05. 데이터 통신

5-1. 디지털 데이터 변환

디지털 데이터를 아날로그로 변환하는 방법은 ASK, FSK, PSK, QAM 네가지가 있음.

• ASK(Amplitude Shift Keying): 진폭 변화
• FSK(Frequency Shift Keying): 주파수 변화
• PSK(Phase Shift Keying): 위상 변화
• QAM(Quadrature Amplitude Modulation): ASK+PSK

Bit rate VS baud rate

• Bit rate: 1초에 몇 bit를 보내는지. baud rate * 시그널당 bit 개수 이므로 baud에 많은 데이터를 실을수록 bit rate가 오름. ex) 1초에 1000개의 시그널을 보내고 시그널당 4bit을 보낸다고 하면 4000bps
• Baud rate: 1초에 몇개의 시그널을 보내는지. bit rate보다 작거나 같음.

 

carrier signal

• 아날로그 전송을 할때 기준이 되는 주파수를 말함.
• 이것을 보고 진폭을 조절할지 주파수를 조절할지 결정함.
• 캐리어 프리퀀시가 하나인 경우와 두개인 경우가 있음. 
• 반대로 detransmission할때는 캐리어 시그널만큼 빼주면 오리지널 데이터가 나옴.

Bandwidth(대역폭)

• BW=(1+d)*N boad rate

 

ASK

• 노이즈가 끼면 그 노이즈도 amplitute(진폭)에 더해짐. 가장 큰 문제점.
• 최소한 baud rate 이상의 대역폭(BW)이 필요함.

ASK는 보드 rate와 비트 rate가 같음. 한 보드에 하나의 비트만 실을 수 있음.

• ex) ASK에서 2000 bps를 사용하는데 half-duplex 방식이라면 최소한의 bandwidth는 얼마인가?

ASK에서는 bit rate=baud rate이므로 baud rate는 2000. 최소한의 bandwidth=baud rate이므로 답은 2000.

만약 full-duplex라면, down link와 up link 각각 2000이 필요하니까 답은 4000Hz.

half-duplex는 양방향이지만 임의의 순간에는 한 동작만 가능한 것을 말함. 하나의 대역폭을 가지고 down link도 쓰고 up link도 쓰는 것.

 

 

FSK

• 프리퀀시를 변경. low frequency & high frequency
• 주파수 자체는 변하지 않으므로 노이즈에 강함.
• BW=두번째 캐리어 프리퀀시-첫번째 캐리어 프리퀀시+baud rate

 

PSK

• 위상변화. 노이즈에 강하고 주파수를 하나만 씀. 하나의 시그널에 여러 bit 넣기 가능.
• 2-PSK, 4-PSK, 8-PSK가 있는데 2는 2의 1제곱이므로 2-PSK는 하나의 bit만 넣을 수 있음. 위상은 두가지 종류.
• 같은 이유로 4-PSK는 2bit에 위상은 4가지, 8-PSK는 3bit에 위상은 8가지.
• bit rate=baud rate.
• 최소한의 대역폭=baud rate.

 

 

QAM

• 하나의 신호에 진폭, 위상을 달리하여 1bit~ 4bit을 보냄.
• 같은 대역폭에 데이터를 두배로 보낼 수 있음. 대역폭은 ASK와 PSK가 동일한 만큼 필요함.
• ASK+PSK라서 노이즈에 취약함.
• ex) 4-QAM에 1 amplitude와 4 phase를 가졌다고 하면 하나의 보드에 2 bit를 보낼 수 있음. 길이가 같은(amplitude) 4개의 점(4-QAM). 방향은 네가지(phases)

 

5-2. Telephone Modems

아날로그 통신을 할때 쓰는 전화선.

모뎀은 QAM방식.

전화선은 데이터 전송을 위해 2400Hz만 사용가능.

 

5-3. Modulation of Analog Signals

아날로그 데이터를 아날로그로 변환하는 방법에는 AM, FM, PM 세가지가 있음.

• AM
  대역폭을 많이 안써도됨. 장애물이 있어도 잘 퍼짐. ex)라디오 뉴스
  필요한 bandwidth는 오디오 시그널(3KHz) bandwidth의 두배
  캐리어 프리퀀시를 오디오 시그널 파형에 맞춤.
  노이즈가 끼면 높이가 달라져 잡음이 발생함.
  gap이 존재하지 않음.

• FM
  노이즈가 없고 음질이 좋음. 주파수 대역에 따라 전달 정도가 다름 ex)음악 방송
  필요한 bandwidth는 오디오 시그널 bandwidth의 10배
  오디오 시그널이 올라가면 빨라지고 내려가면 느려짐.
  gap이 있음