Signal Basics

- 아날로그 시그널 vs 디지털 시그널

• 아날로그 시그널: 매질의 변화에 따라 바뀌는, 데이터를 표현하는 전자기파.
• sine wave. y(t) = Asin(wt+Φ) (A:Amplitude(진폭), w:Frequency(주파수, 진동수), Φ:Phase(위상))
• 디지털 시그널: 와이어 매체를 통해 전송 된 데이터를 나타내는 전압 펄스 시퀀스

- Periodic and Non-periodic

• Periodic signal: 측정 가능한 time frame 사이에 패턴이 존재하며 동일 주기로 그 패턴을 반복함. 하나의 완전한 패턴의 완성을 cycle 이라 함.
• Nonperiodic signal: 시간이 지나는 동안 패턴이나 사이클 없이 변함.
• * 주기는 analog/digital 상관 없음. 아날로그여도 주기/비주기일수 있고 디지털도 마찬가지.

- Wavelength(파장)

• 한 번 진동할 때 진행 거리
• Wavelength = Progation speed(전파 속도) * Period(주기. 한 번 진동하는 시간)  (진행거리=속도*시간(주기)) = 속도/주파수

- Time and Frequency Dommains

• 둘 이상의 sine wave를 다룰 땐 Frequency domain이 더 compact & useful

- Bandwidth (대역폭)

• 신호의 최고 주파수와 최저 주파수의 차이.

- Digital Signals

• discrete value(이산 값)를 나타내는 물리적 신호. ex) 1은 positive voltage, 0은 zero voltage로 encode됨. 8레벨 디지털 신호를 표현하려면 3비트가 필요하다. log2(8)=3

 

- Bit rate

• 대부분의 디지털 신호는 nonperiodic이므로 주기와 주파수를 적용하기엔 적절하지 않음. 주파수 대신 ‘bit rate’를 사용한다.
• bit rate: 1초에 보내진 비트 수. bits per second (bps)

ex) There are 1920 by 1080 pixels per HDTV screen, and the screen is renewed 30 times per second. Twenty-four bits represents one color pixel. We can calculate the bit rate as [ 1920*1080*30*24 ~= 1.5 Gbps ]

 

- Bit length

• analog는 wavelength, 디지털은 bit length. 1개의 비트가 단위 시간동안 이동하는 거리.
• bit length = propagation speed * bit duration

- Transmission of Digital Signals

• A digital signal is a composite analog signal.
• Vertical line: frequency of infinity
• Horizontal line: frequency of zero
• 1. Baseband transmission (기저 대역 전송)
  • bi-directional. 한 채널에 한 신호만을(dedicated) 쌍방향으로 전송.
  • No frequency-division multiplexing (Time division only)
  • 디지털 신호를 이용하여 근거리 통신
  • 변조x,. 모뎀 필요x, 저렴. 전송 거리 짧음. ex)LAN
  • 주로 bus에 사용
• 2. Broadband transmission (광대역 전송)
  • unidirectional.
  • Frequency-division multiplexing 가능.
  • 변조기로 변조한 아날로그 신호를 이용하여 장거리 통신 가능
  • 동시에 많은 반송파 보냄. 모뎀 필요. 더 복잡하고 믿을만함.
  • bus와 tree topology 모두에 좋음

- Transmission impairment (전송 장애)

• 전송 매체의 불완전성이 시그널 장애를 유발함
• Impairment causes
• 1. Attenuation (쇠약, 감쇠)
  • Loss of energy. ex) 전기에너지가 열에너지로 변환됨
  • Amplifier(증폭기)를 사용해 신호를 증폭해 준다.
• 2. Distortion (왜곡)
  • 신호의 모양이 바뀌는 것
  • 다른 주파수의 신호들로 만들어진 복합 신호에서 발생 가능
  • 각 신호들은 각각의 진행 속도와 도착 딜레이를 가짐. 딜레이가 주기와 같지 않다면, 딜레이 차이가 phase(위상) 차이를 가져온다.
• 3. Noise
  • 원하는 신호의 전송 및 처리를 방해하는 원치 않는 파형.
    1. Thermal noise(열 잡음): 전자의 열적 불규칙 운동에 의해 발생되는 잡음
    2. Induced noise: motor와 같은 source에서 나오는 잡음
    3. Crosstalk: 선간의 결합에 의한 신호 및 노이즈의 전파
  • Signal-to-noise Ratio(SNR). SNRdB = 10 Log(Signal power/Noise power) dB. 시그널 비율이 높아야 좋음.
  • 노이즈가 없는 채널의 SNR, SNRdB는 ∞. 실제론 일어나지 않고 ideal.