데이터 전송의 기초 - 데이터와 신호

데이터

• 데이터(Data)는 인간 또는 기계에 의하여 통신, 해석, 처리에 적합하도록 형식화된 자료 또는 명령어다.
• Analog Data(아날로그 정보) : 연속적인(continuous) 정보 ex) 사람의 음성
• Digital Data(디지털 정보) : 불연속적인(discrete) 정보 ex) 비트 (0,1)
• 데이터는 링크로 전송되기 위해 전자기 신호로 변형된다.

신호와 시그널링

 

신호(Signal)

• 데이터를 전기적 혹은 전자적으로 변환한 인코딩 자료
• Analog Signal(아날로그 신호) : 정해진 범위(time) 내의 무한히(infinitely) 많은 값이 신호값을 가진다.
• Digital Signal(디지털 신호) : 특정 범위에서만 신호값이 나타난다. 즉, 정의되는 신호값들이 제한적이다.

시그널링(Signaling)

• 신호를 적절한 전송 매체를 통해 전파하는 행위

주파수대역 구분	주파수 대역 (단위 : Hz)
가청주파수	20 ~ 3,000
음성	300 ~ 3,400
초장파 - VLF(Very Low Frequency)	3 ~ 30k	해상통신
장파 - LF(Low Frequency)	30 ~ 300k	무선전화국
중파 - MF(Medium Frequency)	300 ~ 3000k	국제단파통신
단파 - HF(High Frequency)	3 ~ 30M	아마추어 무선통신
			초단파 - VHF(Very High Frequency)	30 ~ 300M	FM, TV, 무선호출
극초단파 - UHF(Ultra High Frequency)	300 ~ 3,000M	이동전화, PCS, 이리듐
초극초단파 = 센티미터파 - SHF(Super High Frequency)	3,000 ~ 30,000M	인공위성
			밀리미터파 - EHF(Exreme High Frequency)	30,000 ~ 300,000M	우주통신
서브밀리파 = 데시밀리미터파	300,000 ~ 3,000,000M	전파천문학

 

 

Preidic Signal(주기적 신호)

• 측정 가능한 시간 프레임(주기) 내에 하나의 패턴이 나타나며, 동일한 주기 내에 특정 패턴이 반복적으로 나타난다.
• Cycle : 하나의 패턴이 완성되기까지 걸린 시간(주기)

Nonperiodic Signal(비주기적 신호)

• 주기 동안 패턴이나 Cycle이 반복적이지 않고 항상 변한다.

**데이터 통신에서 우리는 공통적으로 주기적 아날로그 신호(periodic analog signal)와 비주기적 디지털 신호(Nonperiodic digital signal)를 이용한다.

 

 

Periodic Analog Signal(주기적 아날로그 신호)

• 대부분 근본적인 형태는 사인 모양의 파형(Sine Wave)다.
• 최대 진폭(Peak amplitude) : 가장 높은 강도(전압)의 절댓값

주파수(Frequency)

• 1초 안에 반복되는 패턴(Cycle)의 수
• 단위 : Hz
• 주기와 반비례

주기와 주파수

• 주기(Period) : 신호가 한 사이클을 완성하는데 필요한 시간의 양
• 주파수(Frequency) : 1초당 신호 주기의 반복수로 단위로는 헤르츠(Hz)를 사용한다. 
• (주파수 F = 1/T)

[그림1] 주기적 아날로그 

위상(Phase)

• 0초에 상대적인 파형(위치)의 변화이며, 각도로 나타난다.

 

[그림2] 위상 

파장(Wavelength)

• 하나의 신호가 한 주기(T : 시간)동안 이동할 수 있는 거리
• 파장 = 전파 속도(Propagation speed : 파동의 속력) * 주기
• (예 : 속력 = 거리/시간 = 파장/주기 = 파장 * 주파수 , 주파수 = 1/주기)
• 주파수와 매체에 따라 다르다.
• 종종 광섬유 내부의 빛의 전송을 표현하기 위해 이용되어진다.
• (파장의 속력이 보통 광속 ( C = 3*10^5 km/s)을 의미한다.

 

스펙트럼과 대역폭

• 스펙트럼(Spectrum) : 신호가 포함하는 모든 주파수 요소들의 모임으로 주파수의 구성요소
• 대역폭(Bandwidth) : 주파수의 스펙트럼 폭으로 최고 주파수와 최저 주파수를 뺀 범위
• (주파수 스펙트럼 넓이 = 대역폭)

 

 

Nonperiodic Analog Signal(비주기적 디지털 신호)

• 왼쪽이 4(2의 2승)개의 Signal Level을 가지고 있고, 오른쪽은 8(2의 3승)개의 Signal Level을 가지고 있다.
• 신호 레벨에 log2를 취하면 표현할 수 있는 값의 종류가 나타난다. 즉 몇 비트로 나타내는가를 알 수 있다.
• Bit rate(or Data rate)  : 1초당 비트의 수(bits per second)로 단위는 bps이다.
• Bit Length = 전파 속도(Propagaton speed) * 1비트당 걸린 시간(bit duration) 전송 배체에서 1비트당 이동한 거리
• 디지털 신호는 무한한 대역폭을 가진 복합적 아날로그 신호다.
• 대역폭(bandwidth)와 자료 전송율(data rate)이 비례한다. 이유는 주파수 범위가 넓을수록 초당 더 많은 데이터를 담을 수 있기 때문이다.

[그림3] 비주기적 디지털 신호