DC-Chapter-03: Data and Signals

Data: 사용자가 사용하고자 하는 information이다.

 

Signal: 데이터를 전달가능한 형태로 바꾸는 것이다.

 

Data

1. Analog: 연속적인 information을 뜻한다. (real number)
2. digital: 불연속적인 information을 뜻한다.(integral number)

 

Signal

1. Analog: 무한대 범위의 값을 가질 수 있다.
2. digital: 제한적인 값을 가질 수 있다.

필름카메라는 데이터 전송 과정이 없기 때문에 데이터 유실이 없다. 따라서 화질이 좋다.

 

디지털 TV는 통신을 하는 과정은 거친다. 그 과정에서 데이터 유실이 발생한다. 그 유실을 복구하기에는 아날로그보다 훨씬 유리하다.

 

 

Periodic Signal: 주기내에 완전한 패턴이 있는 signal이다. 동일한 패턴이 주기적으로 반복된다.

 

Nonperiodic Signal: 특별한 cycle이나 패턴이 존재하지 않는 signal이다.

 

Periodic Analog Signals

• simple periodic analog signal: sine wave라 한다. simpler signal로 분해될 수 없다.
• composite periodic analog signal: 여러개의 sine wave로 구성된다.

데이터를 전송할 때 주로 periodic analog signal과 nonperiodic digital signal을 사용한다. 

 

Sine Wave -> 대표적인 periodic analog signal이다.

• peak amplitude: 신호세기(Volts)
• frequency: 주기(Hz)
• phase: 위상

Peak Amplitude

 : 최고 강도의 절대값이다. peak amplitude가 높을수록 신호가 더 멀리간다.

 

 

Frequency and Period

 

• frequency: 1s에 반복되는 주기의 개수다. Hz의 단위를 사용한다. 낮을수록 신호가 더 멀리간다.
• period: frequency의 역수로 표현될 수 있다. 1s에 한 주기가 차지하는 비율이다.

Phase

: 하나의 주기는 360°이고 Phase는 시간을 0을 기준으로 이동된 waveform을 계산한 것이다.

 

 

 

 

Frequency and Time Domain

• frequency domain plot은 주파수측면에서 plot을 그린 것이다. amplitude와 frequency의 관계를 보여준다.
• time domain plot은 시간에 따른 주파수를 그린 것이다. amplitude와 time의 관계를 보여준다.
• frequency 와 time domain을 변환할 때는 퓨리에 변환 수식을 이용한다.

 

composite signals

• 서로 다른 amplitude, frequency, phase를 가진 sinwave들의 집합이다.
• periodic이 될수도 있고 nonperiodic이 될수도 있다.

 

Bandwidth

• bandwidth는 주파수의 범위를 뜻한다.
• bandwidth는 가장 높은 frequency와 가장 낮은 frequency의 차를 계산한 값이다.
• bandwidth를 알더라도 중심주파수나 최소값과 최대값을 알아여 그림을 그릴 수 있다.

Digatal Signals

1. analog signal로 구성됐다.
2. badwidth는 무한대다.
3. peridinc digital signal의 불연속적인 frequency를 갖는다.
4. nonperiodic digital signal의 경우 연속적인 frequency를 갖는다. 주로 사용되는 방법이다.

 

Bit Rate

• bit rate는 1초당 보내지는 bit의 갯수다.
• 단위는 bps(bit per second)다. 
• a그림의 경우 1초당 8bit가 보내졌기 때문에 8bps다.
• b그림의 경우 1초당 16bit가 보내졌기 때문에 16bps다. 한 전송 단위가 2bit기 때문에 4종류의 값으로 표현가능하다.

 

Transmission of Digital Signal

1. baseband transmission
2. broadband trasmission

baseband transmission 

• 디지털 시그널을 아날로그 시그널로 변환없이 그대로 보내는 전송방식이다.
• low-pass channel이 필요하다.

 

low-pass channel

• low-pass channel이란 bandwidth의 시작점이 0인 채널이다. 즉 주파수 0성분을 갖고 있는 채널이다.
• dedicated medium으로 송신자와 수신자가 독점적으로 이용한다. 대표적으로 LAN이 있다.
• wide bandwidth와 narrow bandwith type이 있다.

 

broadband transmission

 

• 주파수 0성분이 없기 때문에 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꿔줘야 한다. 
• 변환 시 그림과 같이 modulation이 사용된다. bandpass channel을 사용가능하게 한다. 
• wifi와 같은 기술이 해당된다.

 

Transmission Impairment

신호를 왜곡시키는 대표적인 3가지 요인은 attenuation, distortaion, noise가 있다.

 

Attenuation

• 저항을 만나 에너지가 손실되는 경우를 뜻한다.
• 증폭기를 이용하여 제거할 수 있다.
• 모양은 변하지 않고 에너지만 손실된다.
• decibel단위로 신호의 세기를 계산할 수 있다.

p1이 송신점의 신호의 세기라 하고 p2가 도착점의 신호의 세기라 할 때 데시벨 계산은 다음과 같이 한다.

출발지와 도착지가 같은 경우 db는 0이 된다.

 

 

Distortion

• 형태나 모양이 변경되는 것을 뜻한다.
• 주로 delay가 발생한 경우 나타난다.
• 무선대비 유선이 왜곡과 유실이 적다.

 

Noise

• 세가지 중 가장 영향을 많이 끼친다.
• 외부에서 잡음이 들어오는 경우다.
• terminal noise: 전선에서의 무작위한 모션에 의한 것.
• induced noise: 주로 전자기기에서 발생되는 것.
• crosstalk: 한 전선이 다른 전선에 영향을 끼치는 경우
• impulse noise: 외부에서 큰 잡음이 들어오는 경우(번개, 전자기파)

Signal-to-Noise Ratio(SNR): 신호대비 노이즈의 비율이다.

 

SNR = average signal power/ average noise power

SNR은 큰게 유리하다.