[데이터 통신] Physical Layer - Digital Transmission

복습하기 위해 학부 수업 내용을 필기한 내용입니다.
이해를 제대로 하지 못하고 정리한 경우 틀린 내용이 있을 수 있습니다.
그러한 부분에 대해서는 알려주시면 정말 감사하겠습니다.

▶Contents

• Signals
• Signal Impairment
• Digital Transmission
• Analog Transmission
• Multiplexing
• Transmission Media

 

▶Digital Transmission

• 컴퓨터 네트워크는 한 지점에서 다른 지점으로 정보를 보내도록 설계되었다. 
• 이 정보는 전송을 위해 디지털 신호 또는 아날로그 신호로 변환되어야 한다. 
• 첫 번째 선택인 디지털 신호로의 변환(digital to digital 변환)에 대해 논의한다. 
• 두 번째 선택인 아날로그 신호로의 변환(analog to digital 변환)에 대해서도 논의한다.
  
  • analog가 digital이 되는 게 아니다.

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▶Digital-to-Digital Conversion

• 변환은 Line Coding, Block Coding, Scrambling의 세 가지 기술을 포함한다.
  
  • 라인 코딩은 항상 필요하다.
  • 블록 코딩과 스크램블링이 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있다.
• Line Coding
  
  • 디지털 데이터를 디지털 신호로 변환하는 과정이다.
  • 데이터가 텍스트, 숫자, 이미지, 오디오, 비디오의 형태로 컴퓨터 메모리에 비트 시퀀스로 저장된다고 가정한다.

• Block Coding - 무선에서 무조건 쓰인다.
  
  • 동기화를 보장하고 고유한 오류 감지를 제공하기 위해 redundancy가 필요하다.
    
    • redundancy는 추가로 붙은 bit이다.
      • 언제 데이터가 올지 모르기에 계속 기다릴 수는 없다.
      • 지금 데이터 보낸다 라는 버리는 데이터를 같이 보내준다. (데이터 온다는 신호? 느낌)
  • block coding은 이러한 redundancy를 제공하고 line coding의 성능을 향상시킬 수 있다.
  • 일반적으로 block coding은 m bit의 블록을 n bit의 블록으로 변경한다. (m < n)
  • block coding은 mB/nB 코딩 기법이라고 한다. 
  • block coding은 일반적으로 division, subsitution, combination의 세 단계를 포함한다.
    
    • division 단계에서 비트 시퀀스는 m비트 그룹으로 나눈다.
    • subsitution 단계에서, 우리는 m-bit 그룹을 n-bit 그룹으로 대체한다.
    • combination 단계에서는 n비트 그룹이 결합되어 스트림을 형성한다.
    • Ex. 4B/5B 인코딩에서는 원래 비트 시퀀스를 4비트 그룹으로 나눈 다음 
      
      • 4비트 그룹을 5비트 그룹으로 교체한다. 
      • 마지막으로 5비트 그룹이 결합되어 스트림을 형성한다.

▶Analog-to-Digital Conversion

• 때때로 우리는 마이크나 카메라에 의해 만들어진 것과 같은 아날로그 신호를 가지고 있다. 
• 디지털 신호는 노이즈에 덜 민감하기 때문에 오늘날 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸는 경향이 있다.
  
  • pulse code modulation과 delta modulation이라는 두 가지 기술이 있다.
• Pulse-Code Modulation(PCM)
  
  • 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경하는 데 사용되는 가장 일반적인 기술은 PCM이다.
  • PCM 인코더에는 세 가지 프로세스가 있다.
    
    • sampling : 아날로그 신호를 T초마다 샘플링한다.
    • encoding : 샘플링된 신호는 양자화된다. 즉, 모든 샘플이 pulse로 간주된다.
    • quantizing : 양자화된 값(펄스)은 비트 스트림으로 인코딩 된다.
  • ex. 2.13
    
    • 우리는 사람 목소리를 디지털화하고 싶다. 
    • 샘플당 8비트를 가정했을 때 비트 전송률은 얼마인가?
  • solution
    
    • 사람의 목소리는 보통 0에서 4000Hz 사이의 주파수를 포함한다. 
    • 따라서 샘플링 레이트와 비트 레이트는 다음과 같이 계산된다.
      • bandwidth는 4000이지만 보통 2배만큼 샘플링하면 원래 신호에 가까워진다.
      • Sampling rate = 4000 * 2 = 8000 samples/s
      • -> Bit rate = 8000 * 8 = 64000 bps = 64 kbps
  • Nyquist-Shannon Sampling Theorem
    
    • 모든 신호는 그 신호에 포함된 가장 높은 진동수의 2배에 해당하는 빈도로 일정한 간격으로 샘플링하면
    • 원래 신호를 완벽하게 기록할 수 있다.

• Delta Modulation(DM)
  
  • DM은 PCM의 복잡성을 줄이기 위해 개발되었다.
    • 교수님 : PCM이 DM보다 더 많이 쓰이긴 한다.
    • PCM은 매우 복잡한 기술이다.
    • PCM의 복잡성을 줄이기 위해 다른 기술들이 개발되었다.
    • 가장 간단한 것은 델타 변조이다.
  • PCM은 각 샘플의 신호 진폭 값을 찾는다.
    
    • DM이 이전 샘플에서 변경된 내용을 찾는다.
    • 아래 그림은 프로세스를 보여준다.