CHAPTER 2 - 물리 계층
[ 2. 물리계층 ]
물리 계층(Physical Layer)
- 전송매체와 직접적으로 상호작용하며, 데이터를 전자기(electromanetic) 신호로 변환해주는 계층
물리 계층의 전송 단위
- 비트(bits)
[ 2.1 신호 ]
신호를 설명하기 전에 아날로그와 디지털 데이터에 대해서 설명을 해보자
아날로그 데이터(Analog data)
- 정보가 연속적인 데이터
디지털 데이터(Digital data)
- 정보가 불연속적인 데이터
※ 예를들어 아날로그 시계는 초침이 지속적으로 이동을 하여 정보를 보여준다. 하지만 디지털 시계는 정보가 연속적이지 않고 갑자기 숫자가 변하게 된다.
그러면 아날로그와 디지털 신호는 무엇인가
아날로그 신호(Analog signals)
- 값이 연속적이며, 특정한 범위에서 무한대의 수를 갖는 신호
디지털 신호(Digital signals)
- 값이 불연속적이며, 제한된 수를 갖는 신호
※ 데이터 통신에서는 주기 아날로그 신호와 비주기 디지털 신호를 사용
주기 아날로그 신호
1) 단순 주기 아날로그 신호
- Sine Wave 라고도 하며, 더이상 나눠지지 않는 주기 아날로그 신호
2) 복합 주기 아날로그 신호
- 여러개의 Sine Wave가 합쳐진 신호
Sine Wave(정현파)의 구성요소
1) 진폭
2) 주파수
3) 위상
위상(Phase)
- 시각 0에 대한 파형의 상대적인 위치
파장(Wavelength)
- 단순신호가 한 주기 동안 이동할 수 있는 거리
시간 영역과 주파수 영역
1) 시간 영역으로 표현한 Sine Wave
- 진폭, 주파수, 위상을 모두 표현하여 Sine Wave를 나타내는 방식
2) 주파수 영역으로 표현한 Sine Wave
- 위상을 0으로 가정하고 진폭과 주파수만 표현하여 Sine Wave를 나타내는 방식
- 특히 복합신호를 나타낼 때 시간영역보다 정보를 한눈에 파악하기 쉬움
복합 신호(Composite Signals)
- 서로 다른 진폭, 주파수, 위상을 갖는 Sine Wave들이 합쳐진 신호
대역폭(Bandwith)
- 복합 신호에 포함된 주파수의 범위
- 복합 신호에서 높은 주파수와 낮은 추파수의 차이
※ 복합 신호에 포함된 주파수가 1000 ~ 5000 Hz 일 경우, 대역폭은 5000 - 1000 = 4000 Hz 이다.
[ 2.1.2 디지털 신호 ]
디지털 신호(Digital signals)
- 0에서 무한대의 주파수를 갖는 Sine Wave들이 합쳐져 디지털 신호가 될 수 있다.
- 최소 2개 이상의 준위(Level)를 갖는다.
r = 신호 하나에 포함된 비트의 수, L = 준위(level)의 수, r = log2(L)
비트율(Bit Rate)
- 초당 전송되는 비트의 수
- 단위: bps
비트 길이(Bit Length)
- 전송되는 비트들의 간격
- 비트 길이(bit length) = 1 / 비트율
디지털 신호의 전송: 디지털 선호 전송의 접근방법 두 가지
1) 기저대역 전송(Baseband transition)
- 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하지 않고, 있는 그대로 채널을 통해 전송
2) 광대역 전송(Broadband transition)
- 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 채널을 통해 전송
[ 2.2 전송 장애 ]
전송 장애
- 신호가 매체의 시작과 끝이 다른 현상
전송 장애 원인 세 가지
1) 감쇠
2) 왜곡
3) 잡음
감쇠(Attenuation)
- 전송 매체를 통해 전송되는 도중 저항으로 인하여 애너지가 감소하는 현상
- 감쇠를 막기 위해 증폭기(Amplifier)를 사용
신호의 손실된 길이나 획득한 길이를 보기 위해, 데시벨(dB)이라는 개념을 사용.
p1은 출발 애너지, p2는 도착 애너지.
dB = 10log10(p2/p1)
왜곡(Distortion)
- 신호의 형태가 변하는 현상
※ 신호의 형태가 변하는 이유는 각 신호의 전달 속도가 다르기 때문에 도착할 때 형태가 조금씩 달라짐
잡음(Noise) 의 종류
1) 열 잡음
2) 유도 잡음
3) 혼선
4) 충격 잡음
신호-대-잡음 비(SNR)
- 이론적인 비트율의 한계를 알기 위해 잡음의 전력에 대한 신호 전력의 비
- 신호의 전력이 높을 수록 전송이 잘 된다.
- 잡음의 전력이 높을 수록 전송이 잘 된다.
- 즉, SNR이 높을 수록 전송이 잘 된다.
SNR = (average signal power) / (average noise power)
※ 평균(average) 전력으로 계산하는 이유는 시간에 따라 전력이 다르기 때문
SNRdB = 10log10(SNR)
[데이터 통신과 네트워킹 6판] 2장 요약(2)
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