제 7 장 전송매체 Chapter 7. Transmission Media Copyright c 2016 Hwang Min Tae 1 7.1 유도매체 유도매체 (Guided Media) 한장치에서다른장치로의물리적연결제공 꼬임쌍선 (Twisted-pair) 케이블, 동축케이블, 광섬유케이블 꼬임쌍선케이블 비차폐꼬임쌍선 (UTP: Unshielded Twisted Pair) 케이블 절연체를입힌 2 개의도선 ( 일반적으로구리 ) 으로구성 주파수영역 (100Hz ~ 5MHz) 은음성이나데이터를모두전송가능 선을꼬아줌으로잡음에대한영향이줄어들게됨. 2 1
UTP 케이블의장점 ~ 값싸고사용하기편하며설치도용이함 미국전자산업협회 (EIA) 에서정한 UTP 케이블범주 (Category) 범주 1 ~ 초기전화시스템에사용된꼬임쌍선으로음성및저속통신에적합 범주 2 ~ 음성및 4Mbps 디지털데이터전송 범주 3 ~ 10Mbps 디지털데이터전송에사용되며전화시스템의표준케이블 범주 4 ~ 16Mbps 디지털데이터전송에사용 범주 5 ~ 100Mbps 까지의데이터전송에사용 3 차폐꼬임쌍선 (STP: Shielded Twisted Pair) 케이블 금속박이나망사형피복으로절연된도선쌍을덮고있는케이블 전자기잡음의침투를막음 혼선 (Crosstalk) 을막을수있음 UTP 에비해가격은비싸지만잡음에는덜민감함 4 2
동축케이블 (Coaxial Cable) 꼬임쌍선케이블보다높은주파수영역 (100KHz~500MHz) 의신호전달 구성 5 동축케이블용커넥터 BNC(Bayonet Network Connector) ~ 원통형으로서끼워넣은다음반바퀴돌려고정 T 커넥터 ~ 주회선으로부터 1 개이상케이블을분기하기위한 T 자형커넥터 종료기 (Terminator) ~ 주회선의양끝단에서전파를흡수하여반향 (Echo) 을제거 광섬유 (Optical Fiber) 빛의성질 굴절 (Refraction)~ 밀도차에따른빛의방향전환 임계각 (Critical Angle)~ 입사각을증가시킬때수평축과평행한굴절이일어날때의입사각 광섬유의전송원리 입사각이임계각보다커지면입사각과동일한각도로반사 (Reflection) 되는특성을이용 6 3
케이블구성 코어 (Core): 순수한유리나플라스틱, 빛을전송 클래딩 (Cladding): 코어보다밀도가낮은소재 플라스틱커버 : 빛이밖으로새는것을막아준다 전파방식 ( 모드 ) 7 다중모드단계지수광섬유 (Multimode Step-index Fiber) 반사되는각도별경로 ( 모드 ) 들을정의함 모달분산 (Modal Dispersion) 현상 ~ 큰각도로반사된빛이작은각도로반사된빛보다더자주많이반사되므로도착시간이더오래걸림 다중모드등급지수광섬유 (Multimode Graded-index Fiber) 모달분산현상해결 ~ 코어에서방사상으로나오며밀도가점차낮아짐 ( 코어와클래딩간의경계가불명확 ) 8 4
단일모드광섬유 (Single Mode Fiber) 코어의지름을충분히줄여하나의경로만있도록한것 광원 : 광섬유의송신장치 전류형태의신호를빛의형태로바꿔매체로전달 발광다이오드 (LED: Light Emitting Diode)~ 단거리용 주사레이저다이오드 (ILD: Injection Laser Diode)~ 장거리용 광검출기 : 광펄스를다시전기적신호로바꿔줌 포토다이오드 (photodiode) 가주로사용됨 광섬유의장단점 장점 ~ 잡음에대한저항력, 낮은신호감쇠, 높은대역폭, 습기에강함 단점 ~ 가격이비싸고, 설치및유지보수가어렵다. 9 7.2 비유도매체 비유도매체 (Unguided Media) = 무선매체 물리적연결이비실용적이거나불가능할때필요함 전자파를이용하여데이터전송 전자파 (Electromagnetic Waves)~ 전송안테나에전류를유도함으로써야기되는진동하는전자기방사 파장 = 빛의속도 / 주파수 10 5
무선주파수할당 VLF 에서 EHF 까지 8 개대역으로구분 11 무선주파수별용도 VLF(Very Low Frequency) 장거리무선항해와해저통신에사용 LF(Low Frequency) = 장파 장거리무선항해, 무선등대 (Radio Beacon), 항해위치확인기 MF(Middle Frequency) AM 라디오, 해상라디오, 무선방향탐지 (RDF), 긴급구조주파수등 HF(High Frequency) = 단파 아마추어무선라디오 (HAM Radio), 민간방송용 (CB) 라디오, 국제방송, 군사통신, 장거리항공기와해상통신, 전화, 전보, 팩시밀리등 VHF(Very High Frequency) = 초단파 VHF 텔레비전, FM 라디오, 항공, AM 라디오, 항공항해보조등 UHF(Ultrahigh Frequency) = 극초단파 UHF 텔레비전, 이동전화, 셀방식라디오, 페이징 (Paging), 마이크로파등 SHF(Superhigh Frequency) 위성마이크로파, 레이더통신 EHF(Extremely High Frequency) 과학용, 레이더, 위성, 실험용통신 12 6
무선파의전파 지표, 대류권, 전리층, 가시권, 우주공간의다섯가지전파 (Propagation) 방식이용 13 지상마이크로파 (microwave) : 2~40 GHz 고도의방향성을가지므로점대점전송에적합하다 가시선신호를사용하므로장애물에취약하다 안테나의높이가도달거리를좌우함 중계기 (Repeater) 를사용하여도달거리증가시킴 안테나 수신 ~ 포물선접시안테나 (Parabolic Dish Antenna) 송신 ~ 혼안테나 (Horn Antenna) 용도 : 장거리통신서비스 14 7
위성통신 (Satellite Communication) 두개이상의지상송수신국연결에사용 최초의위성 : 57 소련 sputnik (560 마일상공 ) 정지궤도 (geosynchronous orbit) Kepler 의제 3 법칙 : p 2 = K D 3 P : 1 회전시간, K : 중력상수, D : 위성과지구간거리 D = 22,300 마일 ( 적도위상공 ) 정지위성 : 위성이고정된것처럼보인다 응용분야 기상기록, 전화, TV, 뉴스서비스, 군사적이용 15 상향전송과하향전송에각기다른주파수사용 상향전송 (Uplink) ~ 송신기로부터위성으로의전송 하향전송 (Downlink) ~ 위성으로부터수신기로의전송 주파수범위가같은신호는겹쳐지지않도록위성간최소한간격유지 위성주파수대 L Band ~ 이동위성통신 ( 자동차, 선박등 ) 에주로사용 C Band ~ 최초로사용되었으며일반적으로 TV 방송과 VSAT 에사용 Ku Band ~ HDTV 와같이고속정보전송을위해사용 Ka Band ~ 안테나는작아지나비나습기와같은대기의간섭에영향이큼 ( 기술개발에애로가크며비용과다 ) 16 8
안테나 방송용위성안테나 지상어디서나수신가능하며, 위성전화나위성 TV 수신에이용 특수안테나 광선모양 (Beam shaping) ~ 제한된지역만수신가능 ( 군사적이용 ) 점광선 (Spot Beam) 안테나 ~ 한곳만수신가능 VSAT (very small aperture terminal) 시스템 많은원격스테이션들을대형 DB 를갖춘중앙스테이션에위성을이용하여연결하는시스템 사용자장비에직접위성송수신장치를연결 짧은시간동안고속데이터전송률을요구하는응용분야에적합 국립기상서비스, 신용카드검증, 자동입출금기계등 17 7.3 전송장애 감쇠 (Attenuation) 신호가매체를이동할때매체의저항으로에너지손실발생 증폭기를사용하여손실을복원 데시벨 (db: decibel) ~ 입력신호에대한출력신호의상대적인크기 신호가감쇠되면음수, 증폭되면양수로표시됨 db = 10 log 10 ( 출력신호 / 입력신호 ) 예 : 출력신호가입력신호의 100 배로증폭된경우 20dB 가됨 일그러짐 (Distortion) 신호의모양이나형태가변하는것 신호를구성하는여러주파수성분이각기다른지연특성을가지므로목적지에도착하는신호는반대신호를생성하거나다른주파수의신호를생성하게됨 잡음 (Noise) 열잡음 ~ 전선에있는전자의움직임에의한잡음 유도잡음 ~ 외부장치에의해발생하여전송매체로전달되는잡음 혼선 (Crosstalk) ~ 하나의전선이다른것에미치는잡음 충격잡음 ~ 전기선에서발생하는스파크 ( 짧은시간에높은에너지의신호 ) 나빛에의한잡음 18 9
7.4 성능 처리량 (Throughput) 단위시간당데이터의이동량 전파속도 (Propagation Speed) 신호가매체를통해 1 초동안이동할수있는거리 전자기신호는매체와신호의주파수에의존 빛의전파속도는 3 x 10 8 m/s, 매체를통한신호의전파속도는 2 x 10 8 m/s 전파시간 (Propagation Time) 신호가전송매체의한지점에서다른지점까지이동하는데요구되는시간 (= 거리 / 전파속도 ) 19 7.5 파장 파장 (Wavelength) 신호파형이한주기로서이동할수있는거리 파장 = 전파속도 x 주기 = 전파속도 / 주파수 20 10
7.6 샤논용량 샤논용량 (Shannon Capacity) 잡음이있는채널의이론적인최고데이터전송률 신호대잡음비 (SNR: Signal-to-Noise Ratio) S/N : S 는신호의세기, N 은잡음의세기 B = log 10 (S/N) bel S 가 N 보다 10 배크다면 B 는 1 bel 이됨 1 db = 0.1 bel 최대비트전송률 (bps) = 대역폭 * log 2 (1+S/N) 전화시스템의예 대역폭 : 3000Hz, SNR: 35dB 로가정 Bit Rate = 3000 * log 2 (1+3162) = 34,860 bps 일반적인모뎀의비트전송률은 35,000bps 가상한선 전화망을통해통신하는두개의아날로그모뎀간에적용됨 ISP(Internet Service Provider) 와의연결에사용하는경우 56Kbps, 64Kbps 모뎀이가능 21 7.7 매체의비교 매체의적합성비교 비용 ~ 재료비용 + 설치비용 속도 ~ 매체가확실하게전송할수있는초당최대비트수 감쇠 ~ 거리에따라약해지거나왜곡되는전자기신호의특성 전자기간섭 (EMI: Electromagnetic Interference) 보안 ~ 도청에대한보호 전송매체의성능비교 22 11