통신 01장 통신의 개요_곽재민수정

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통신의 개요

제 1 장

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1-2 통신의 개요

제 1 장의 구성



_{1.1 통신의 개요}



_{1.2 전파의 특성}



_{1.3 변조의 목적}



_{1.4 주파수 대역과 채널}



_{1.5 통신 신호의 해석}

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통신의 개요

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1-4

통신의 개요

전자통신과 정보통신



_{C&C⇒ computer and communication}

 컴퓨터와 통신의 결합  _{텔레콤 (telecom) ⇒ telecommunication 의 줄인 말}  사전에서 『 tele- 』의 의미는 원격이라는 뜻  전기통신을 가리킴  전기의 힘을 빌리지 않고는 정보를 멀리 보낼 수 없다 .



_{통신 사업자들은 영문상호 명칭}

 예전에는 BT, FT, KT, SKT … T 는 telecom  요즘은 주력 브랜드 명을 사용하기도  (ex.)

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통신의 개요

전자통신과 정보통신



_{전자통신 기술}

 음향 , 영상 , 데이터 등 다양한 형태의 정보를 전송



_{정보통신과 정보화 산업의 발달}

 전자통신 기술과 컴퓨터 네트워크와의 결합



_{정보기술 (information technology, IT)}

 콘텐츠 (contents) 를 정보서비스의 내용으로 제공하고

부가가치를 창출

 소셜 네트워크 서비스 (social network service, SNS)

 개인이나 집단이 인터넷을 통해 상호 의존적인 관계로 맺

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통신시스템의 구성



_{송신기 , 수신기 , 전송채널}

 송신기에서 정보신호를 고주파인 반송파에 실어 변조시 켜 전송채널로 보내고 , 수신기에서 복조해 복원

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통신의 개요

통신시스템의 구성



_{전송채널의 방해요소}

 잡음 (noise) : 무작위 (random) 하고 예측 불가능  간섭 (interference) : 다른 곳에서 사용되는 신호  왜곡 (distortion) : 불완전하게 전달되는 파형의 손상

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통신의 개요

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통신의 개요

전파의 정체

 전파 (electric wave) = 전자기파 (electromagnetic wav e)  전파 = 전자파 = 전자기파 = 전기자기파  전파전파 ( 電波傳播 ) ⇒ 전파의 전달 (propagation)



_{전파의 정체}

 전자기 에너지 (electromagnetic energy) 의 일종  전자기 에너지는 『전파 , 광파 , 선파』로 나눈다 .

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1-10

통신의 개요

전파의 성질

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통신의 개요

전파의 성질



_{레이더 (radar)}

 전파의 직진과 반사 특성을 이용



_{회절 (diffraction)}

 경계면에 도달한 전파가 새로운 파원 (source) 이 되어 진행하는 현상으로 장애물을 넘을 수 있다 .  주파수가 높을수록 전파의 직진성이 좋아지고 주파수가 낮을수록 회절이 많아진다 .  2.1GHz 대역의 이동전화는 850MHz 대역의 이동전화 에 비해 더 많은 기지국을 세워야  주파수가 높아지면 주파수 대역폭이 넓어져 신호의 전송 속도를 높일 수 있는 장점

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전파의 전달

 시간적으로 변하는 전계는 자계를 발생  시간적으로 변하는 자계는 전계를 유도  Tx : 송신기 (transmitter), Rx : 수신기 (receiver)

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통신의 개요

파장



_{파장 (wavelength)}

 전파가 진행하면서 주기적으로 변화하는 에너지 레벨의 한 주기 동안 진행한 거리  _{진공에서 전파의 전달속도는 빛의}

_{속도와 같다 .}

 진공에서의 빛의 속도는 299,792,458m/sec  대략

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1-14

통신의 개요

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통신의 개요

변조와 복조



_{변조는 한 신호를 다른 신호에 의해 변화시키는 것}

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변조와 복조



_{반송파 (carrier wave)}

 정보신호를 전달해 주는 역할



_정보신호

 변조파 (modulating wave)  정보를 반송파에 싣기 위해 반송파를 가공한다 .



_전송신호

 피변조파 (modulated wave)  『변조된 파』라는 의미  정보에 의해 반송파의 파형이 가공된 신호 형태

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통신의 개요

피변조파의 예

 아날로그 변조

1) Amplitude Modulation (AM): 2) Frequency Modulation (FM):

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1-18

통신의 개요

피변조파의 예

 디지털 변조

1) Amplitude Shift Keying (ASK) or ON/OFF Keying (OOK):

2) Phase Shift Keying (PSK):

3) Frequency Shift Keying (FSK):

) 2 cos( 1  A f_ct 0  0 ) 2 cos( 1 A f₁t ) 2 cos( 0 A f₀t ) 2 cos( 1 A f_ct ) 2 cos( ) 2 cos( 0 A f_ct   A f_ct

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변조의 목적



_{변조의 목적은 고주파를 이용하는 목적과 같다 .}

 수신 안테나의 길이를 줄일 수 있다 .  잡음이나 간섭의 영향을 덜 받고 신호를 멀리 보낼 수 있 다 .  주파수 분할의 다중통신을 할 수 있다 .

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안테나 길이를 소형화



_{1/4 파장 안테나의 길이 계산}

 음성 주파수 100Hz~4kHz 를 고려하여 3kHz 신호 예  FM 방송 주파수 88Hz~108MHz 중 100MHz 신호 예  이동전화 대역 850MHz, 2.1GHz 신호 예  ⇒ 고주파를 사용할수록 안테나의 길이가 줄어든다 .  참고 : AM 라디오 방송 주파수 535~1605KHz

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통신의 개요

잡음이나 간섭의 영향을 감소



_{안테나 방사패턴 (radiation pattern)}

 안테나에서 방사되는 전자파의 전력을 방향의 함수로 나타낸 것  송신 안테나의 직경 (D) 이 일정하면 주파수 (f) 가 높아질수록 회절각 (θ) 은 작아진다 .

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주파수 분할의 다중통신



_{예 : FM 방송의 주파수 분할}

 89.1MHz, 91.9MHz, 107.7MHz 등 원하는 방송을 선택해 들을 수 있다 .  서로 다른 고주파 신호로 변조함으로써 가능

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통신의 개요

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전자기 스펙트럼



_{백색광의 분광 (spectrum) 현상}

 프리즘 분광



_{전자기 스펙트럼 (electromagnetic spectrum)}

 전자기파를 파장이나 주파수의 분포로 나눈 것



_{주파수 대역 (frequency band)}

 통신이나 방송을 위해 할당된 전파의 주파수 범위  각 영역은 통신시스템에 이용되는 주파수의 분포를 보다 편리하게 구분하기 위한 경계 표시

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통신의 개요

전자기 스펙트럼

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1-26

통신의 개요

Ultra vs. Super

 영어 표현에서 very < ultra < super < extremely

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통신의 개요

전자기 스펙트럼



_{RF(Radio Frequency)}

 RF 는 통신에 사용되는 무선 주파수를 통칭하는 말  라디오 (radio) 는 무선이나 전파라는 뜻



_{밀리미터파 (millimeter wave) : 파장이 mm 인 대역}



_{마이크로파 (microwave)}

 통상적으로 300MHz~30GHz 사이 ( 다른경우도 있 음 )  『 micro- 』는 파장이『작다』라는 의미로 사용



_{헤르츠 (Hertz, Hz)}

 주파수의 단위 [/sec], 초당 진동수가 1 사이클

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1-28

통신의 개요

전파 관리



_{주파수와 공간이 한정된 천연자원이라는 인식}



_{ITU(International Telecommunication Union)}

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통신의 개요

주파수 대역폭



_{주파수 대역폭 (frequency bandwidth)}

 신호를 전달하기 위해 사용하는 주파수 폭  공중파 TV 신호 6MHz  음성 대역 100Hz~4kHz  가청 주파수대역 20Hz~20kHz  정보량이 많을수록 넓은 주파수 대역폭이 필요



_{전송로의 효율적 사용을 위해}

 신호가 갖는 본래 주파수 대역폭을 제한하여 처리  PSTN 유선전화 ( 음성 : 300~3400Hz)  FM 방송 ( 오디오 50Hz~15kHz)

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주파수 대역폭



_{주파수 대역과 채널 간에 할당 간격이 정해짐}

 TV 방송대역 FM

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통신의 개요

지상파 디지털 TV 방식



_{ATSC(advanced television system committee)}

 미국식으로 우리나라도 채택  아날로그 TV 와 6MHz 대역폭이 동일해 적용이 용이  하나의 반송파를 사용하는 8VSB 변조기술 적용  전송속도가 빠르고 대용량 전송으로 화질이 우수  이동 중이나 전파 방해가 많은 도심에서 수신율이 떨어 지고 난시청 지역이 더 많다



_{유럽의 DVB(digital video broadcasting) 방식}

 여러 개의 반송파를 사용하는 OFDM 기술을 적용  한 채널로 여러 데이터를 전송할 수 있어 효율적

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1-32

통신의 개요

전송속도와 비트율



_{데이터의 전송속도를 나타내는 전문적인 용어}

 데이터 전송률 (data transfer rate)

 = 전송률 (transfer rate)= 데이터율 (data rate)



_{데이터율은 『단위 시간당 전송되는 정보량』}

 모든 단위 시간과 모든 정보량의 단위를 포괄  비트율이 가장 대표적이며 , 동의어처럼 사용됨



_{비트율 (bit rate)}

 디지털 데이터의 전송속도를 나타내기에 가장 적합  초당 비트 수나 초당 바이트 수로 표현  본래 엄격한 정의는『단위 시간당 전송되는 비트 수』

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통신의 개요

전송속도와 비트율

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채널 용량



_{채널 용량 (channel capacity)}

 『주어진 채널에서 단위 시간당 전송할 수 있는 최대 정보 량』  전송 채널이 처리할 수 있는 이론적인 최대 용량 , 최대 전송능력 , 최대 전송속도



_{비트율과 채널 용량}

 비트율은 전송속도를 나타내는 단위  채널 용량은 해당 채널이 허용하는 최대 비트율

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통신의 개요

채널 용량



_{섀넌 (Shannon) 의 채널 용량 공식}

 채널의 대역폭을 B, 신호대잡음 전력비가 S/N 이면  주어진 전송 채널대역폭을 통해 이론적으로 전송할 수 있는 최대 전송속도  (ex) S/N 비가 63 일 때 , 최대 전송속도 54kbit/s 를 만 족하기 위해 필요한 대역폭은 ?

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1-36

통신의 개요

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통신의 개요

위상과 주파수



_{라디안 (radian) 의 정의}

 각도의 단위 : radian [rad], degree [°]  원 주위를 따라 반지름 r 만큼 진행한 각도

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위상과 주파수



_{사인 (sine) 파의 정의}

 위상 x 에 대한 신호의 크기 y 를  원운동에서⇒ 직선운동으로 표현

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통신의 개요

위상과 주파수



_{코사인 (cosine) 파의 정의}

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위상과 주파수



_{반복운동의 주기가 T 일 때}

 주파수 (frequency) 혹은 진동수 f  단위 시간 동안 일어나는 반복 운동의 횟수  각주파수 (angular frequency) 혹은 각진동수 ω  단위 시간 동안 진행하는 각도 ( 주기 T 동안 2π 진행 )  시간과 주파수 특성을 동시에 표현하면

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통신의 개요

신호의 표현



_{실제 신호는 여러 가지 주파수 성분이 섞여 있다}

 각기 다른 주파수를 갖는 무수한 신호들이 모여 구성  시간적으로 불규칙해 수식으로 표현하기 불가능



_{대표 신호 사인파와 코사인파}

 통신 신호의 해석에서 기본 신호의 형태로 사용  한 가지 주파수를 사용해 해석이 쉽고 수식이 간편

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아날로그와 디지털 정보



_{통신에서 사용되는 정보 (information)}

 보내고자 하는 데이터 , 음향 , 영상 신호  아날로그 (analog) 정보  연속적으로 변화하는 물리적인 양  디지털 (digital) 정보  한정된 이산 (discrete) 원소로 구성된 신호

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통신의 개요

아날로그와 디지털 정보

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아날로그와 디지털 정보



_{디지털 정보의 최대 장점은 생산성이 높다는 것}

 탁월한 보존성으로 정보가 훼손되지 않는다 .  편집과 재생산이 용이해 시간과 비용이 절감  방대한 자료를 쉽게 검색  여러 사람이 자료를 공유  필름 없는 카메라처럼 자원절약 효과



_{디지털 정보의 단점}

 악의적인 목적의 완벽한 복제와 정보 유출이 가능  정보의 보안성과 데이터 백업 (backup) 이 중요

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통신의 개요

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MATLAB 실습 방법



_{11 장 MATLAB 사용법을 먼저 공부하는 것이 좋다 .}

 MATLAB 기본 명령어  기호수학 도구상자  데이터 입출력 등을 익힐 수 있다



_{책에 실린 MATLAB 예제 실습 방법}

 ① 문서 편집기를 이용해 소스 프로그램을 작성  ② 파일명은 ○○○ .m 으로 저장한다 .  ③ 확장자 .m 을 제외한 파일명 ○○○↙치면 실행  ④ MATLAB 명령 창이나 그림 창에서 결과를 확인

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통신의 개요