📌 학습 목표
- Signal(신호), Frequency(주파수), Channel(채널), Bandwidth(대역폭), Data rate(데이터 전송률)
- 아날로그/디지털 신호
- 전송 손상: 감쇠(Attenuation), 지연 왜곡(Delay distortion), 잡음(Noise)
- 전자기 스펙트럼(Electromagnetic spectrum)
- 전송 매체
- Guided(유도 매체): twisted pair(연선), coaxial cable(동축 케이블), optical fiber(광섬유)
- Unguided(비유도 매체): isotropic/parabolic antenna(무지향/포물선형 안테나), terrestrial microwave(지상 마이크로파), satellite microwave(위성 마이크로파), broadcast radio(라디오 방송)
- 무선 전파 전파 방식: 지상파(Ground wave), 전리층파(Sky wave), 직선파(LoS, Line-of-Sight)
✅ 1. 용어 정리 – Data, Signal, Transmission (1/2)
- Data(데이터): 의미나 정보를 포함하는 실체
- 연속값(소리, 온도 등) → 아날로그 데이터
- 이산값(문자, 숫자 등) → 디지털 데이터
- Data Communication(데이터 통신): 한 지점에서 다른 지점으로 데이터를 전송
- Signal(신호): 데이터를 운반하는 전자기 또는 전기적 변화
- Transmission(전송): 프레임 내 비트를 전기/광학/무선 신호로 전송
✅ 2. 용어 정리 – Signal (2/2)
- 신호: 메시지를 전달하는 모든 형태의 동작/소리/움직임
예: 손짓, 말, 교통 신호 - 전자기 또는 전류가 데이터 운반
- 시간 및 공간(또는 주파수)에 따라 변화하는 전기량
- Analog Signal(아날로그 신호): 연속적인 파형 (전화 등)
- Digital Signal(디지털 신호): 이산적인 펄스 (컴퓨터 등)
- Baseband Signal(기저대역 신호): 변조되지 않은 원 신호
- Carrier Signal(반송파): 장거리 전송을 위한 변조된 고주파 신호
✅ 3. 아날로그 신호
- 연속적으로 변화하는 전자기 파 → 무한한 값 표현 가능
- 전압, 전류, 주파수 등을 변화시켜 정보 표현
- 시간-전압 그래프에서 부드럽고 연속된 곡선 생성
🔹 아날로그 신호 - 장점
- 디지털 신호보다 더 낮은 대역폭 사용 가능
- 감쇠에 덜 민감
🔹 아날로그 신호 - 단점
✅ 4. 디지털 신호
- 이산적 전압 펄스로 구성
- 한 시점에 정해진 유한 값 중 하나만 가짐
- 일반적 사용: 컴퓨터, 디지털 장치, 스마트폰, 디지털 온도계 등
🔹 디지털 회로 - 이진(Binary) 방식 사용
- 0과 1의 두 가지 상태만 사용
- 여러 비트 조합으로 큰 값 표현 가능
- 예: 2비트 → 00:0, 01:1, 10:2, 11:3 / 16비트 → 최대 65535
🔹 디지털 신호 - 장점
- 아날로그보다 노이즈에 강함, 정밀성↑
- 오류 검출 및 정정 기능 사용 가능
- 복제 용이, 비용 저렴
🔹 단점
- 더 높은 대역폭 요구
- 감쇠에 더 민감
- 구현 복잡성 ↑
✅ 5. Analog vs Digital 변환
- 일반적으로 디지털 데이터 ↔ 디지털 신호, 아날로그 데이터 ↔ 아날로그 신호 사용
- Modem(모뎀): 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환
- Codec(코덱): 아날로그 데이터를 디지털 신호로 인코딩/디코딩
✅ 6. 신호 처리: Amplifier vs Repeater
항목Amplifier(증폭기)Repeater(중계기)
| 사용 대상 |
아날로그 신호 |
디지털 신호 |
| 기능 |
신호+노이즈 동시 증폭 |
신호 재생/복원 |
| 설치 간격 |
길다 (감쇠 느림) |
짧다 (감쇠 빠름) |
| SNR 효과 |
SNR 감소 → 노이즈 증가 |
SNR 증가 → 오류 감소 |
✅ 7. 주파수 영역에서의 신호
- 신호는 다수의 사인파 주파수로 구성됨
- 주파수 스펙트럼(Frequency spectrum): 신호가 포함하는 모든 주파수 범위
- 절대 대역폭: 최저~최고 주파수 차이
- 유효 대역폭(Effective bandwidth): 에너지가 가장 집중된 좁은 대역
→ 대역폭이 크면 데이터 전송률 ↑
✅ 8. 사인파의 특성 요소
- 진폭(Amplitude): 최대 세기 (V)
- 주파수(Frequency): 1초당 반복 횟수 (Hz)
- 위상(Phase): 사인파 주기 내 상대적 시간 위치 (° or rad)
→ 주기 T = 1 / f
✅ 9. 파장(Wavelength)
- 한 사이클이 차지하는 거리
- 파장 λ = vT
또는 λf = v
(v: 전파 속도, 자유 공간에서 약 3×10⁸ m/s)
✅ 10. 전송 매체
- Transmission medium(전송 매체): 송신기와 수신기 간의 물리적 경로
- 전자기파 형태로 전송됨
분류Guided(유도)Unguided(비유도)
| 예시 |
twisted pair, coaxial cable, optical fiber |
공기, 진공, 바닷물 |
✅ 11. 회선 구성 (Line Configuration)
- 직접 링크: 증폭기/중계기 외 중간 장치 없음
- 토폴로지:
- Point-to-point: 두 장치만 매체 공유
- Multi-point: 여러 장치가 동일 매체 공유
✅ 12. 전송 방식 (Transmission Modes)
- Simplex(단방향): 한 방향만 전송
- Half Duplex(반이중): 양방향 전송, 동시 불가
- Full Duplex(전이중): 양방향 전송, 동시 가능
✅ 13. 채널 용량 – Bandwidth(대역폭)와 Data Rate(데이터 전송률)
- 대역폭은 신호가 차지하는 주파수 범위
- 더 높은 대역폭 → 더 많은 데이터 전송 가능
예시
- AM 라디오: 526.5~1606.5 kHz (채널당 10kHz)
- FM 라디오: 88~108 MHz (채널당 200kHz)
- Cellular/Wi-Fi: 300MHz ~ 30GHz
고주파수
- 에너지 높음
- 범위 짧음
- 대역폭/데이터 전송률 ↑
- 안테나 작고, 기기 소형화
저주파수
- 에너지 낮음
- 커버리지 넓음
- 대역폭/전송률 ↓
- 안테나 길고, 기기 큼
✅ 14. 전송 손상 (Transmission Impairments)
전송된 신호는 수신될 때 변형될 수 있다
종류
- Attenuation(감쇠): 신호 세기가 거리 따라 감소
- Delay distortion(지연 왜곡): 주파수별 지연 시간 차이
- Noise(잡음): 원하지 않는 외부 신호 혼입
✅ 15. 감쇠 (Attenuation)
- 매체에 따라 신호 강도가 거리와 함께 감소
- 수신된 신호가 노이즈보다 충분히 커야 오류 없이 수신 가능
- 고주파수일수록 감쇠 ↑ → 신호가 둥글고 약해짐
✅ 16. 지연 왜곡 (Delay Distortion)
- **유도 매체(guided media)**에서만 발생
- 주파수별로 전파 속도가 다름
- 주파수 구성 요소가 수신 시점 다름 → 위상 변화 발생
✅ 17. 잡음 (Noise)
불필요한 신호가 TX~RX 사이에 삽입됨
종류설명
| Thermal(열잡음) |
전자 열 진동으로 인한 |
| Intermodulation(상호변조) |
주파수 간 합/차/배수의 간섭 신호 발생 |
| Crosstalk(누화) |
한 회선의 신호가 다른 회선에 섞임 |
| Impulse(임펄스) |
짧고 강한 고주파 스파이크 (ex. 번개, 전자기 간섭) |
- 아날로그: 성가심 정도
- 디지털: 오류의 주요 원인
✅ 18. 데이터 전송 특성 & 품질 결정 요소
매체 유형특성 결정 요소
| Guided(유도 매체) |
매체 품질이 전송 특성에 더 큰 영향 |
| Unguided(비유도 매체) |
안테나가 생성하는 신호 대역폭이 핵심 |
→ 핵심 설계 요소: 데이터 전송률, 거리
✅ 19. 전송 거리와 속도를 결정하는 요인
- Bandwidth(대역폭): 높을수록 데이터 전송률 ↑
- Transmission impairments: 감쇠, 지연 왜곡, 잡음 → 전송 한계
- Interference(간섭): 인접 주파수의 간섭으로 신호 손상
- 수신기 수: 멀티포인트일수록 감쇠 증가 → 거리/속도 제한
✅ 20. Electromagnetic Spectrum(전자기 스펙트럼)
전자기파가 사용하는 전체 주파수 범위
→ 다양한 전송 매체/방식에 사용됨
✅ 21. 유도 전송 매체 (Guided Transmission Media)
- Twisted pair(연선)
- Coaxial cable(동축 케이블)
- Optical fiber(광섬유)
P2P 환경에서의 유도 매체 비교
매체주파수 범위감쇠지연중계기 간격
| Twisted Pair |
0~3.5kHz |
0.2dB/km |
50μs/km |
2km |
| Twisted Pair(multi) |
~1MHz |
0.7dB/km |
5μs/km |
2km |
| Coaxial Cable |
~500MHz |
7dB/km |
4μs/km |
1~9km |
| Optical Fiber |
186~370THz |
0.2~0.5dB/km |
5μs/km |
40km |
✅ Twisted Pair(연선)
- 가장 저렴하고 널리 사용됨
- 두 개의 절연된 구리선이 꼬인 구조
- 크로스토크 간섭 방지 위해 꼬기
- 단점: 성능 낮고 거리 제한
Twisted Pair - 응용 및 특성
- 아날로그: 5~6km마다 증폭기
- 디지털: 2~3km마다 중계기
- LAN, 전화망, PBX, 구내통신에 사용
UTP vs STP
유형설명
| UTP |
일반 전화선, 설치 용이, 간섭에 취약, 가장 저렴 |
| STP |
금속 차폐, 고속 성능↑, 무겁고 비쌈 |
✅ Coaxial Cable(동축 케이블)
- 직경 1~2.5cm, 연선보다 더 긴 거리 지원
- 다양한 용도: TV, 장거리 전화, 컴퓨터 연결
- 점점 광섬유로 대체 중
Coaxial 특성
- 연선보다 간섭/누화 적음
- 아날로그: 9km마다 증폭기
- 디지털: 1km마다 리피터
- 주파수 ↑ → 더 많은 중계기 필요
✅ Optical Fiber(광섬유)
- 빛을 사용하는 전송 매체
- 발광 다이오드(LED) 또는 레이저(ILD) 사용
- 고속, 고용량, 저감쇠, 보안성 우수
광섬유 장점
- 수백 Gbps 전송 가능
- 작고 가벼움
- 전자기 간섭 없음
- 장거리 전송 가능 (중계기 간격 ↑)
응용 분야
- 장거리 백본망(1500km)
- 도시 구간(12km)
- 시골 교환망(40~160km)
- 구내 통신망, LAN/WAN
✅ 무선 전송 – 주파수별 특성
범위특징
| 30MHz~1GHz |
마이크로파, 지향성, P2P/위성 통신 |
| 1GHz~40GHz |
전방향성, 라디오 영역 |
| 3×10¹¹~2×10¹⁴Hz |
적외선, 실내 통신 |
✅ 무선 전송 기술
- 안테나: 전자기파를 송수신
- 지상 마이크로파, 위성 마이크로파, 방송 라디오
✅ 안테나 종류
종류설명
| Isotropic |
모든 방향으로 균등 방사 |
| Omnidirectional |
수평/수직 한 평면으로 360° 방사 (Wi-Fi, GPS 등) |
| Directional |
특정 방향으로 강하게 방사 (포물선/헬리컬 등) |
✅ 지상 마이크로파(Terrestrial Microwave)
- 포물선형 "접시" 안테나 사용
- 고도 높은 곳에 설치, 직선 경로(LoS) 필요
- 1~40GHz 사용, TV/전화에 활용
- 손실 요인: 거리, 강우, 간섭
✅ 위성 마이크로파(Satellite Microwave)
- 위성은 마이크로파 릴레이 스테이션 역할
- uplink(지구→위성): 5.925~6.425GHz
- downlink(위성→지구): 3.7~4.2GHz
- Uplink 속도 < Downlink
✅ 방송 라디오(Broadcast Radio)
- 전방향 전파
- 주파수 범위: 3kHz ~ 300GHz
- 사용 예: FM, VHF, UHF
- LoS 한계, 다중경로 간섭 존재
✅ 무선 전파 전파 방식
- Ground wave (~2MHz): 지표면 따라 전파 (AM 라디오)
- Sky wave (2~30MHz): 전리층 반사 (단파 라디오, BBC 등)
- Line-of-Sight (>30MHz): 직선 전파 (위성, 마이크로파)
📌 LoS 전파의 장애 요소
- Free space loss (거리 따라 감쇠)
- Atmospheric absorption (산소/수증기 흡수)
- Multipath (반사로 인한 간섭)
- Refraction (굴절로 신호 손실)
✅ 요약 Summary
- Guided Media(유도 매체): twisted pair, coaxial cable, optical fiber
- Wireless Transmission(무선 전송): 안테나, 마이크로파, 방송
- Propagation Types: Ground, Sky, Line-of-Sight
- LoS 장애 요인: 자유공간 손실, 흡수, 다중경로, 굴절