[컴퓨터 네트워크] Chapter4 디지털 전송

1. Digital-to-Digital Encoding

디지털 정보를 디지털로 변환하여 전송

변환방법

1. Line Coding 회선 부호화 → 항상 필요
2. Block Coding 블록 부호화
3. Scrambling 뒤섞기

1) Line Coding 회선 부호화

디지털 정보 → 디지털 신호

직류 성분(DC component) 제거 필요

자기 동기화 필요

• 데이터 요소 : 디지털 데이터를 나타내는 기본 단위(비트)

• 신호 요소 : 디지털 신호의 기본 단위 (준위느낌?)

• 데이터 전송률N : 1초당 전송된 비트 수(비트율)

• 신호 전송률S : 1초당 전송된 신호요소의 수(보오율)

  S = c * N * 1/r 1/r = 비트당 신호수 *공식

• 신호전송률S ↓ , 데이터 전송률N ↑ 하는 것이 좋음! 적은 신호를 보내도 데이터는 많이 가게

대역폭(Bandwidth)

디지털 신호의 대역폭은 이론적으로 무한하지만 유효대역폭은 유한함.

• 최소 대역폭 Bmin = cN1/r
• 최대 데이터율 Nmax = 1/cBr

자기동기화(Self-Synchronization)

• 송신기 간 비트 간격이 맞지 않을 때 스스로 일치시키는 것 → ?

수신자 클럭이 빠르면 수신을 좀 더 함

• Line Coding회선부호화 방식의 종류

• NRZ-L : 같은 비트 연속 시 타이밍 왜곡 가능
• RZ : 한 비트를 부호화하기위해 두 번의 신호 변화 필요 → 요구 대역폭 큼. 오늘날 사용 x
• Biphase : 요구 대역폭 큼 (많이 변해야 해서 그런가봄)
• Bipolar AMI
  • 연속된 1도 동기화 가능
  • 일정한 0V는 직류성분을 갖지 않으므로 DC성분 없음!
  • 먼거리에 사용함
  • NRZ 대체를 위해 개발됨
    • NRZ : 주파수 0 주위 → 대역폭 확보 어렵
    • Bipolar : 주파수 N/2 주위

2) Block coding 블록 부호화

Lind encoding의 효율 증가를 위함 - 동기화를 하고 오류를 탐지함

비트를 추가함. 여분의 extra비트 필요

• mB/nB 부호화

  m비트 블록을 그에 해당하면서 더 긴 n비트 블록으로 바꿈 (대치substitution)

3) Scrambling 뒤섞기

Bipolar AMI 에서 연속 0 을 동기화하기 위한 방법

코딩과 동시에 이루어짐

• B8ZS (Bipolar with 8 Zero Substitution) - 북미

  8개의 연속0 00000000 → 000VB0VB

  ** V : +- 중 직전과 같은 거, B : 반대인 거

• HDB3 (High-density Bipolar 3-Zero) - 북미 이외

  4개의 연속0 0000 → 000V 또는 B00V (직전대체 후 0이 아닌 준위가 홀수/짝수 개인 경우)

2. 아날로그 대 디지털 변환

A/D Conversion

아날로그 정보를 디지털 신호로 변환하여 전송

Codec 이용

PCM (Pulse Code Modulation) 펄스코드변조

: Sampling(표본화,채집화) → Quantizing(양자화,계수화) → Binary Coding(Encoding,부호화) → 직렬 전송

1. Sampling(표본화,채집화)

   • PAM (Pulse Amplitude Modulation) 펄스진폭변조
     • 채집Sampling 과 유지Hold : 일정 간격마다 신호 측정해 채집, 결과를 근거로 펄스 생성
     • Nyquist Theorem나이퀴스트 정리 : Sampling Rate표본채집률 ≥ 2최고주파수 * 정확도는 채집된 표본수에 좌우됨 (단순 정현파의 경우 2배이상 채집해도 불필요하기도 함)

2. Quantization계수화

3. Encoding부호화

   • 계수화 & 부호화

     측정한 진폭 → 너무 크니까 전체적으로 줄임 → 0.5단위로 맞춤 → Quantization Code중 맞는 값으로 바꿈 → 2진수(?)로 바꿔 Binary Encoding부호화 함 ⇒ 이 값을 Line Coding하게 됨

비트율

• 각 표본을 표현하는 데 필요한 비트 수
• 비트율 = 표본채집율*표본당비트수
• 예시) 0~6000Hz 소리를 디지털화하려고 함. 표본당 8비트라고 가정할 때 비트율은? → 비트율 = 표본채집률 * 표본당비트수, 표본채집률 = 60002 = 12000 → 120008 = 96000bps = 96kbps

3. 전송방식

1. Parallel Transmission병렬 전송

   비트를 그룹으로 n비트 데이터 동시 전송 - n개의 채널 필요

   빠르고 비쌈

2. Serial Transmission직렬 전송

   한 채널로 한 비트씩 순차적으로 전송

   느리고 쌈

   원거리 전송에 적합, 대부분 이거사용.

   • Synchronous transmission동기식 전송 : 정해진 수만큼 전송. 시작/종료 비트나 gap 없음
     • 미리 정해진 수만큼의 문자열을 한 블록(프레임)으로 만들어서 한번에 전송함
     • 송수신 양측 동기 유지 필요 - 타이밍 신호(클럭)이나 동기문자를 계속 전송해야 함
     • 빠름. 원거리에 사용
   • Asynchronous tranmission비동기식 전송 : 타이밍 상관없이 미리 합의된 패턴으로 전송
     • 바이트를 구분하기 위해 바이트 시작과 끝에 start bit 0, stop bit 1을 붙임
     • 오류검출용 parity bit를 더하기도 함
     • 문자 사이의 idle time(gap)휴지시간이 불규칙, 한번에 많은 데이터를 보내면 framing error 가능성 커짐
     • 느리지만 싸고 효율적. 단거리에 사용.