네트워크프로토콜

[네트워크프로토콜] 디지털 전송

by VICENTE97P4

March 22, 2022, 10:52 p.m.

오랜만입니다.

정말 바쁘네요.. 졸프에, 1주일에 한 번씩 있는 코테에, 학교 강의에, 취업준비에..

사실 졸프 때문에 딴 거는 그냥 기본 기량으로만 끌고 가고 있습니다.

진짜 많이 꼬였죠.. 이러면 뭐 하나도 제대로 안 될 것 같은데.. 그렇다고 뭐 하나 놓을 수도 없는 지경까지 와버렸죠.

언제부터 이렇게 몰리게 되었을까.. 지금 해야 할 일을 5년 전에도 알았다면 참 좋았을 텐데..

그땐 뭘 해야 하는지, 어떻게 하면 되는지 아무 것도 몰랐어서.. 너무 아쉽습니다.

그 시절에도 딱히 게으르게 산 건 아니었는데.. 아는 것이 없어서 지금 시기에 필요한 것을 준비하지 못했죠.

각설하고 네트워크 프로토콜 시작하겠습니다.

Digital 전송 방식

Parallel

컴퓨터 내에서 한 번에 여러 bits를 전송합니다. 거리가 짧기에 가능한 방식입니다.

각 line을 bus라고 하고 주소값을 전달하는 bus를 address bus라고 합니다.

컴퓨터가 몇 bit machine이냐 하는 것은 한 번에 몇 bit를 전송하냐? 와 관련있습니다.

CPU와 Memory 사이에서 몇 bit를 한 번에 전송하는지가 이를 결정합니다.

요즘 컴퓨터는 대부분 64bits니 한 번에 64bits를 전송한다는 의미이죠.

Serial

컴퓨터 내부에서 외부로 나갈 때 쓰는 전송 방식입니다.

비동기

비동기는 문자 단위로 전송하는 것을 의미합니다.

보내는 문자 사이의 간격이 일정하지 않아서 비동기라고 합니다.

키보드와 본체 사이의 통신 또한 비동기 통신이라고 할 수 있습니다.

하지만 한 문자 내에서는 동기가 필요합니다.

처음 문자가 시작할 때 start bit(0)로 시작합니다. 끝날 때는 stop bit(1)로 끝납니다.

동기

동기는 문자가 아닌 여러 문자를 묶어 한 번에 보내는 frame 단위로 전송합니다.

line coding 방식을 씁니다.(biphase, Manchester)

(옛날에는 clock line이라고 송신기와 수신기 사이에 별도의 line을 하나 더 두는 방식을 썼습니다.

그런데 line을 하나 더 둬야해서 비용이 많이 들기 때문에 요즘엔 쓰지 않습니다.)

각 bit 중간에 transition이 발생하는데 이걸 기준으로 encoding합니다.

Digital to Analog conversion

원거리 유선 또는 모든 무선은 analog 방식을 씁니다.

digital modulation 4가지 유형

ASK(진폭), FSK,(주파수), PSK(위상), QAM(혼합: 진폭 + 위상)

analog 전송은 baud rate가 bit rate보다 작거나 같습니다.

r = c*N/S 공식은 여전히 유효한데 여기서 상수 c는 통상 1입니다.

역시 r = logL(밑은 2입니다.) 또한 유효해서 레벨도 구할 수 있죠.

ASK(amplitude shift keying)

진폭에 data를 싣는 방식입니다.

1은 정형파가 있고 0은 없습니다. 즉, 진폭의 유무로 0과 1을 구분합니다.

신호 1개당 1bit씩 보내므로 r=1입니다. 그리고 r=1이니 S=N이죠.

Bw = (1+d) * S

d는 modulation factor라는 상수값입니다. 이는 변조 방식에 의해 정해집니다.

* 만일 full duplex(양방향 통신)로 통신하고 싶다고 하면 bandwidth에 2를 나눠주면 됩니다.

그러면 절반은 가는 쪽, 절반은 오는 쪽으로 통신하는 데에 쓰면 됩니다.

물론 bandwidth가 줄게 되면 bit rate 또한 자동으로 줄어듭니다.

oscillator에서 정형파를 생성하고 디지털 신호와 곱하여 전송합니다.

FSK(frequency shift keying)

주파수 변조 방식입니다.

0과 1에 다른 주파수를 씁니다. 저주파는 0, 고주파는 1 이런 방식이죠.

r=1이고, 따라서 S=N입니다.

Bw = (1+d)*S + 2Df

2Df를 보면 아시겠지만 ASK보다 bw를 더 많이 필요로 합니다.

Df는 delta difference로 0과 1 주파수 사이의 간격을 의미합니다.

VCO: 입력에 들어온 전압에 비례해서 주파수로 바꿔주는 변환기

디지털 신호가 VCO를 거쳐서 변조되어서 전송됩니다.

PSK(phase shift keying)

위상 변조 방식

0에서 시작하느냐, 180도에서 시작하느냐 등으로 0과 1을 구분합니다.

r=1, S=N이고 Bw = (1+d)*S으로 ASK와 같습니다.

극성이 필요하기 때문에 polar 방식을 씁니다.

QPSK

원래는 한 번에 1bit씩 보내는 방식인데 얘는 한 번에 여러 bits씩 보낼 수 있습니다.

위상은 위상도로 나타낼 수 있습니다.

원점으로부터의 거리는 진폭의 크기, 각도는 위상으로 나타냅니다.

a. ASK는 위상을 변환하지 않기 때문에 각이 0도입니다.

b. BPSK는 위상이 2개입니다.

c. QPSK는 위상 4개를 씁니다. 각도가 왜 0, 90, 180, 270이 아니라 45, 135, 225, 315도나면

수신기에서 각 사분면 별로 구분하기 쉽게 하기 위함입니다.

QAM(ASK + PSK)

한 번에 많은 bit를 보내기 위해 사용합니다.

a. 진폭과 위상 모두 사용하는 QAM

b. 진폭이 일정한 QAM, QPSK와 같습니다.

c. QAM

d. 16개의 신호를 보낼 수 있는 QAM입니다.

Analog to analog

AM(amplitude modulation)

정형파에 신호를 싣습니다.

Bandwidth는 두 배가 필요합니다. 끝까지가 한 웨이브니까요.

AM은 중파(medium frquency) 영역입니다. 주로 300kHz ~ 3000kHz를 씁니다.

각 방송국마다 10kHz씩 나눠서 씁니다.

FM(frequency modulation)

Bw = 2(1+b)B 입니다.

AM에 비해 진폭이 더 필요한 것을 알 수 있습니다.

b는 보통 4정도 입니다.

+는 고주파, -는 저주파로 구분되고 있음을 알 수 있습니다.

전압에 따라 주파수를 바꾸는 VCO를 거쳐 생성합니다.

FM은 VHF(very high frequency) 영역을 사용합니다. 통상 30MHz ~ 300MHz를 씁니다.

방송국마다 200kHz씩 나눠서 씁니다.

Bandwidth가 더 많기 때문에 AM보다 음질이 좋습니다.

PM(phase modulation)

미분기가 필요합니다.

때문에 cost가 많아서 잘 안 씁니다.

Bw = 2(1+b)B입니다.

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