Electromagnetic Signal
- 시간 함수
- 주파수 함수로도 표현할 수 있다
- signal은 다양한 주파수의 구성 요소로 이루어져 있다
- Signal (신호)
- 전기, 또는 전자기 데이터의 표현
- electromagnetic wave (전자기파)
- (= 전파 = 전자파 = 전기자기파)
아날로그와 디지털 파이
- 아날로그 : 연속적
- 디지털 : 불연속적, Descript
Time-Domain Concepts
- 비주기 신호 : 시간이 지나도 반복되지 않는 신호
- 아날로그, 디지털
- 사인파 : 기본 아날로그 신호
- 진폭 (A, amplitude) : 신호 경과에 따른 신호의 최대값 또는 강도
- 주파수 (F, frequency) : 초당 반복하는 횟수
- 신호의 반복 속도
- 위상 (ϕ, Phase) : 신호의 단일 주기 내의 상대적 위치의 즉정값
- 주기 (Period) : 신호가 한번 반복하는 데 걸리는 시간
- $T=1/f$
- 파장 (Wavelength) : 신호의 단일 사이클이 차지하는 거리
General sine wave : $s(t) = A \sin(2πft + ϕ)
진폭, 주파수, 위상에 따른 그래프
주기 (Period) 계산
Frequency-Domain Concept
시간 영역과 주파수 영역
- 각 신호를 다른 관점에서 관찰
- 시간 영역 : 오실로스코프
- 주파수 영역 : 스펙트럼 분석기
- 실제 신호는 여러가지 주파수 성분이 섞여있어 신호 구분이 어려움
- 이를 다른 관점으로 변환해 신호를 쉽게 분석
신호 : 사인파의 합
ex. $\sin(2 \pi f t) + 0.3 \sin(2 \pi (3f) t) + \cdots$
- 전체 신호의 주기는 기본 주파수의 주기와 같다
- 기본 주파수 (Fundamental frequency) : 신호의 모든 주파수 성분이 한 주파수의 배수인 경우 그 주파수를 기본 주파수라고 한다
스펙트럼: 신호에 포함된 주파수의 범위- 절대 대역폭 (Absolute bandwidth) : 신호의 스펙트럼 폭
- 대역폭 (Effective bandwidth, Bandwidth) : 신호 에너지의 대부분이 포함된 좁은 주파수 대역폭
Harmonics
기본 주파수의 홀수배 주파수를 합칠 수록 디지털 신호에 더 가까워진다
정리
- 주기적 신호는 서로 다른 강도의 사인파의 합으로 볼 수 있다
- 특정 주파수의 에너지에 해당
- 모든 신호는 주파수 영역에서 동등한 표현을 갖는다
데이터 속도와 대역폭
- 대역폭이 클수록 정보 전송 용량이 커진다
- 정리
- 모든 디지털 파형은 무한한 대역폭을 가진다
- 그러나 전송 시스템은 전송할 수 있는 대역폭을 제한한다
- 주어진 매체에 대해 전송되는 대역폭이 클수록 비용도 커진다
- 그런 대역폭 제한시 왜곡이 발생한다
- ex. AM 라디오에서의 음악 왜곡
데이터 전송과 왜곡
- Data : 의미 또는 정보 전달
- Signal : 데이터의 전기적, 전자기적 표현
- Transmission : 신호의 전파 및 처리를 위한 데이터 통신
아날로그, 디지털 신호
아날로그 신호
- 주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전파될 수 있는 지속적으로 변화하는 전자기파
- 구리선 미디어
- 광섬유
- 대기, 공간 전파
- 아날로그 신호는 아날로그, 디지털 데이터를 전파할 수 있음
디지털 신호
- 구리선 매체를 통해 전송될 수 있는 일련의 전압 펄스
- 일반적으로 아날로그 신호보다 저렴
- 노이즈에 덜 취약
- 감쇠에 더 취약함
- 디지털 신호로 아날로그 데이터를 전파할 수 없음
아날로그, 디지털 전송
아날로그 전송
- 콘텐츠와 관계없이 아날로그 신호 전송
- 전송 링크가 길어지면 감쇠 (전송 링크의 길이 제한)
- Cascaded amplifier(증폭기)로 신호를 증폭시킬 수 있지만 왜곡 유발
- 아날로그 데이터는 왜곡을 견딜 수 있음
- 디지털 데이터는 오류 발생
디지털 전송
- 감쇠 : 데이터 무결성을 위협
- Repeater (재생기)로 더 먼 거리까지 전송
- Repeater는 신호를 복구해 재전송
- 에러 누적 안됨
- 디지털 데이터를 전송하는 아날로그 신호
- Retransmission device는 아날로그 신호에서 디지털 데이터 복구
- 깨끗한 새 아날로그 신호 생성
Channel Capacity
Channel Capacity : 주어진 조건에서 주어진 통신 경로, 즉 채널을 통해 데이터를 전송할 수 있는 최대 속도를 말한다
- 노이즈와 같은 Impairment(손상)로 인해, 달성가능한 데이터 속도가 제한됨
관련 개념
- Data rate : 데이터를 통신할 수 있는 속도 (bps)
- Bandwidth : 송신기 및 전송 매체의 특성에 따라 제한되는 전송 신호의 대역폭 (Hz)
- Noise : 평균 노이즈 수준
- Error rate : 오류가 발생하는 비율
전송 미디어 분류
- 유도 매체 (Guided Media)
- 파동이 고체 매체를 따라 유도됨
- 비유도 매체 (Unguided Media)
- 유도되지 않은 매체
- 전송 수단을 제공하지만 유도하지는 않음
- 일반적으로 무선 전송이라고 한다
비유도 매체
- 송수신은 안테나를 통해 이루어짐
- 무선 전송을 위한 구성 분류
- 지향성
- 무지향성
일반 주파수 범위
- 마이크로파 주파수 범위
- 1GHz( $10^9$ Hz) ~ 100GHz
- 지향성 빔 가능
- 지점 간 전송 적합
- 위성 통신 사용
- 라디오 주파수 범위
- 30MHz ~ 1GHz
- 무지향성 어플리케이션 적합
- 적외선 주파수 범위
- 제한된 영역 내 지역 point-to-point 멀티포인트 어플리케이션에 유용
Terrestrial Microwave (지상파 마이크로파)
Common microwave antenne (일반적인 마이크로파 안테나)
- 포물선형 접시, 직경 3m
- 단단히 고정되어 좁은 빔을 집중시킴
- 수신 안테나까지 가시선 전송 달성
- 지상에서 상당한 높이에 위치
- Aplication
- 장거리 통신
- 건물간 짧은 point-to-point 링크
Satellite Microwave (위성 마이크로파)
통신 위성
- 마이크로파 중계기
- 두개 이상의 지상의 마이크로파 송/수신기를 연결하는데 사용
- 전송
- 한 주파수 대역(uplink)에서 전송 수신
- 신호를 증폭(amplifie) 또는 반복(repeat)
- 다른 주파수 대역(downlink)으로 전송
- Application
- 텔레비전
- 장거리 전화 전송
- Private Business network
Broadcast Radio
방송 라디오 안테나
- 전방향성 (무지향성)
- 안테나가 접시 모양일 필요가 없음
- Application
- 라디오