 이재광 편저, 맥그로힐에듀케이션코리아

Chapter 4. 신호 연습문제 주관식 풀이

문제 1. 정현파의 세 가지 특성을 기술하시오.

정현파는 진폭과 주기, 주파수, 위상이라는 세 가지 특징이 있다. 진폭은 정현파의 수직 축에 도달하는 높이의 값이다. 주기는 신호가 한 사이클 완성하는데 필요한 시간의 양을 초 단위로 표기한 것이다. 주파수는 1초 동안 만들어지는 신호 주기의 수를 말한다.

문제 2. 신호의 스펙트럼은 무엇인가?

신호의 주파수 스펙트럼은 신호가 포함하는 모든 주파수 요소의 집합으로 주파수 영역 도면을 사용하여 나타 낼 수 있다. 보통 Sin과 Cos신호의 합성이다.

문제 3. 정보와 신호의 차이는 무엇인가?

정보는 실제 문제에 도움이 되는 것을 의미하고, 신호는 인지하고 구분할 수 있는 물리적(음성, 빛) 등을 이용하여 구분짓는 것을 의미한다.

문제 4. 아날로그 정보의 두 가지 예를 보이시오. 디지털 정보의 두 가지 예를 보이시오.

아날로그 정보의 예로는 지진계와 풍향계를 들 수 있다. 이 2개는 연속적인 것으로 데이터 지점의 집합과 그 점들 사이의 모든 가능한 점들을 말한다. 디지털 정보는 음악 mp3 파일과 영화파일이 있다. 디지털은 이산적인 것으로 연속적이지 않다.

문제 5. 디지털 신호와 아날로그 신호를 비교하시오.

아날로그 신호는 연속적인 것으로 데이터 지점의 집합과 그 점들 사이의 모든 가능한 점들이 있다. 즉 어떤 임의의 지점을 골라도 값이 존재하는 것이다. 디지털 신호는 이와 다르게 이산적이다. bit가 높을수록 레벨이 많아 세밀하게 맵핑이 되지만, 어떤 임의의 지점에 값(점)이 존재한다고 확신할 수 없다.

문제 6. 다음을 아날로그 정보와 디지털 정보로 분류하시오.

a. 객관식 시험문제 점수:디지털 정보

b. 소에게서 짠 우유의 양:아날로그 정보

c. 닭이 낳은 황금알의 수:디지털 정보

d. 당신의 발 길이:아날로그 정보

문제 7. 주파수 0Hz, 20Hz, 50Hz, 200Hz 의 4개의 정현파로 분해될 수 있는 신호의 대역폭은 얼마인가? 모든 진폭은 같다. 주파수 스펙트럼을 그리시오

최고 주파수 200에서 최저 주파수 0을 뺀 값이 대역폭이다. 따라서 200 – 0 = 200 [Hz] 이다.

문제 8. 다음에 주어진 주파수에 대응하는 주기를 계산하시오. 적절한 단위로 주기를 표현하시오.

a. 24 [Hz]= 1/24 = 0.041 = 41 [ms]

b. 8 [MHz]= 1/8000000 = 0.000000125 = 125 [ns]

c. 140 [KHz]= 1/140 = 0.007 = 7 [ms]

d. 12 [THz]= 1/12000000000000 = 8.33e-14 = 0.08 [ps]