디지털 전송

(1)

Chapter 4 디지털 전송

(Digital Transmission)

1

(2)

제 4 장 디지털 전송

4.1 디지털 – 대 – 디지털 변환

4.2 아날로그 – 대 – 디지털 변환

4.3 전송방식

2

(3)

4.1 디지털-대-디지털 변환

Line Coding

Line Coding Schemes Block Coding

Topics discussed in this section:

3

(4)

회선 부호화



디지털 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업

■ 회선 부호화(line coding)와 복호화(Decoding)

4

(5)

회선 부호화 (계속)

신호 요소 대 데이터 요소

 신호 요소 : 디지털 신호의 가장 짧은 단위

 데이터 요소 : 데이터를 나타내는 가장 작은 단위, 비트(bit)

 r : 신호 요소당 데이터 요소의 개수

5

(6)

회선 부호화 (계속)

 데이터 전송률 대 신호 전송률

▶ 데이터 전송률(data rate) N

 1초당 전송된 데이터 요소의 갯 수, (단위 : 초당 비트 수 - bps), 비트율 이라고도 함

▶ 신호 전송률(signal rate) S = N/r

 1초당 전송된 신호 요소의 갯 수, (단위 : 보오 - baud), 펄스율, 변조율, 보오율 이라고도 함

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(7)

회선 부호화 (계속)

 기준선(Base line)

▶

수신한 신호의 세기에 대한 평균값

▶

기준선과 비교하여 데이터 요소의 값 결정

▶

기준선이 표류(Wandering)하면 제대로 복호화 하기 어려움

▶

좋은 회선 코딩은 기준선 표류 방지가 필요

 직류 성분(Dc component)

▶

주파수가 0 주변인 신호

▶

주파수가 낮은 성분은 통과하지 못하는 시스템이 존재하므로, 직류 성분이 생기지 않 는 방법 필요

 자기 동기화(Self synchronization)

▶

발신자가 보낸 신호를 인식하기 위해 수신자의 비트 간격이 발신자의 비트 간격과 완전히 일치해야 함

7

(8)

회선 부호화 (계속)

 동기화 결핍 효과

8

(9)

디지털 전송에서, 수신자 시계가 송신자 시계보다 0.1% 빠르다고 한다. 데이터 전송율이 1 kbps라면 매 초 얼마만큼의 추가 비트를 받게 되는가? 만약 데이터 전송율이 1 Mbps라면?

Solution

1 kbps에서, 수신자는 1000bps대신에 1001bps를 받는다.

Example

1 Mbps에서, 수신자는 1,000,000 bps 대신에 1,001,000 bps 를 받는다.

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(10)

회선 부호화 방식

■

단극형(Unipolar)

■

극형(Polar)

■

양극형(Bipolar)

10

(11)

단극형(Unipolar)

▶

양 전압 : 비트 1, 0 전압 : 비트 0

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(12)

극형(Polar)

▶

양과 음의 두 가지 전압 준위를 사용

▶

회선의 평균 전압 준위 감소

▶

비영복귀(NRZ,nonreturn to zero), 영복귀(RZ, return to zero), 맨체스터, 차분 맨체스터

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(13)

NRZ(non-return-to-zero)

 NRZ-L(evel)

 양 전압은 0, 음 전압은 비트 1을 의미

 동기화 문제가 발생함

 NRZ-I(nvert)

 전압 준위의 반전이 비트 1을 의미

 전압의 변화시 비트 1, 무변화시 비트 0으로 표현

 비트 1을 만날 때마다 신호가 변화하기 때문에 동기화를 제공

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(14)

NRZ(non-return-to-zero) (계속)

14

(15)

RZ(return to zero)

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(16)

Biphase : 맨체스터와 차분 맨체스터

맨체스터

 동기화와 비트를 표현하기 위해 각 비트 간격 중간에서 신호를 반전

 비트 0 : 양극에서 음극으로, 비트 1 : 음극에서 양극으로 전이

차분 맨체스터 부호화

 비트 간격 중간에서의 반전은 동기화를 위해 사용

 비트 간격 시작점에서의 전이 여부로 비트를 식별 (전압의 전이는 0을, 무변화는 1을 의미)

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맨체스터와 차분 맨체스터 방식

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(18)

Manchester 와 differential Manchester

부호화 에서, 비트 중간에서 반전은 동기화를 위해 사용된다.

Manchester 와 differential Manchester의 대역폭은 NRZ의 두배이다.

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(19)

양극형(Bipolar)

양극형 부호화에서 세 가지 준위를 사용하는데, 이는 positive, zero, 그리고

negative이다.

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(20)

AMI와 가삼진수(Pseudoternary)



양극형 교대표시반전 (AMI: Alternate Mark Inversion)



0 : 0전압, 1 : 전압 교대



연속되는 0인 경우 동기화 문제 발생



해결 방안 : B8ZS, HDB3 방식



가삼진수



1 : 0전압, 0 : 전압 교대

20

(21)

B8ZS



B8ZS

■ 양극 8영 대치(Bipolar with 8 zero substitution)

■ 8개의 연속된 0을 000VB0VB 신호로 대치

21

(22)

HDB3



HDB3

■ 고밀도 양극 3 영(High-density bipolar 3-zero)

■ 4개의 연속된 0을 000V 나 B00V로 대치

■ 직전 대치 이후에 0이 아닌 펄스의 개수가 홀수인 경우 : 000V

■ 직전 대치 이후에 0이 아닌 펄스의 개수가 짝수인 경우 : B00V

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(23)

다준위 방식(Multilevel Schemes)

▶

N개의 신호 요소 패턴을 사용하여 m개의 데이터 요소 패턴 을 표현

▶

단위 baud 당 비트 수 증가

▶

mBnL 부호화

 m : 2진수 패턴의 길이

 B : 2진수

 n : 신호 패턴의 길이

 L : 신호 준위의 수, 숫자대신 문자 사용 2진 – B(Binary), 3진 – T(Ternary), 4진 - Q(Quaternary)

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(24)



2B1Q(2 binary, 1 quaternary)

■4개의 전압 준위를 사용

■각 펄스는 2 비트를 표현

■DSL 기술에서 가입자 전화 회선을 사용하는 고속 인터넷 접속 제공에 사용

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다준위 방식(Multilevel Schemes) (계속)

11 00

(25)

다준위 방식(Multilevel Schemes) (계속)



8B6T(8 binary, 6 Ternary)

■ 6개의 신호 요소에 8비트를 표현

■ 3개의 준위

■ 2⁸ = 256개의 데이터 패턴

■ 3⁶ = 478개의 신호 패턴

■ 478 – 256 = 222개의 신호는 동기화나 오류 검색에 사용

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(26)

다준위 방식(Multilevel Schemes) (계속)



4D-PAM5(4차원 5준위 펄스 진폭 변조)

■ Four-dimensional five-level pulse amplitude modulation

■ 4D : 데이터가 4개의 회선으로 동시에 전송

■ 5개의 준위 : -2, -1, 0, 1, 2

■ 1G bps LAN에 사용

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(27)



다중회선 전송 : MLT-3

■ Multiline transmission three level

■ 3개의 준위( +1, 0, -1) 사용

■ 100M bps 전송에 적합한 방식

다준위 방식(Multilevel Schemes) (계속)

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(28)

블록 부호화(Block Coding)



m 비트를 n 비트 블록으로 바꾼다



n 은 m 보다 크다



mB/nB 부호화

블록 부호화는 보통 mB/nB 부호화라 불리며, 각 m-bit 그룹을 n-bit 그룹으로 바꾼다.

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(29)

블록 부호화 (계속)

▶

동기화를 확보하기 위해서 여분의 비트가 필요

▶

오류 탐지를 위해서도 다른 여분의 비트를 포함해야 함

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(30)

블록 부호화 (계속)



4B/5B(4Binary / 5Binary)

■ NRZ-I 방식과 혼합하여 사용

■ 4비트 데이터를 5비트 코드로 바꾼다

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(31)

블록 부호화 (계속)

 4B/5B Mapping Code

31

(32)

블록 부호화 (계속)

 4B/5B(4Binary / 5Binary) 블록 코딩 예

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(33)

블록 부호화 (계속)



8B/10B

■ 5B/6B와 3B/4B를 합한 것

33

(34)

4.2 아날로그-대 디지털 변환

34

■

펄스 코드 변조 (PCM : Pulse Code Modulation)

 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸기 위해 널리 사용되는 기법

(35)

채집(Sampling)



펄스 진폭 변조(PAM, Pulse Amplitude Modulation)

■ 아날로그 신호로 표본을 채집하고 그 결과에 근거하여 펄스를 제작

■ 채집 : 일정 간격마다 신호의 진폭을 측정

35

(36)

Example

전화 회사는 음성을 최대 4000 Hz 주파수를 갖는 것으로 가정하고 디지털화한다. 그러므로 채집율은 초당 8000번이다.

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나이퀴스트 정리에 의하면, 채집율은 신호에 포함된 최대 주파수의 최소한 두 배가 되어야 한다.

(37)

저-대역 통과 신호가 200 kHz의 대역폭을 갖는다. 이 신호의 최소 채집율은 얼마인가?

Solution

저-대역 통과 신호의 대역폭은 0 과 f 사이

여기서 f 는 신호에 있는 최대 주파수

가장 높은 주파수(200 kHz)의 두배로 채집

채집율은 초당 400,000 번이 된다.

Example

37

(38)

양자화

38



양자화(Quantization)

 원래의 아날로그 신호는 Vmin 과 Vmax 사이의 진폭 값을 순 간적으로 가진다고 가정

 전체 영역을 높이 △(델타)인 L개의 구간으로 나눔

 각 구간의 중간 지점에 0 부터 L-1 까지의 계수화된 값 지정

 채집된 신호의 진폭 값을 계수화된 하나의 근사치로 지정

L

Vmin -

Vmax

 

(39)

채집된 신호의 양자화와 부호화

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(40)

사람의 목소리를 디지털화하고자 한다. 채집당 8 비트를 가정하면 비트율은 얼마인가?

Solution

사람의 목소리는 보통 0에서 4000 Hz사이의 주파수를 갖는다 .

Example

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(41)

4.3 전송 방식(TRANSMISSION MODE)

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Synchronous

(42)

병렬 전송

42

(43)

병렬 전송 (계속)

 한번에 n 개의 그룹의 비트를 전송하는 것

 n 비트를 전송하기 위해 n 개의 전선을 사용

 장점

 직렬 전송에 비해 n 배만큼 전송속도가 증가

 단점

 가격이 비싸다

 가격으로 인해 짧은 거리로 제한

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(44)

직렬 전송

44

(45)

직렬 전송 (계속)

 통신하는 두 장치간 하나의 채널만 필요

 장점

 하나의 통신채널만 가지므로 병렬전송에 비해 비용 절감

 장치 내 통신은 병렬로 구성

 송신자와 전선 사이(병렬-직렬)및 전선과 수신자(직렬-병렬) 사이의 인터 페이스에서 변환장치가 필요

 비동기식 또는 동기식으로 구성

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(46)

비동기식 전송

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(47)

비동기식 전송 (계속)

 신호의 타이밍을 중요시 하지 않음

 정보 교환은 합의된 패턴으로 수신 및 변환

 보통 8 비트인 각 그룹은 링크를 따라 한 단위로 전송

 0인 시작 비트를 바이트 시작부분에 추가

 바이트 끝에 끝을 알리는 1로 구성되는 정지 비트를 추가

 총 8개의 데이터 비트와 2개의 추가 비트로 구성

 수신 장치는 각각의 수신 바이트마다 재동기화

 수신자는 시작 비트를 수신 후 수신되는 비트 수를 세면서 n 비트를 수신 후 정지 비트를 찾고 그 후 모든 펄스를 무시

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(48)

동기식 전송

1 1 1 1 0 1 1 1

Frame

1 1 1 1 0 0 1 1 Direction of flow

Frame Frame

1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 • • • 1 1 1 1 0 1 1 1

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(49)

동기식 전송 (계속)

 다수의 바이트로 구성

 바이트와 바이트 사이의 간격이 없음

 수신자는 수신된 바이트를 8 비트 단위의 그룹으로 분리

 장점

 비동기식에 비해 속도가 빠르다

 고속 응용에 유리

 데이터 링크 계층에서 이루어짐

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