정보처리산업기사 - 응용 SW 기초 기술 활용 - 정보 전송 기술

※ 공부 내용의 복습 개념으로 정리된 글입니다. - 출처 시나공 

 

광섬유 케이블

광섬유 케이블(Optical Fiber Cable)은 유리를 원료로 하여 제작된 가느다란 광섬유를 여러 가닥 묶어서 케이블의 형태로 만든 것으로, 광 케이블이라고도 합니다.

• 데이터를 빛으로 바꾸어 빛의 반사(전반사) 원리를 이용하여 전송합니다.
• 유선 매체중 가장 빠른 속도와 높은 주파수 대역폭을 제공합니다.
• 대용량, 장거리 전송이 가능합니다.
• 도청이 어려워 보안성이 뛰어 납니다.
• 저손실성, 무누화의 성질을 가집니다.
• 무유도 성질이므로 전자기적 잡음에 강합니다.
• 감쇠율이 적어 리피터의 설치 간격이 넓으므로 리피터의 소요가 적습니다.
• 온도 변화에 안정적이고 신뢰성이 높습니다.
• 설치 비용은 비싸지만 단위 비용은 저렴합니다.
• 광섬유 간의 연결이 어려워 설치 시 고도의 기술이 필요합니다.

광섬유 케이블 전송 모드

1. 단일 모드
2. 계단형 다중 모드
3. 다중 모드
4. 언덕형 다중 모드

광섬유 케이블의 구성

• 코어(Core)
  • 빛이 전파되는 영역으로, 클래드보다 높은 굴절률을 가집니다.
• 클래드(Clad)
  • 코어보다 약간 낮은 굴절률을 가지므로 코어의 빛을 반사시켜 외부로 빠져나가지 못하게 하고, 코어를 외부의 압력으로 부터 보호합니다.
• 재킷(Jacket)
  • 습기, 마모, 파손 등의 위험으로 부터 내부를 보호합니다.

 

※ 광섬유(Optical Fiber)

광섬유는 매우 가늘고(2~125um) 구부릴 수 있는 전송 매체로, 유리나 플라스틱으로 만듭니다.

 

※ 광통신의 3요소

• 발광기(LD, Laser Diode)
  • 전광 변환(전기 에너지 → 빛 에너지)을 수행하며, 송신 측 요소입니다.
• 수광기(PD, Photo Diode)
  • 광전 변환(빛 에너지 → 전기 에너지)을 수행하며, 수신 측 요소입니다.
• 광심선(광 케이블)
  • 중계부로, 유리를 원료로 하여 제작된 가느다란 광섬유로 구성되어 있습니다.

※ 광섬유의 무누화

무누화는 광섬유를 통과하는 빛의 누수를 줄이고, 신호 전파 중 발생할 수 있는 왜곡이나 손실을 최소화하는 기술적 방안을 가르킵니다.

 

※ 리피터

리피터는 전자기 또는 광학 전송매체 상에서 신호를 수신하고, 증폭하며 매체의 다음 구간으로 재전송 시키는 장치입니다.

 

통신 속도

변조 속도

변조 속도는 1초 동안 몇 개의 신호 변화가 있었는가를 나타내는 것으로, 단위는 baud를 사용합니다.

• 1개의 신호가 변조되는 시간을 T초라고 할 때 변조 속도 baud = 1 / T 입니다.

신호 속도

데이터 신호 속도는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

데이터 신호 속도(bps) = 변조 속도(baud) X 변조 시 상태 변화 수

 

데이터 신호 속도의 계산식에 의해 변조 속도를 다음과 같이 구할 수 있습니다.

변조 속도(baud) = 데이터 신호 속도(bps) / 변조 시 상태 변화 수

 

※ 변조 시 상태 변화 수

• 모노비트(Monobit) : 1비트
• 디비트(Dibit) : 2비트
• 트리비트(Tribit) : 3비트
• 쿼드비트(Quadbit) : 4비트

 

통신 용량

통신 용량은 단위 시간 동안 전송 회선이 최대로 전송할 수 있는 통신 정보량을 말합니다.

 

샤논(Shannon)의 정의

샤논은 잡음 여부에 따라 다음과 같이 두 가지로 통신 용량을 정의했습니다.

 

1. 잡음이 있는 경우

 

2. 잡음이 없는 경우

전송로의 통신 용량을 늘리기 위한 방법

• 주파수 대역폭을 늘립니다.
• 신호 세력을 높입니다.
• 잡음 세력을 줄입니다.

 

디지털 변조

디지털 변조란 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 것을 의미하며, 모뎀(MODEM)을 이용합니다.

• 디지털 변조 방식에는 진폭 편이 변조(ASK), 주파수 편이 변조(FSK), 위상 편이 변조(PSK), 직교 진폭 변조(QAM)가 있습니다.

 

• 진폭 편이 변조(ASK)
  • 2진수 0과 1을 서로 다른 진폭의 신호로 변조합니다.
  • 신호 변동과 잡음에 약하여 데이터 전송용으로 거의 사용되지 않습니다.
• 주파수 편이 변조(FSK)
  • 2진수 0과 1을 서로 다른 주파수로 변조합니다.
  • 1,200Bps 이하의 저속도 비동기식 모뎀에서 사용합니다.
• 위상 편이 변조(PSK)
  • 2진수 0과 1을 서로 다른 위상을 갖는 신호로 변조합니다.
  • 한 위상에 1비트(2위상), 2비트(4위상), 또는 3비트(8위상)를 대응시켜 전송하므로 속도를 높일 수 있습니다.
  • 중 ㆍ 고속의 동기식 모뎀이 많이 사용됩니다.
  • 반송파 간의 위상차 : 2π / M (M은 위상)
• 직교 진폭 변조(QAM) = 직폭 위상 변조, 직교 위상 변조
  • 반송파의 진폭과 위상을 상호 변환하여 신호를 얻는 변조 방식입니다.
  • 고속 전송 가능, 9,600Bps 모뎀의 표준 방식으로 권고됩니다.

 

펄스 코드 변조(PCM)

펄스 코드 변조(PCM, Pulse Code Modulation)는 화상, 음성, 동영상 비디오, 가상 현실 등과 같이 연속적인 시간과 진폭을 가진 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환하는 것으로, 코텍(CODEC)을 이용합니다.

• 펄스 코드 변조는 송신 측에서 아날로그 데이터를 표본화하여 PAM 신호로 만든 후 양자화, 부호화 단계를 거쳐 디지털 형태(2진수)로 전송하는 방식입니다.
• 펄스 코드는 다음과 같습니다.

• 표본화(Sampling)
  • 음성, 영상 등의 연속적인 신호 파형을 일정 시간 간격으로 검출하는 단계입니다.
  • 샤논(Nyquist Shanon)의 표본화 이론
    어떤 신호 f⒯가 의미를 지니는 최고 주파수보다 2배 이상의 주파수로 균일한 시간 간격 동안 채집된다면 이 채집된 데이터는 원래의 신호가 가진 모든 정보를 포함합니다.
  • 표본화에 의해 검출된 신호를 PAM신호라고 하며, 아날로그 형태입니다.
  • 표본화 횟수 = 2배 x 최고 주파수
  • 표본화 간격 = 1 / 표본화 횟수
• 양자화(Quantizing)
  • 표본화된 PAM 신호를 유한 개의 부호에 대한 대표값으로 조정하는 과정입니다.
  • 실수 형태의 PAM신호를 반올림하여 정수형으로 만듭니다.
  • 양자화 잡음
    표본 측정값과 양자형 파형과의 오차를 말하며, 주로 PCM 단국 장치에서 발생합니다.
  • 양자화 잡음은 양자화 레벨을 세밀하게 함으로써 줄일 수 있으나, 이 경우 데이터의 양이 많아지고 전송 효율이 낮아집니다.
  • 양자화 레벨
    1. PAM 신호를 부호화할 때 2진수로 표현할 수 있는 레벨
    2. 양자화 레벨 = 2^표본당 전송 비트 수
• 부호화 (Encoding)
  • 양자화된 PCM 펄스의 진폭 크기를 2진수(1또는 0)로 표시하는 과정입니다.
• 복호화 (Decoding)
  • 수신된 디지털 신호(PCM 신호)를 PAM 신호로 되돌리는 과정으로 복호기(Decoder)를 이용해 복원합니다.
• 여과화 (Filtering)
  • PAM 신호를 원래의 입력 신호인 아날로그 신호로 복원하는 과정입니다.