Move Fast

▶ Digital-to-Analog Conversion

- 유형

• 진폭 편이 방식 (Amplitude Sheft Keying, ASK)
• 주파수 편이 방식 (Frequency Sheft Keying, FSK)
• 위상 편이 방식 (Phase Shift Keying, PSK)
• 직교 진폭 변조 방식 (Quadrature Amplitude Modulation, QAM) : ASK + PSK 혼합 방식

- Data Rate (Bit Rate) : 초당 비트수, bps

- Signal Rate (Baud Rate) : 초당 단위 신호 수

- FSK를 제외하고, 대역폭은 항상 Signal Rate와 비례한다.

- 반송파 또는 반송 주파수 (Carrier Signal or Carrier Frequency) : 통신에서 정보 전달을 위해 입력 신호를 변조한 전자기파로, 일반적으로 입력 신호보다 훨씬 높은 주파수를 갖는다.

- 변조 (Modulation, Sheft Keying) : 변조 방식은 기존의 반송파 및 반송 주파수를 입력 신호에 맞게 진폭이나 주파수 및 위상 등 기존 반송파의 특성을 수정(변조)함으로써 원하는 아날로그 신호를 얻을 수 있다.

▶ 진폭 편이 방식 (Amplitude Sheft Keying, ASK)

- 기존의 반송파를 이진수 0 또는 1로 나타내기 위해 반송파의 진폭을 변화시켜 아날로그 신호를 얻는 방식이다.

- 노이즈에 영향을 많이 받는다.

- Binary ASK (BASK) 또는 On-Off Keying (OOK)

• 두 개의 진폭을 사용하며, 신호당 비트수(r)는 1이다.
• Banswidth = (1+d) * S (0<= d <=1 : 라인 상태와 관련된 요소이다.)

- Multilevel ASK (MASK) : 4, 8, 16처럼 둘보다 더 많은 진폭을 사용하며, 노이즈의 영향을 많이 받는 ASK보다 QAM 방식으로 구현된다.

▶ 주파수 편이 방식 (Frequency Sheft Keying, FSK)

- 기존의 반송파를 이진수 0 또는 1로 나타내기 위해 반송파의 주파수를 변화시켜 아날로그 신호를 얻는 방식이다.

- 노이즈에 영향을 받지 않는다.

- 반송 주파수는 대역폭의 중간값이다.

- Binary FSK (BFSK) 

• 두 개의 반송 주파수 f1, f2를 사용한다.

• : 두 반송주파수간의 차이, 초당 신호전송률 - Signal Rate과 같다.
• 기존의 편이 방식들보다 대역폭이 증가한다.

- Multilevel FSK　(MFSK) : 4, 8, 16처럼 둘보다 많은 다른 주파수를 사용한다.

▶ 위상 편이 방식 (Phase Shift Keying, PSK)

- 기존의 반송파를 이진수 0 또는 1로 나타내기 위해 반송파의 위상을 변화시켜 아날로그 신호를 얻는 방식이다.

- 진폭 편이 방식(ASK)나 주파수 편이 방식(FSK)보다 더 자주 사용되며, 노이즈에 영향을 받지 않는다.

- Binary PSK (BPSK)

• 두 개의 위상을 사용한다.
• Bandwidth = (1+d) *　S

- Quadrature PSK (QPSK) : 네 개의 위상을 사용한다.

[45도와 같이 각도가 위상값에 해당하고, 점까지의 거리가 진폭의 크기에 해당한다.]

[ 1번 : 진폭은 다르지만, 위상이 0도로 같다.                    

2번 : 진폭은 동일하지만, 위상이 0도, 180도로 다르다.

3번 : 진폭은 동일하지만, 위상이 45도, 135도, 225도, 315도로 다르다. ]

▶ 직교 진폭 변조 방식 (Quadrature Amplitude Modulation, QAM)

- 독립된 2개의 반송파인 동상 반송파와 직각 위상 반송파의 진폭과 위상을 변환 및 조정하여 데이터를 전송하는 방식이다.

- 이 2개의 반송파는 90도씩 서로 직각 위상이 된다.

- Banswidth = (1+d) * S

- 신호 레벨 = 진폭 * 위상 : 표현 가능한 정보의 수

< 16-QAM >

[ 좌 : 4 amplitudes, 8 phases -> 32가지의 정보를 표현할 수 있다.

우 : 3 amplitudes, 12phases -> 36가지의 정보를 표현할 수 있다.]

- 위의 16-QAM의 왼쪽 그림을 예로 들면, 위상의 단위를 π/4로 하여 하나의 주기를 8등분한다. 그리고 이들 중 4개(8/2)의 위상에 대해 변조된 신호의 진폭을 4개의 값으로 달리 가질 수 있게하면, 32가지의 정보를 표현한다. 

[ 8-QAM 신호 ]

▶ Transmission Impairment

- 완벽하지 않은 전송 매체에 의해 처음과 끝의 신호가 서로 달라진다.

- 감쇠, 왜곡, 잡음이 원인이다.

▶ 감쇠(Attenuation)

- 신호가 전송될 때 전송매체에 의해 에너지가 흡수됨으로써 에너지의 손실이 발생하는 현상

- Decibel(dB) : 두 신호 간의 혹은 다른 두 지점에서 하나의 신호가 가지는 상대적 세기

- 즉, 데시벨(dB)는 전력의 감쇠나 이득을 나타내는 단위이다.

- 전력의 변화량 (P1:처음 신호의 세기, P2:나중 신호의 세기)

- 감쇠된 신호를 복구하기 위해 증폭기(Amplification)이 사용된다.

▶ 왜곡(Distortion)

- 신호 모양(형태)의 변형

- 복합신호를 이루는 각각의 신호들이 다른 속도를 가짐으로써 발생한다. 즉, 주파수에 따라 전파 속도에 차이가 생긴 것이다.

- 전파 속도의 차이는 위상 차이를 일으키게 되며, 그 차이가 클수록 왜곡률이 증가한다. 따라서 신호가 약해진다.

▶ 잡음(Noise)

- 전송 매체 외에 원하지 않는 에너지가 합쳐지는 현상

- 열잡음(Thermal Noise) : 유선에서 전자의 예측하지 못한 움직임에 의해 발생한다.

- 유도 잡음(Induced Noise) : 모터나 가전제품과 같은 전자제품간의 간섭에 의해 발생한다.

- 누화(Crosstalk) : 하나의 선이 다른 선에 영향을 미치게 되어 발생한다.

- 충격 잡음(Impulse Noise) : 전력 라인이나 다른 원인에 의해 스파크가 발생하는 것이다.

- 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise, SNR) : 잡음으로부터의 신호의 깨끗함을 나타내는 단위이다.

• SNR = (average signal power) / (average noise power) = S/N
• 

- SNR이 클수록 변형이 적다.

▶ Data Rate Limit

- 자료 전송율(Data Rate)을 결정하는 요인

• 이용 가능한 대역폭과 비례
• 신호의 레벨 개수와 비례
• 채널의 퀄리티(잡음의 정도)와 반비례

- 이론적으로 자료 전송율을 계산하는 식

• 잡음이 없는 채널에 대한 Nyquist 식 : 이론적으로 최대   ( L : 신호 레벨 값)

• 잡음이 있는 채널에 대한 Shannon 식 : 이론적으로 가장 높은 

▶ Latency(Delay)

- 전체 지연 시간 : 전파지연 + 전송지연 + 큐잉지연 + 처리지연(굉장히 작은편)

- 전파지연 = 송수신간의 거리 / 신호의 전파 속도(m/s)

- 전송지연 = 메시지 크기(bits) / 자료전송율(bps)

- 큐잉지연 : 각 노드에 먼저 들어온 패킷이 처리 완료될 때까지 일시적으로 대기하는 시간

(패킷이 큐의 범위를 초과하면 손실될 수 있다.)

- 처리지연 : 데이터의 오류 등을 처리하는데 걸린 시간

▶ Bandwidth-Delay Product

- 대역폭 지연곱 : 일정시간동안 링크의 최대 데이터 처리량

- Bandwidth * Delay