제 2 장 정보전송기술

1. 제2장 정보전송기술 • 2.1 전송 기술의 기초 • 2.2 전송 속도 • 2.3 변조 방식 • 2.4 통신 회선 • ◐ 연습문제

2. 2.1 전송기술의 기초 • ■ 전송부호 (transmission code) • 데이터 전송은 단순한 전기적 신호만으로는 통신의 의미가 없으므로 상호간에 어떤 규정된 데이터의 형태를 약속해야 되는데 이를 전송부호라 한다.

3. 2.1 전송기술의 기초 • [1] 2진 부호(Binary code) • 2진 부호로 전송하는 시스템은 정보 단위가 두 개의 상태로 표현되며, 그 표현 상태를 비트(bit)라 한다.

4. 2.1 전송기술의 기초 • [2] 아스키 부호(ASCII code) • 7개의 정보 비트와 1개의 패리티(Parity) 비트로 구성, 가장 널리 사용됨. • 7개의 정보 비트로 128개(27)의 조합이 가능 • 우수 패리티(even parity)와 기수 패리티(odd parity)에 의해 에러의 발생 여부를 알 수 있다.

5. 2.1 전송기술의 기초 • [3] EBCDIC 부호(확장 이진화 십진코드) • ASCII부호보다 더 많고 다양한 문자, 숫자, 기호를 전송하기 위하여 정보 비트수가 8비트로 문자 코드를 지원한다. • 기존의 6비트 코드인 BCD코드를 확장, 256(28)개의 비트패턴이나 문자로 표현 • 대형 IBM기종의 컴퓨터와 터미널 등에서 찾아볼 수 있으며, 데이터 전송을 위한 내부 기계어 코드로 사용된다. • 표2-3. EBCDIC 부호

7. 2.1 전송기술의 기초 • ■ 데이터 전송 방식 • [1] 아날로그 전송과 디지털 전송 • (1) 아날로그 전송 • . 아날로그 데이터나 디지털 데이터에 관계없이 모두 전송이 가능 • . 모뎀(modem) : 디지털 데이터를 아날로그 신호로 전송하고자 할 경우 • . 변조(modulation) : 디지털 신호를 아날로그 신호로의 변환 • . 복조(demodulation) : 아날로그 신호로부터 디지털 신호로의 변환 • . 증폭기(Amplifier) : 전송신호 증폭

8. 2.1 전송기술의 기초 • 그림 2-1. 아날로그 전송

9. 2.1 전송기술의 기초 • (2) 디지털 전송 • . 전송 시 에러 확률을 감소 • . 아날로그 데이터는 코덱(CODEC)을 통하여 디지털 신호로 변환하여 전송 • 신호를 장거리로 전송할 때 신호의 증폭만으로는 에러 가능성이 높아지기 때문에 적당한 간격으로 리피터를 설치한다. • 그림 2-2. 디지털 전송

10. 2.1 전송기술의 기초 • [2] 통신 방식 • 단방향(Simplex)통신 • . 정보의 흐름이 접속된 두 장치 간에 한쪽 방향으로만 전송될 때 사용 • . 송•수신 간에 송신만 일방적으로 이루어지는 방식 • . 수신측에서는 응답할 수 없는 경우 • . 데이터통신에서는 에러 제어용 신호 선으로 사용

11. 2.1 전송기술의 기초 • ◈ 특징 • ① 복수국이 일정한 정보를 공유할 수 있다. • ② 문제 발생 시 송신측의 장치에는 별다른 영향을 주지 않기 때문에 장비의 보호 에도 효율적이다. • ③ 수신측에 정보전달이 정확하게 되었는지 확인이 어렵다. • 그림2-3. 단방향 통신

12. 2.1 전송기술의 기초 • (2) 반이중(Half Duplex)통신 • : 양방향 통신 대화 방식이나, 어느 한 시점에서는 한 방향으로만 데이터가 전송 되며 동시에 양방향 전송은 할 수 없다. • ◈ 특징 • ① 휴대용 무선 통신기, 컴퓨터의 경우 주 컴퓨터와 단말기 간에 주로 사용된다. • ② 양측이 모두 동시에 데이터를 전송할 수가 없기 때문에 한 방향으로 전송하는 동안 다른 방향으로의 전송은 대기를 하여야 하는 단점이 있다. • 그림 2-4. 반이중통신

13. 2.1 전송기술의 기초 • (3) 전이중(Full Duplex)통신 • : 양쪽이 두개의 전송로로 연결되어 있어서 동시에 송수신이 가능한 통신 방식 • : 반이중통신 방식에 비해 충돌문제가 발생하지 않으므로 현재의 통신 방식으로 많이 사용되고 있다. • ◈ 특징 • ① 양방향의 동시성을 가지므로 시간 효율이 높다. • ② 동시전송이 발생할 경우 제어가 곤란하다. • ③ 정보 전달에 대한 의미가 혼동되는 경우도 발생한다. • 그림 2-5. 전이중통신

14. 2.1 전송기술의 기초 • [3] 직렬 전송과 병렬 전송 • 직렬 전송 • 문자를 구성하는 각 데이터 비트를 직렬로 나열한 후 하나의 통신회선을 사용하여 1비트씩 순차적으로 전송하고 수신측에서 병렬의 문자 비트로 재편성하여 수신하는 방식 • 그림 2-6. 직렬 전송

15. 2.1 전송기술의 기초 • (2) 병렬 전송 • 송신하고자 하는 데이터를 구성하는 비트별로 통신회선을 따로 두어 한꺼번에 전송하는 방식 • 그림 2-7. 병렬 전송

16. 2.1 전송기술의 기초 • [4] 동기 방식 • 동기화 : 송신측과 수신측 사이에 정보를 보내는 송신시점과 이를 받는 수신시점을 합의하는 절차. • (1) 비동기식 전송(Asynchronous transmission) • 송신측과 수신측 사이의 클럭(clock)을 일치시키는 별다른 절차 없이, 고정된 크기의 비트 묶음을 기본 단위로 하여, 전송하려는 문자 앞과 뒤에 시작 비트(start bit)와 정지 비트(stop bit)를 첨가하여 전송하는 방식.

17. 2.1 전송기술의 기초 • 그림 2-8. 비동기식 전송

18. 2.1 전송기술의 기초 • (2) 동기식 전송(Synchronous transmission) • 동기식 전송은 데이터를 전송하는데 송•수신측 사이에 미리 정해진 숫자만큼의 문자열을 한 묶음(block 또는 frame)으로 만들어 일시에 전송하는 방식. • (가) 비트 위주의 전송 방식(bit-oriented link) • 전송단위를 일련의 비트들의 묶음으로 보고, 비트 블록의 처음과 끝을 나타내는 특별한 비트 패턴을 덧붙여 전송하는 방식 • (나) 문자 위주의 링크(character-oriented link) • 데이터 블록을 일련의 문자(8bit)들로 취급하며, 특정의 문자를 블록의 선두에 붙여 동기를 취하는 방식

19. 2.1 전송기술의 기초 • (a) 비트 위주의 프레임 • (b) 문자 위주의 프레임 • 그림 2-9 동기식 전송

20. 2.1 전송기술의 기초 • 표 2-4 비동기식과 동기식 전송 방식의 비교

21. 2.1 전송기술의 기초 • (다) 프레임 동기 방식 • 문자동기 방식의 전송속도와 전송효율을 개선하기 위해 사용되는 것으로, 데이터의 시작과 끝을 표시하는 특별한 형태의 비트패턴을 사용한다. 이 플래그의 비트패턴은 ‘01111110’의 값을 가지며 시작과 종료시 사용된다. • 그림2-10. 프레임 동기 방식

22. 2.1 전송기술의 기초 • [5] 전송 방식 • (1) Baseband 전송 방식 • 단말장치나 컴퓨터 등에서 출력되는 디지털 정보들을 부호화하여 변조과정을 거치지 않고 원형에 가까운 파형으로 그대로 전송하는 방식 • (가) 단극 방식(unipolar) • 모두 양(＋)의 전압이거나 혹은 음(－)의 전압으로 표현하는 경우를 말한다. 가장 단순한 방식으로 잡음에 약하기 때문에 근거리 데이터 전송에 사용된다. • 그림 2-11. 단극 방식

23. 2.1 전송기술의 기초 • (나) 복류(복극 또는 양극) 방식(double current) • “1”을 부(-)전압으로 “0”을 정(+)의 전압에 대응시킨 방식이다. 단류 방식에 비하여 파형 왜곡의 영향을 받지 않으므로 저속도 전송의 표준적인 전송 방식으로 이용된다. • 그림 2-12. 복류 방식

24. 2.1 전송기술의 기초 • (다) 단류 RZ 방식(single current return-to-zero system) • “0”은 0전위, “1”은 부(-)전압으로 하되 단 “1”일 때 펄스폭의 절반만 부(-)전압에 존재하고 곧바로 0전위로 복귀한다. 각 심벌(symbol)간에 어느 정도의 간격이 있을 때, 각각의 위치를 명확하게 하여 이용할 수 있다. 펄스의 길이가 심볼의 길이보다 짧고 반드시 0전위로 복귀한다. • 그림 2-13. 단류 RZ 방식

25. 2.1 전송기술의 기초 • (라) 복류 RZ 방식(double current return-to-zero system) • “0”을 부(-)전압으로 “1”은 정(+)의 전압으로 하되 1, 0 모두 펄스의 반만 존재하고 곧바로 0전위로 복귀한다. 심볼마다 펄스가 발생하는 것으로 정보의 위치가 항상 알려진다. • 그림 2-14. 복류 RZ 방식

26. 2.1 전송기술의 기초 • (마) NRZ • 데이터의 한 비트 간격동안 전압이 항상 일정 값을 유지하는 것이 특징이다. • 그림 2-15. 단류 NRZ 방식 • 그림 2-16. 복류 NRZ 방식

27. 2.1 전송기술의 기초 • (바) 바이폴라 방식(bipolar system) • 이 방식은 단류 방식의 펄스를 교대로 (+), (-)의 펄스로 변환시키는 방식으로 신호가 세 개의 상태로 변하게 된다. 입력 신호가 0이면 0의 레벨, 1이면 양(＋)의 펄스 혹은 음(－)의 펄스를 교대로 변환시키는 방식으로서 0이나 1의 신호가 연속되어도 직류 성분이 포함되지 않으므로 직류 차단 특성의 선로에 우수하며, 부호 에러의 검출이 가능하다. 바이폴라 방식에서는 교대로 (+), (-)의 펄스를 사용하기 때문에 파형의 평균값은 항상 0이 되며, 직류 차단 특성의 영향을 받지 않는 특징이 있다. 이 부호는 베이스 밴드 전송에 가장 일반적으로 많이 쓰이는 방식이며 AMI(Alternate Mark Inversion) 부호라고도 부른다. • 그림 2-17. 바이폴라 방식

28. 2.1 전송기술의 기초 • (사) 맨체스터 방식 • 매 비트 시간의 중간에 한 번의 전압 변화를 가해 주는 것으로, 자동적으로 동기화 기능을 수행하면서 비트 값(0 또는 1)도 나타낸다. 이렇게 하면 0 또는 1의 값이 계속된다 하더라도 반송파의 평균 전위가 올라가거나 내려감으로써, 비트 값을 정확히 식별하지 못하는 문제는 더 이상 발생하지 않는다. • 그림 2-18. 맨체스터 방식

29. 2.1 전송기술의 기초 • (자) 차분적 맨체스터 방식(differential manchester) • 이 방식에서는 매 비트의 시작 시점에서 0일 때는 전압이 변하고, 1일 때는 변하지 않는다. 전압이 E에서 -E, 또는 -E에서 E에서의 교환 점을 “0”에 대응시키고, 변화하지 않는 것을 “1”에 대응시켜 전송하는 방식이다. 이 방식의 특징은 수신 파형의 극성이 모두 반전되어도 정확히 복조될 수 있다. • 그림 2-19. 차분적 맨체스터 방식

30. 2.1 전송기술의 기초 • (차) 다이코드(dicode) 방식 • 0에서 1로 변화하면 (+E)전위, 1에서 0으로 변화하면 (-E)전위, 변화하지 않을 때에 0전위로 하는 방식이다. • 그림 2-20. 다이코드 방식

31. 2.1 전송기술의 기초 • (카) CMI(Code Mark Inversion) • (+)에서 (-)로 극성이 변화하면 0으로, 극성이 (+) 또는 (-)로 변화하지 않으면 1로 하는 방식이다. • 그림 2-21. CMI 방식

32. 2.1 전송기술의 기초 • (2) 대역전송 방식 • 단말기로부터 출력된 디지털 신호가 기존의 통신회선을 왜곡 없이 지나가기 쉽도록 반송파를 이용하여 아날로그 신호로 변환하여 전송하는 방식이다. 전송할 신호의 주파수에 비해서 충분히 높은 주파수의 전송파를 이용하여 1과 0을 진폭이나 주파수, 위상에 대응하여 전송하며 AM, FM 등이 속한다.

33. 2.2 전송 속도 • 부호를 전송하는 속도를 표시하는 방법으로 단위 시간 당 전송되는 정보량을 말한다. 기본 단위로는 2진수 즉, 비트(bps：bit per second)와 매초 당 신호변환 또는 상태의 변환 수를 나타내는 보오(baud)가 있으며 일반적으로 사용되고 있는 것으로는 데이터 전송(신호)속도, 변조속도, 베어러(bearer)속도 등이 있으며 다음과 같은 종류가 있다.

34. 2.2 전송 속도 • ■ 데이터 전송(신호)속도 • 데이터 전송속도 = 단위 시간당 전송되는 정보량 • . 데이터 회선을 통하여 보내지는 문자 수 또는 블록 수 등의 속도 • . 단위는 비트, 문자, 블록 등 • . 데이터 신호속도는 매 초당 전송되는 비트 수로 부호를 구성하고 있는 비트가 1초간에 얼마나 전송되는가를 나타낸다. • . 기본 단위는 2진수 • . 단위는 bps(bit per second)

35. 2.2 전송 속도 • ■ 변조 속도 • . 신호의 변조 과정에서 1 초간에 몇 번의 변조가 일어났는가를 표시 • . 매초 전달할 수 있는 부호 단위의 수, 디지털을 아날로그로 변환하는 속도 • . 단위는 보오(baud) • : 신호 내의 정보 내용물과는 관계없이 채널 상의 신호 변화율을 말한다. • 그림 2-22. 변조속도의 표시

36. 2.2 전송 속도 • ■ bearer 속도 • 베이스 밴드 전송 방식에서 데이터 신호 외에 동기 신호, 상태 신호등을 포함하는 전송속도를 말하며, 단위로는 bps가 사용된다. • [예] 데이터 신호 속도가 9,600[bps]인 경우 bearer 속도는 12,800[bps]이고, 데이터 신호 속도가 4,800[bps]인 경우 6,400[bps]가 된다. • Bearer 속도 = 데이터 신호 속도×8/6= 9,600[bps]×8/6=12,800[bps] • 그림 2-23. 2+6 Envelope 형식의 Bearer 프레임 구성

37. 2.2 전송 속도 • ■ 비트와 보오 • . 비트 : 데이터를 전송하는 기본 단위, 정보를 표현하는 최소단위 • . bps(bit per second) : 매 초당 몇 개의 비트가 전송되었나를 나타내는 단위 • . 보오(baud) : 매 초당 전송할 수 있는 부호단위수를 의미 • : 1초에 몇 번의 상태 변화를 가질 수 있는 가를 나타내는 신호속도의 단위 • 전송선로 상에서 하나의 비트가 하나의 신호단위로 사용될 경우 보오속도와 bps는 동일하다. • 그림 2-24. 비트와 보오

38. 2.3 변조 방식 • ◈ 변조(Modulation) • 전달하려는 전송매체에 일정한 주파수를 가지는 정보신호를 고주파인 반송파(carrier)에 실려 전송에 유리한 형태로 변환시켜주는 과정으로, 변조된 반송파를 피변조파라 한다. 즉, 반송파(carrier)를 사용하여 전송하려는 신호를 다른 신호와 합성한 후 신호에 담겨 있는 정보의 내용은 그대로 유지하면서 주파수 대역을 이동시키는 과정을 말한다. 반대로 변조된 신호파를 본래의 신호파로 변환하는 것을 복조(Demodulation)라고 하며 이와 같은 변조 및 복조를 행할 때에는 단말기와 전송로 간에 변•복조장치(Modem)를 설치해야 한다.

39. 2.3 변조 방식 • ■아날로그 변조 방식 • [1] 진폭변조 방식(AM：Amplitude Modulation) • 일정한 주파수를 갖는 아날로그 신호의 진폭을 변화시켜 정보를 전달하는 방법. • 진폭변조 신호는 기저대역 신호에 반송신호를 곱하여 얻어지는데, 여기서 두 신호의 곱은 각 신호의 순간 진폭을 곱해준다는 의미이다. 즉, 아날로그 데이터를 반송파의 진폭에 실어서 전송하는 방식이다.

40. 2.3 변조 방식 • [2] 주파수 변조와 위상 변조 • ◈ 주파수변조 방식(Frequency Modulation) • FM방송 등에서도 사용되고 있으며, 변조된 반송파의 진폭이 변조신호의 크기와 관계없이 항상 일정하다는 것이다. 일반적으로 주파수변조는 진폭변조에 비해서 많은 대역폭을 요구하지만 잡음에는 강한 특징이 있으며, 레벨변동에 의한 영향도 적다. 데이터 전송의 변조 방식으로는 훌륭한 성능을 가진 것으로 널리 이용되고 있다. 또한 회로가 간단한 것도 특징이라 할 수 있다. • ◈ 위상변조 방식(Phase Modulation) • 주파수가 일정한 교류신호를 입력신호에 따라 위상을 겹치지 않게 하고, 그 위상의 차이로 정보를 전달하는 방법이다. 주파수변조(FM)와 위상변조(PM)는 각 변조의 특수한 형태이다.

41. 2.3 변조 방식 • 그림 2-25. AM, FM 및 PM의 변조 파형

42. 2.3 변조 방식 • [3] 주파수변조와 위상변조간의 관계 • 위상변조 방식은 기저대역신호의 기울기에 비례하여 변조된 신호의 순간주파수가 높아지며, 주파수변조 방식은 기저대역신호의 크기에 비례하여 순간주파수가 높아지는 관계가 있다. 즉, 기저대역신호를 미분한 값으로 주파수 변조하면 기저대역신호를 바로 위상 변조한 것과 동일한 신호를 얻을 수 있다. 진폭변조에서 변조지수는 진폭의 비율로 나타나는 것처럼 주파수변조에서의 변조지수는 주파수의 비율로 나타난다. 기저대역신호의 크기가 최대에 이르면 변조된 신호의 순간주파수가 최대가 된다.

43. 2.3 변조 방식 • ■디지털 변조 방식 • 우리가 사용하는 통신회선은 대부분 전화회선이기 때문에 주파수 대역의 아날로그 신호인 사람의 음성을 전송하기에 적합한 교류신호를 사용하여 전송하는데 이것을 음성대역 전송로라고 한다. • 시내회선 이외의 원거리 전송에는 이와 같은 음성 대역 전송로를 사용한다. 대역 전송로를 사용하여 데이터를 전송하기 위해서는 직류신호를 아날로그 신호로 변환하여 전송하고, 수신측에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 필요가 있다. • 컴퓨터를 이용한 데이터 전송의 경우 변조해야 할 신호는 1과 0의 두 가지이므로 디지털 신호를 변조할 때는 진폭편이 변조 방식(amplitude shift keying), 주파수편이 변조 방식(frequency shift keying), 위상편이 변조 방식(phase shift keying)이라고 표현한다.

44. 2.3 변조 방식 • [1] 진폭편이 변조 방식(ASK：Amplitude Shift Keying) • 진폭편이 변조 방식은 디지털 데이터의 두 비트 값에 각기 다른 진폭을 대응시키는 변조 방식을 일컫는다. 이 방식은 두 개의 2진 값은 각각 다른 진폭을 가진 반송파로 표현될 수 있다. • ◈ 장 점 • ① 변조 방식이 반송파로 불리는 아날로그 신호를 on-off하는 방식으로 매우 값 싼 회로로 실현될 수 있다. • ② 전송대역을 유용하게 이용할 수 있다. • ③ 음성급 회선의 경우 1,200[bps]의 속도 이하로 전송할 경우에 사용된다. • ◈ 단 점 • ① 전송로에서 발생한 잡음이나 레벨변동에 약하다. • ② 갑작스러운 이득(gain)의 변화에 민감하게 반응한다. • ③ 다소 비효율적인 변조 방식이다.

45. 2.3 변조 방식 • 그림 2-26. ASK

46. 2.3 변조 방식 • [2] 주파수편이 변조 방식(FSK：Frequency Shift Keying) • 주파수편이 변조 방식은 진폭은 항상 일정하게 두고 반송파로 사용되는 정현파의 주파수에 정보를 싣는 변조 방식으로서, 수신된 데이터 신호의 0은 높은 주파수 f1, 1은 낮은 주파수 f2를 할당해서 데이터를 전송한다. 수신측에서는 전송 중에 왜곡된 파형을 레벨 정형한 후 주파수 변별 회로를 사용해서 주파수 변화를 진폭의 변화로 바꾸면 원래의 데이터 신호가 되며, 이것이 복조기의 출력이다. 그러나 복조시 반송파가 필요하며, 주파수 대역폭이 진폭편이 변조의 양측대파 방식과 비슷하게 넓은 대역폭을 차지해야 하는 단점이 있다. • ◈ 특 징 • ① 진폭편이변조 방식에 비해 잡음 등의 레벨 변동에 영향을 받지 않는다. • ② 주파수편이 폭이 어느 정도 큰 주파수 변동에 대하여도 강하다. • ③ 신호 속도에 동기가 필요하지 않으므로 회로도 비교적 단순하게 구성 • ④ 고주파(3～30[MHz])의 라디오에서도 흔히 사용되어진다. • ⑤ 동축케이블을 사용하는 LAN에서는 보다 높은 주파수로 사용될 수 있다.

47. 2.3 변조 방식 • 그림 2-27. FSK

48. 2.3 변조 방식 • [3] 위상편이 변조 방식(PSK：Phase Shift Keying) • 위상편이 변조 방식은 반송파로 사용되는 정현파의 위상에 정보를 싣는 변조 방식으로 디지털 데이터를 반송파의 위상으로 표현하는 방법이다. 이 방식은 일정주파수의 진폭을 갖는 정현파의 위상을 2등분, 4등분, 8등분 등으로 나누어 각각 다른 위상에 0 또는 1을 할당하거나, 2비트 또는 3비트를 한꺼번에 할당하여 상대방에 보내고 수신측에서는 이를 약속된 원래의 데이터 신호의 상태로 만들어 주는 방식이다. • 그림 2-28. FSK

49. 2.3 변조 방식 • [4] 진폭위상편이 변조 방식(QAM) • 진폭편이 변조 방식과 위상편이 변조 방식을 혼합한 변조 방식으로 반송파의 진폭과 위상을 상호 변환하여 신호를 얻는 변조방식으로서, QASK (Quadrature Amplitude Shift Keying)이라고 하며, 또한 이 방법을 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)이라고 한다. • (a) 4위상 2진폭 (b) 8위상 1진폭 (c) 12위상 1 또는 2 진폭

50. 2.3 변조 방식