Chapter 3

Analog and Digital Data

정보를 전송하기 위해서 전자기 신호 형태의 에너지로 변환도어야 함

즉, 정보를 신호로 변환

데이터는 아날로그 또는 디지털일 수 있음

아날로그는 연속적인 정보(목소리)

디지털은 이산값을 갖는 정보(0과 1의 형태로 컴퓨터의 memory에 저장되는 데이터)

 

Periodic and Nonperiodic

주기신호

주기라는 연속적으로 반복된 패턴으로 구성

사이클(cycle)은 하나의 완성된 패턴을 의미

신호의 주기(T)는 초 단위로 표현

 

비주기 신호

시간에 따라 반복된 패턴이나 사이클이 없이 항상 변함

신호는 반복된 패턴이 없음

 

Periodic Analog Signal

simple과 composite로 구분

simple periodic analog signal은 sine wave(사인파)

composite periodic analog signal은 다수의 sine wave

 

Sine Wave

아날로그 주기 신호의 가장 기본적인 형태

simple analog signal

진폭, 주파수, 위상 이라는 3가지 특성으로 표현

 

Amplitude (진폭)

진동이 얼마나 센지 측정

항상 양수로 측정됨

 

Frequency (주파수)

주파수는 시간에 대한 신호의 변화율을 의미

period(T)는 하나의 cycle을 완성하는데 필요한 시간 (초 단위) (1 / f)

주파수(f)는 주기의 역수 (1 / T), 1초 동안 생성되는 신호 주기의 수

 

Phase (위상)

시간 0시에 대한 파형의 상대적인 위치입니다.

시간 축을 따라 앞뒤로 이동될 수 있는 파형에서 이동된 양

첫 cycle의 상태를 표시

 

Wavelength (파장)

단순 사인파의 주기나 주파수가 전송 매체를 통과하는 전파속도 (propagation speed)와 연관

단순 신호가 한 주기 동안 진행할 수 있는 거리

파장은 전파속도와 주기가 주어지면 계산 가능

wavelength = propagaion * period(주기) = propagation / frequency(주파수)

 

Time and Frequency Domains

우리는 지금까지 time domain plot을 통해 sine 파를 봐왔다.

time domain plot은 시간에 대한 순간적인 진폭이다.

frequency domain plot은 주파수에 대한 진폭입니다.

 

Composite Signals (복합 신호)

단일 사이파는 데이터 통신에 유용하지 않다.

여러개의 단일 사인파로 만들어진 복합 신호가 필요하다

임의의 복합신호는 서로 다른 주파수, 진폭, 위상을 갖는 단순 정현파의 조합으로 나타낼 수 있다.

복합 신호가 주기적이면, 이를 분해하면 이산 주파수를 갖는 사인파의 시리즈로 나뉘게 된다.

복합 신호가 비주기이면, 이를 분해하면 무한개의 연속적인 주파수를 갖는 사인파들로 나뉜다

 

Bandwidth (대역폭)

복합신호의 대역폭은 신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수의 차이이다.

 

Digital Signals

정보도 디지털 신호로 표현될 수 있다.

디지털 신호도 2개의 level(0과 1) 보다 더 큰 level을 가질 수 있다.

각 level 마다 1bit 보다 더 보내면 된다.

 

Bit Rate (비트율)

디지털 신호를 표현하는데 사용, 1초동안 전송된 bit의 수

bits per second(bps)

 

Bit Length

한 bit가 얼마나 갔나

아날로그 신호의 파장 개념에 대해 논의했습니다.

즉, 한 사이클이 전송 매체에서 차지하는 거리입니다.

이를 디지털 신호에서는 bit length라고 함

bit length = propagation speed * bit duration(1 / bps) = propagation speed / bps

 

Transmission Impairment

attenuation(감쇠)

에너지 손실을 의미

매체를 통해 이동할 떄 매체의 저항을 이겨내기 위해 약간의 에너지가 손실

amplifier(증폭기)를 이용해 신호를 다시 증폭

 

distortion (외곡)

신호의 모양이나 형태가 변하는 것

반대된ㄴ 신호나 다른 주파수 신호로 만듬

정보가 달라질 수 있음

 

noise (잡음)

thermal noise(열잡음), induced noise(유도된 잡음), 혼선, 충격 등 여러 형태의 잡음이 존재

SNR은 잡음에 대한 신호의 강도

SNR이 높으면 좋고, 낮으면 안좋다

 

Data Rate Limits

얼마나 빠르게 데이터를 전송하느냐는 중요한 문제

데이터 전송률을 계산 하는 두가지 수식이 있다.

무잡음에서 쓰이는 방법은 잘 안쓰이므로 잡음에서 쓰이는 방법을 보자

 

Noisy Channel : Shannon Capacity

잡음이 있는 채널에서의 최대 전송률을 결정하는 수식이다.

대역폭은 채널의 대역폭, SNR은 신호에 대한 잡음 비율, 용량은 bps 단위의 채널 용량이라고 하면

Capacity = bandwidth * log2(1 + SNR) 

SNR이 높을 수 록 bit rate 좋아짐

 

ex) SNR = 0일 때 용량 구하기

Capacity = bandwidth * log2(1 + 0) = bandwidth * log2(1) = bandwidth * 0 = 0

용량이 0이면 이 채널로는 어떤 데이터도 보낼 수 없다.

 

Performance (성능)

네트워크의 성능을 평가 요소는 bandwidth, throughput, latency, bandwidth-delay product

여기서 bandwidth 헤르츠 단위 대역폭과, 비트율 단위 대역폭으로 나눌 수 있다.

 

bandwidth

헤르츠 단위 대역폭 : 복합 신호의 주파수 영역이나 채널이 통과시킬 수 있는 주파수 영역

비트율 단위 대역폭 : 채널 또는 link의 비트 전송 속도

 

throughput (처리율)

이떤 지점을 데이터가 얼마나 빨리 지나가는가를 측정

 

latency (지연)

delay가 얼마나 일어나는가를 측정

발신지에서 첫번째 bit를 보낸 시간부터 전체 메시지가 목적지에 도착할 때까지 걸린 시간

latency = propagation time + transmmission time + queueing time + processing delay

propagation time은 비트가 발신지에서 목적지 까지 이동하는데 걸리는 시간

transmission time은 bandwidth에 일어나고,

queueing time은 장치들이 메시지를 전송하기 까지 가지고 있는 시간을 의미합니다.

 

bandwidth-delay product

대역폭 지연 곱입니다.

bandwidth * delay

 

jitter

우리는 서로 다른 데이터 패킷이 서로 다른 지연을 경험하고

수신자 사이트에서 데이터를 사용하는 애플리케이션이 시간에 민감한 경우

지터가 문제라고 대략 말할 수 있다.

(실시간 오디오 와 비디오)