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송현 학
5 years ago
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1 2 데이터전송의기초 Data transmission fundamentals 2.1 시스템설계에영향을주는요인들 2.2 데이터전송기초 2.3 멀티 - 레벨신호체계 (Multi-Ievel signalling) 2.4 채널용량계산

2 2. 데이터전송의기초 그림 장 : 디지털통신시스템설계사초기단계의고려사항. - 대역폭과잡음이라는관점의중요성 절 : 채널대역폭과시스템의잡음이디지털시스템의성능 절 : 2 진신호및확장된다중 - 레벨신호체계 절 : 잡음과대역폭에대한개념및샤논한계 (Shannon bound).

3 2.1 시스템설계에영향을주는요인들 2.1 시스템설계에영향을주는요인들 기술적인제약조건 하드웨어와소프트웨어의가용성 - 최적설계방법을위한구현기술이비능률적인경우도존재예 : 디지털셀룰러시스템인 GSM. 우수한 QPSK 형태보다 GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) 의변조방식을채택.( 선형전력증폭기의비용과전력효율의문제 ). 디지털신호처리기가종래의하드웨어부분을대신함.. 대부분의고속전화모뎀들디지털신호처리로구현.. 처리속도는해마다 2~3 배증가. 그림 2.1.1

4 2. 데이터전송의기초 전력소모 -전력소모/ 성능간의상충관계는엔지니어들의고려사항. - 예 : 셀룰러핸드폰에설치된증폭기. 선형성과효율성의문제.(4장참조 ). 소모전력의반정도가 RF 증폭기에서소모. 부품의크기 -회로/ 부품의소형화추세및점유공간의소형화.. -예: 신용카드형태의무선데이터모뎀 (PCMCIA). 좁은공간에무선주파수와디지털처리장치의배치문제. 그림 품격에맞는장치를구성하는문제. 정부의규제와표준 - 통신시스템에서표준가차지하는비중이증대. -유럽무선통신규격의책임기관 : ETSI(European Telecommunications Standards Institute) -전화/ 컴퓨터모뎀과같은유선통신장비의규격 : ITU(International Telecommuni- cations Union) -영국전화망의모든장비 BABT(British Approvals Board for Telecommunications) 의인증이필요. - 무선통신기기장비상호간의작동보장과전력레벨, 점유대역폭등과같은방출파라미터의규정도필요. - 라디오무선주파수할당은 WARC(World Administrative Radio Conference) 에서 5년마다지구전체의차원으로협정. 그림 2.1.3

5 2.2 데이터전송기초 상업적인현실성 - 소비자입장에서는가격과디자인이중요성. ( 기술보다 ) - 수신감도나 BER 성능보다는디자인모양이나통화시간량이더관심. -기술적인우수성이판매의우수성과꼭일치하지않음. - 기술의과다함없이사용자의기대와요구를만족시키며, 비용, 개발시간, 신뢰도등을다루는문제는어려운과제. 그림 데이터전송기초 - 디지털통신링크를효과적으로설계하는데관련된기본규칙설정에초점. - 주어진채널에서정보를빠르게전송하는것을제한요소는? 라는질문. - 예 ; 컴퓨터에서프린터로정보를보낼때, 통신링크를통하여 비트의정보를얼마나빨리보낼수있을것인가? 1초이상걸릴것인가? 1msec 이상걸릴것인가? 즉시보낼수있는가? 그림 2.2.1

6 2. 데이터전송의기초 통신방법 2 진신호체계 (Binary Signalling) 단일케이블을사용한 2 진신호체계 그림 채널에서의필터링과정으로감쇄가존재. - 채널의전압변화가얼마나빠를수있는가가전송률을결정 --> 링크의대역폭에의해전송률이제한된다. 다수의병렬케이블을사용한 2 진신호체계 그림 링크의전송률은사용한케이블의수에비례하여향상. - 단일케이블링크수준의전송률유지--> 낮은대역폭 ( 더값싼 ) 의링크로대체될수있다.

7 2.2 데이터전송기초 멀티 - 레벨신호체계 (Multi-level Signalling) 단일케이블을사용한멀티-레벨신호체계 - 데이터전송을 2진형태로만생각할필요는없음. - 다수의전압레벨이나심벌형태도가능. - 예 : 4 가지전압레벨을사용한다면 -> 2비트를네가지레벨중하나로인코딩할수있다 (00 레벨A, 01 레벨 B, 10 레벨 C, 11 레벨 D). 그림 심벌상태가변할때마다두비트의정보가전송됨. - 주어진링크의대역폭에서두배빠르게정보를전송혹은대역폭의절반으로동등한전송률을유지할수있다. 다수의케이블을사용한멀티 - 레벨신호체계 멀티-레벨 (M-진신호체계 ) 과병렬채널을사용 -> 전송률의증가혹은채널의요구대역폭을줄일수있다. 그림 2.2.5

8 2. 데이터전송의기초 멀티 - 레벨심벌동작 - 예 : 디지털정보를전송하는데임의의수의심벌이나심벌상태 1 비트사용 --> 2개의전압상태 (high, low) 2 비트사용 --> 4개의전압상태 (A, B, C, D) 10비트사용 --> 1024개의전압상태 20비트사용 --> 개의심벌상태의표현이가능. 그림 실질적인제약 : 전압레벨, 주파수, 빛의세기등의각상태를정확하게구분해내는수신장비의능력에따라제한. - 채널과송신기, 수신기에서추가된잡음과왜곡의수준에의하여결정. - 예 : -56 kbps에서작동하는전화모뎀 -> 반송파의진폭과위상을조합하여 1024 상태이상을사용. -디지털셀룰러폰시스템 -> 잡음이많은환경이므로두개또는네개상태를사용.

9 2.2 데이터전송기초 대역폭과잡음간의상충 얼마나빨리데이터를전송할수있는가? --> 정보전송률과관련된두가지의기본요인. 최대로감지할수있는파형이나심벌상태의변화율 채널의대역폭 --> 채널상의신호를얼마나빨리변화시킬수있는가결정. 심벌상태를몇개나구분할수있는능력. 채널에서의잡음레벨. --> 수신기에서구분 ( 디코딩 ) 할수있는, 심벌상태의상한값이정해짐. 채널에서의발생된왜곡정도. --> 수용가능한성능을제공하는심벌의수와변화율을제한시킨다. 정보전송률 데이터채널에서의정보전송률은정보원에서목적지까지전송될수있는 2 진정보 ( 비트 ) 의속도로정의된다. 정보전송률의단위 bps(bits/second) 예 : 6 비트의정보가 6 ms 마다전송 --> 정보전송률 6bits/6ms 1000bps

10 2. 데이터전송의기초 심벌률 (Baud rate) 심벌의전송률과정보전송률의구분이필요. 심벌률 ( 때로는 baud rate 라부르는 ) 은통신채널에서관측된신호상태의변화율로정의되며정보전송률과다를수도있다. 심벌률의단위 sps(symbols/second) 또는 baud 예 : 한쌍의비트를채널로전송하는데네가지주파수를사용하며주파수 ( 심벌 ) 가 0.5 ms마다변화된다면 --> 심벌률 1/0.5 ms 2000 sps(2000 baud) --> 정보전송률 = 심벌률 x 2 = 4000 bps ( 각심벌마다 2비트씩전달되고있으므로 4000 bps가된다.) 예 : 3 비트를채널로전송하는데 8가지전압레벨을사용하며전압값 ( 심벌 ) 이 0.5 ms마다변화된다면 --> 심벌률 1/0.5 ms 2000 sps(2000 baud) --> 정보전송률 = 심벌률 x 3 = 6000 bps ( 각심벌마다 3비트씩전달되고있으므로 6000 bps가된다.) 대역폭효율 통신링크의대역폭효율은어떤변조형태가 ( 그리고코딩방법이 ) 주어진대역폭을어떻게잘활용하는가하는척도가된다. 통신링크의대역폭효율의단위 bits/second/hz 예 : 8000 bps 의정보를연속적으로보내는데 4 khz 의대역폭이필요하다면, --> 대역폭효율 8000 bps/4000 Hz 2 bps/hz

11 2.3 멀티 - 레벨신호체계 (Multi-level signalling) 2.3 멀티 - 레벨신호체계 (Multi-Ievel signalling) 비트와심벌과의관계 - 동일한채널대역폭으로높은데이터율이필요한경우 ->2 진 ( 두가지심벌 ) 만을사용하는모뎀은비효율적. -> 최근전화모뎀은 1024 이상의신호상태를사용. 그림 비트의패턴으로표시하는데필요한심벌의상태수는다음과같은간단한식으로주어진다. 심벌상태 예 : 3비트로이루어진그룹은다음의어느심벌상태중의하나로표현될수있다. M 심벌상태그리고 4비트의경우 : M 심벌상태 5비트의경우 : M 심벌상태

12 2. 데이터전송의기초 예 : 8- 진신호체계 그림 파형 A: 2 진데이터를나타낸다. 파형 B: 파형 A의 3비트구간을 8가지전압레벨중하나로표시. 파형 A와파형B는동일한정보율을유지. 파형 B의경우전압상태가변하는비율은 1/3로감소되며, -> 필요한대역폭이 1/3로줄어든다. 파형 C : 2진부호원과동일한심벌률을유지하면서동일한대역폭. -> 정보율은 3배증가한 8-진신호.

13 2.3 멀티 - 레벨신호체계 (Multi-level signalling) M-진신호체계의장점 주어진심벌률과해당채널대역폭 --> 높은정보전송률. 주어진정보전송률 --> 낮은심벌률 --> 대역폭이감소된다 --> 대역폭효율 (bps/hz) 증가. M-진신호체계의단점 M-진기저대역신호체계 : --> 심벌상태간의구분이어려워짐 -->2 진신호체계와비교하면잡음 / 간섭허용도가감소.(3.6절참조 ). 수신기의심벌복원이복잡해진다 (3.5 절참조 ). TX/RX 하드웨어와채널의선형성 (4.3 절참조 ), 왜곡의감쇠가더욱요구 됨.( 직교 M-FSK 는제외 ).

14 2. 데이터전송의기초 2.4 채널용량계산 유한한대역폭으로인한한계 그림 채널의데이터의최대전송률 : -> 채널상의대역폭과관련된최대의심벌률을알필요가있다. - 0 Hz에서 B Hz 사이의기저대역채널고려 ( 채널통과대역 ) - 그림 2.4.1의신호는 8-진심벌열이다. - 이 8진신호의주파수성분은 ( 푸리에급수전개 (1.1절참조 )) 여러개의고조파가포함. - 구형파의기본주파수는 0.5 1/T s 이다 (T s 는심벌주기 ) - 채널이구형파의기본파만을통과할만큼의대역폭 (0 Hz ~B Hz) 만가지고있다면?

15 2.4 채널용량계산 그림 > 정확한레벨유지및각심벌구간의정확한시간에서수신된신호를판정한다면, 데이터를복원할수가있다. -> 0.5 1/T s 보다작은대역폭은구형파의기본파를억제하기때문에 -> 어떤신호도채널을통하여제대로전송및복원될수없다. ( 형태를알아볼수없다 ) -> 이대역폭이최소대역폭이된다. 최소전송대역폭 기저대역에서에러없이전송하기위한최소대역폭은 B min 0.5 1/T s 이고, 여기서 T s 는심벌주기이다.

16 2. 데이터전송의기초 - 채널의최대심벌률이 2B sps, 각심벌은 log 2 M 비트를전달. 체널대역폭이 B Hz 인기저대역에서의채널용량 C 는 C 2B log 2 M bps 잡음으로인한채널용량의제한 Shannon-Hartley 정리 - 채널용량 : 대역폭 B 와신호대잡음비 S/N 의관계. --> Shannon-Hartley 용량한계. --> 통신시스템설계의실행가능성을평가하는중요한첫단계 --> 이론적인한계치를제시 그림 에러없는통신을위한 Shannon-Hartley 채널용량한계는다음식으로표현된다. 채널용량 C B log 2 (S/N + 1) bps

17 2.4 채널용량계산 전력과대역폭효율 최대용량 C 로전송하는시스템의수신단입력에서측정된평균신호전력 S 는 S E b C 로나타낼수있다. 여기서 E b 는비트당평균수신에너지이다. 평균잡음전력 N 은 N N 0 B로정의되고, 여기서 N 0 는잡음전력밀도 (Watts/Hz) 이다. 이정의를이용하여 Shannon-Hartley 정리는다음과같이쓸수있다. C/B log 2 (1 + E b C/N 0 B ) - C/B 는시스템의대역폭효율을나타낸다 ( 단위는 bps/hz). - 비율이크면클수록대역폭효율이커진다. - E b/n 0 은시스템의전력효율을나타낸다. - 비율이작을수록주어진잡음량에대해, 검출할수있는각비트의사용되는에너지가적다. - 전력효율 : 제한된건전지의수명을최대화한는문제 ( 휴대폰등 ) ( 전력효율 : 5장에서다룬다 ) 그림 2.4.4

18 2. 데이터전송의기초 그래프표현 그림 Shannon-Hartley 정리에서대역폭효율과전력효율의상충관계표시. - 실제에대부분의경우이론치보다 3 db 이상부족 (6 장참조 )

그룹웨어와 XXXXX 제목 예제

그룹웨어와 XXXXX 제목 예제 데이터통신 부호화 (encoding) 부호화 (Encoding) 의개념 정보 Encoder 신호 1 Digital - to - Digital 2 Analog - to - Digital 3 Digital - to - Analog 4 Analog - to - Analog 2 1 Digital-to-Digital Encoding Digital 정보를 Digital