430 likes | 932 Views
제 4 장 디지털 전송. 4.1 회선 코딩 4.2 블록 코딩 4.3 채집 4.4 전송방식 4.5 요약. 4.1 회선 코딩. 일련의 2 진 비트 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업. 회선 코딩의 특징 . 신호 준위 대 데이터 준위 신호준위 개수 : 특정 신호로 나타낼 수 있는 값들의 개수 데이터 준위 개수 : 데이터를 나타내는 데 사용되는 값들의 개수. 회선 코딩의 특징 . 2. 펄스 전송률 대 비트 전송률 펄스 전송률 : 초당 펄스의 개수
E N D
제 4 장 디지털 전송 4.1 회선 코딩 4.2 블록 코딩 4.3 채집 4.4 전송방식 4.5 요약
4.1 회선 코딩 • 일련의 2진 비트 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업
회선 코딩의 특징 • 신호 준위 대 데이터 준위 • 신호준위 개수: 특정 신호로 나타낼 수 있는 값들의 개수 • 데이터 준위 개수: 데이터를 나타내는 데 사용되는 값들의 개수
회선 코딩의 특징 2. 펄스 전송률 대 비트 전송률 • 펄스 전송률 : 초당 펄스의 개수 • 펄스 : 하나의 심벌을 전송하기 위해 필요한 최소한의 소요 시간 • 비트 전송률 : 초당 비트의 수 L : 신호의 데이터 준위 개수 비트 전송률 = 펄스 전송률 × log2L
회선 코딩의 특징 예제 1 어떤 신호가 두 개의 데이터 준위를 가지며 펄스 시간은 1ms이다. 다음과 같이 펄스 전송률과 비트 전송률을 계산할 수 있다. 펄스 전송률 = 1 / 1× 10-3 = 1,000 pulses/s 비트 전송률 = 펄스 전송률 × log2L = 1,000 × log22=1,000 bps 예제 2 어떤 신호의 데이터 준위는 넷이고 펄스 시간은 1ms이다. 아래와 같이 펄스 전송률과 비트률을 구한다. 펄스 전송률 = 1 / 1× 10-3 = 1,000 pulses/s 비트 전송률 = 펄스 전송률 × log2L = 1,000 × log24=2,000 bps
회선 코딩의 특징 3. 직류 성분 • 직류 성분을 통과시키지 않는 시스템을 통과할 경우 신호가 찌그러지거나 결과에 오류가 생길수 있다. • 회선에 남아있는 추가 에너지로 아무 쓸모가 없다.
회선 코딩의 특징 4. 자기 동기화 • 발신자와 수신자의 비트 간격을 맞추는 것 • 자기 동기화 디지털 신호는 전송되는 데이터 안에 타이밍 정보를 포함 • 전압을 바꾸어 발신자의 타이밍에 수신자의 타이밍을 맞춤
회선 코딩의 특징 예제 3 어떤 디지털 전송에 있어서 수신자의 시계가 발신자의 시계보다 0.1% 빠르다고 한다. 만일 전송률이 1Kbps라면 수신자는 매초 얼마만큼의 추가 비트를 받게 되겠는가? 만일 데이터 전송률이 1Mbps라면? 1Kbps일 경우, 발신자가 1,000bps일때, 수신자는 1,001bps가 되고 1Mbps일 경우, 발신자가 1,000,000bps일 때, 수신자는 1,001,000 가 된다.
회선 코딩의 방식 • 단극형 • 극형 • 비영복귀
단극형 • 0과 1로 표현 • 구현 비용이 저렴 • 직류 성분과 동기화 부재 문제
극형 • 양과 음의 두 전압 준위를 사용 • 회선의 평균 전압 준위 감소 • 직류 성분 문제의 완화 • 비영복귀(NRZ,nonreturn to zero), 영복귀(RZ, return to zero), 맨체스터, 차분 맨체스터
비영복귀 • NRZ-L • 양전압은 1, 음전압은 비트 0을 의미 • 긴 스트림의 데이터를 수신했을 경우, 송신자와 클록 동기화 여부 불투명 • NRZ-I • 전압 준위의 반전이 비트 1을 의미 • 전압의 변화시 비트 1을, 무변화시 비트 0로 표현 • 비트 1을 만날 때마다 신호가 변화하기 때문에 동기화를 제공
영복귀 • 연속적인 0이나 1 문자열을 수신할 경우 자신의 위치를 놓칠수 있음 • 분리된 또 하나의 채널로 별도의 타이밍 신호를 보내서 동기화 가능 • 동기화 보장을 위해 각 신호마다 동기화 정보를 포함 • NRZ-I의 0과1 두가지 값으로는 표현이 부족하므로 양, 음, 영을 사용 • 비트마다 구간동안 변환 • 양전압은 1을, 음전압은 0을 표현 • 한 비트를 부호화하기 위해 두번의 신호 변화가 이루어지므로 너무 많은 대역폭을 차지
맨체스터 • 동기화를 달성하는 동시에 해당 비트를 표현하기 위해 각 비트 간격 중간에서 신호를 반전 • 두가지 전이를 통해 RZ 와 같은 수준의 동기화를 달성
차분 맨체스터 부호화 • 비트 간격 중간에서의 반전은 동기화를 위해 사용 • 비트 간격 시작점에서의 전이 여부로 비트를 식별 (비트의 전이는 0을, 무변화는 1 을 의미)
양극형 • 0은 0으로, 1은 양과 음으로 번갈아 표현 • 양극형 교대표시반전(AMI:Alternate Mark Inversion) • 중립의 제로 전압은 0을, 2진수 1은 교대되는 양과 음의 전압으로 표현
기타 다른 방식 • 2B1Q(2binary, 1quaternary) • 네개의 전압 준위를 사용 • 각 펄스는 두 비트를 표현
기타 다른 방식 • MLT-3(Multiline Trasmission Three level) • NRZ-I와 유사하지만 세준위 신호(+1,0,-1) 사용 • 1비트가 시작될 때만 준위가 변화 • 0비트일 경우 무변화
4.2 블록 코딩 • 동기화를 확보하기 위해서 여분의 비트가 필요 • 오류 탐지를 위해서도 다른 여분의 비트를 포함해야 함
블록 코딩 • 변환 단계 • 1 단계 : 분리 • 비트들을 각각 m개의 비트의 그룹으로 분리 • 2 단계 : 대체 • m개의 비트 그룹을 n개의 비트 그룹으로 변환 • 4비트 그룹(16개의 그룹)을 5비트 그룹(32개의 그룹)으로 변환 가능 • 5비트 그룹의 절반을 사용하여 표현 가능 • 연속적인 0이나 1이 없는 코드를 골라 사용 • 사용하지 않는 코드로 바뀌어 전달되는지를 체크하여 오류 체크 가능 • 3 단계 : 회선 코딩 • 2단계에서 복잡한 회선 코딩의 주요 기능을 제공하므로 간단한 회선 코딩 사용
몇몇 일반적인 블록 코딩 • 4B/5B • 8B/10B • 4B/5B보다 오류 탐지가 우수 • 8B/6T • 4B/5B, 8B/10B는 대역폭의 증가로 인한 비용이 발생 • 8비트 그룹을 6개의 심벌 코드로 변환하도록 설계
4.3 채집 • 회선 코딩과 블록 코딩은 이진 데이터를 디지털 신호로 변환시 사용 • 채집 • 음성, 음악등의 아날로그 신호를 녹화하고, 이를 디지털로 변환하기 위하여 이진 데이터로 저장하는 과정 • 장거리 전화를 제공하기 위한 방법으로 사용 • 아날로그 신호는 장거리 전송시 강도가 약해짐 • 증폭기를 사용할 수 있으나 주파수 스펙트럼,위상 변이에 의해 신호가 일그러지고, 잡음 추가 • 아날로그 신호를 디지털로 변환하여 전송하고, 수신측에서 다시 아날로그 신호로 변환
채집 • 펄스 진폭 변조(PAM, Pulse Amplitude Modulation) • 아날로그 신호로 표본을 채집하고 그 결과에 근거하여 펄스를 제작 • 채집 : 일정 간격마다 신호의 진폭을 측정 • 디지털로 변환하기 위해서 펄스 코드 변조(PCM)을 사용
채집 • 펄스 코드 변조(PCM,Pulse Code Modulation) • 정량화 : 채집된 값에 특정 범위에 속하는 정수값을 할당하는 방법 • PAM, 정량화, 2진 부호화, 디지털 대 디지털 부호화의 4단계로 구성
채집 • 나이퀴스트 정리(Nyquist theorem) • 아날로그 신호에서 얼마나 많은 표본을 채집할지를 결정 • PAM을 사용하여 원래의 아날로그 신호를 정확히 재현하기 위해서는 표본 채집률이 원래 신호의 최고 주파수의 두배이상이 필요 • 예제 4 10,000Hz(1,000Hz에서 11,000Hz까지)의 대역폭을 갖는 신호에 필요한 표본채집률은 얼마인가? 표본 채집률은 신호의 최고 주파수의 두배가 되어야 한다. 표본 채집률 = 2(11,000) = 22,000 samples/second
채집 • 표본당 몇 비트 • 정밀도의 레벨에 따라 결정 • 예제 5 신호가 채집되었다. 각 표본은 적어도 12레벨의 정밀도(+0에서 +5,-0에서 -5)를 요구한다. 각 표본에서 보내어지는 비트수는 얼마인가? 4비트가 필요하다. 한비트는 부호 비트를, 나머지 세 비트는 값을 표현한다. 23=8레벨이므로 000에서 111까지 표현가능하다. • 예제 6 사람의 목소리를 디지털화하고자 한다. 표본당 8비트라고 가정했을때, 비트율은 얼마인가? 인간의 목소리는 보통 0에서 4,000Hz 사이의 주파수를 갖는다. 그러므로 표본 채집률 = 4,000 × 2 =8,000 samples/second 비트율 = 표본 채집율 × 표본당 비트 수 = 8,000 × 8 = 64,000bit/s = 64Kbps
병렬 전송 • 한번에 1개의 비트가 아닌 n개의 그룹의 비트를 전송하는 것 • n비트를 전송하기 위해 n개의 전선을 사용 • 장점 • 직렬 전송에 비해 n배만큼 전송속도가 증가 • 단점 • 가격이 비싸다 • 가격으로 인해 짧은 거리로 제한
직렬 전송 • 한비트가 다른 비트 뒤에 오므로, 통신하는 두 장치간 하나의 채널만 필요 • 장점 • 하나의 통신채널만 가지므로 병렬전송에 비해 1/n만큼의 비용 절감 • 장치내 통신은 병렬로 구성 • 송신자와 전선 사이(병렬-직렬)및 전선과 수신자(직렬-병렬)사이의 인터페이스에서 변환장치가 필요 • 비동기식 또는 동기식으로 구성
비동기식 구성 • 신호의 타이밍을 중요시 하지 않음 • 정보 교환은 합의된 패턴으로 수신 및 변환 • 보통 8비트인 각 그룹은 링크를 따라 한 단위로 전송 • 송신 시스템과는 무관하게 언제든지 링크에 중계 가능 • 보통 0인 시작비트를 바이트 시작부분에 추가 • 바이트 끝에 끝을 알리는 보통 1로 구성되는 정지 비트를 추가 • 총 8개의 데이터비트와 2개의 추가 비트로 구성 • 수신 장치는 각각의 수신 바이트마다 재동기화 • 수신자는 시작 비트를 수신후 수신되는 비트수를 세면서 n비트를 수신후 정지 비트를 찾고 그후 모든 펄스를 무시
동기식 구성 • 다수의 바이트로 구성 • 바이트와 다음 바이트 사이의 간격이 없음 • 수신자가 복호화를 위한 바이트를 비트로 분리 (0과 1로 끊임없이 수신된 문자열을 수신자는 재구성) • 수신자는 수신된 바이트를 8비트 단위의 그룹으로 분리 • 장점 • 비동기식에 비해 속도가 빠르다 • 고속 응용에 유리 • 데이터 링크 계층에서 이루어짐