[데이터 통신 4-1강] Baseband transmission & Transmission impairment

• 디지털 신호는 급격하게 변하는 상황이 생기기 때문에 주파수가 무한대가 되기도 합니다.

  ❓

  그렇다면, A 지점에서 B 지점으로 디지털 신호를 어떻게 보낼 수 있나요? (두가지 방법이 있습니다.)

  1. baseband transmission

  2. broadband transmission (modulation→ 변조)

1. Baseband transmission

👨🏻‍💻

채널을 통해서 아날로그 신호로 바꾸지 않고 디지털 신호로 보내는 방법입니다.

• Low-pass channel(저주파 채널) : 신호가 지나가는 경로 → 채널
  • 이 채널은 대역폭(bandwidth)이 0부터 시작합니다.

    

  • 실제로 무한대의 대역폭을 가지는 채널을 가지는 것을 불가능합니다.
  • 다음과 같이 주파수가 0인 대역대에서 변형이 발생합니다.

    

• 높은 대역을 지원할 수록 더 디지털에 가깝게 표현할 수 있습니다.

• Baseband transmission에서 변조 사용하기.

Bandpass channel

• 변조를 사용하면 0으로 시작하지 않는 채널이 나올 수 있다.

  

• bandpass channel 을 사용하면 전송 전 디지털 신호를 아날로그 신호로 바꾸고 그것을 보낸 후, 다시 디지털 신호로 복호화 하는 과정을 거칩니다.

  

Transmission impairment (전송 장애)

1. Attenuation(감쇠) → 무선(가려짐), 유선(열 발생)

2. distortion → 무선 (반사, multi phage) 유선(여러개의 선 → multi path)

3. noise → 수신측 열 발생 (전자가 떨림)

1. Attenuation(감쇠)

• 감쇠란 에너지를 잃는 것
  • 저항을 극복하는 과정에서 에너지의 일부를 잃습니다.
  • 전기 에너지 중 일부는 열로 변환됩니다.

• 그래서 필요한 것이 증폭기 (Amplifier) → 다만, 노이즈도 증폭된다는 단점.

Decibel

요 두 링크가 노다지다.

• http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/whydb.htm

• http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/dbdbm.htm

데시벨(dB)서로 다른 두 지점에서 두 신호 또는 하나의 신호의 상대적 강도를 측정합니다.

• 신호가 감쇠되면 데시벨은 음수이고 신호가 증폭되면 양수입니다.

  

• (P 는 power)

• 전압을 기준으로 나오는 식

  

  (이유 전압의 제곱이 power이기 때문에)

💡

DB란 : 어떤 수치값 X에 대해 10 * log x 한 값을 의미한다.

• 10 * log 10 = 10 dB

• 10 * log 100 = 20 dB

• 10 * log 1000 = 30 dB

• 10 * log 10000 = 40 dB

예시 1

• 파워가 0.5 감쇄 했다면

  

이것은 3dB를 잃었습니다. ⇒ 3dB가 2배라는 사실을 외우자.

0dB는 값이 같다는 것을 기억하자.

예시 2

• 증폭기를 통해서 power가 10배 증가한다면 몇 dB인가?

  

• 정답 : 10dB 입니다.

• 외우자 10배 파워가 증가하면 10 dB입니다.

예시 3

• 엔지니어들이 데시벨을 사용하는 이유는 신호강도 변화를 측정할 때 더하거나 빼기로 쉽게 계산 할 수 있기 때문입니다.

  

예시 4 (중요)

💡

dBm = 10 log10 Pm

• 때때로 데시벨은 밀리와트 단위의 신호 전력을 측정하는 데 사용됩니다.

• 이 경우 dBm이라고 하며 dBm = 10 log10 Pm으로 계산되며, 여기서 Pm은 밀리와트 단위의 전력입니다.

• dBm = 10 log10 (Pm) dBm = -30이다.
  • mw단위의 전력을 dB 스케일로 나타낸 단위
  • 0.001w → 1mw를 dB스케일 → 10 * log10(0.001) ⇒ -30 dBm

💡

정답 : dBm = 10 log 10 Pm = -30 , log 10 Pm = -3 Pm = 10^-3 mW

기지국전송 전력: 46dBm → 40W

💡

암기하기

• 1mw = 0dBm

• 10mw = 10dBm

• 100mw = 20dBm

• 1000mw = 1w = 30dBm =0dB(W)

• W + 30 dB = dBm

예시 1

• 43 dbm 은 몇 와트인가?
  • 30 dBm + 13 dB = 30dBm + (10+3)dB = 30 dBm + (10+3) dB ⇒ 1*10*2 W ⇒ 20W

• 46dBm은 몇 와트인가?
  • 30 dBm + 16DB ⇒ 1W (10+3+3)dB ⇒ 40 W

• 23 dBm 은 몇 와트인가?
  • 10mw + 13dB ⇒ 10mw (10+3)dB ⇒ 200mW

예시 2

케이블의 손실은 일반적으로 킬로미터당 데시벨(dB/km)로 정의됩니다. 케이블 시작 지점의 신호가 -0.3 dB/km이고 전력이 2mW인 경우 5km 지점에서 신호의 전력은 얼마인가요?

• 풀이

  

2. Distortion (왜곡)

💡

distortion은 신호의 형태나 모양이 바뀌는 것을 의미합니다.

• 발생 원인
  • 유선 : 주파수별로 속도가 다르기 때문에 발생
  • 무선 : 주파수 별 속도 + 반사

• 각 signal components들은 서로 다른 frequency에 따라서 최종 목적지에 도작하는데 delay가 발생합니다.
  • delay차이로 phase차이가 날 수 있습니다.

• 각 신호는 매질에 따라서 신호가 다릅니다.

  

3. noise

💡

수신기가 제 3의 신호를 받는 것

• 열(thermal)소음, 유도소음(induced noise), crosstalk(interference) -간섭, impulse noise 로 신호가 손상 될 수 있습니다.
  • thermal noise(열소음) 은 랜덤한 전자의 움직임이어서 송신기에서 전송하지 않은 추가 신호를 생성합니다.
  • 유도소음(induced noise)은 모터와 같은 것에서 발생합니다.
  • crosstalk(또는 간섭)은 한 와이어가 다른 와이어에 미치는 영향입니다.

⭐️Signal to Nosie Ratio(SNR)⭐️

SNR = 신호의 power / 노이즈의 power

• 종종 SNR은 dB 단위로 표현되기도 합니다.
  • SNRdB = 10 log 10(SNR)

    

  • 0dB보다 크면 통신 가능
  • 0dB보다 작으면 통신 불가

• 높은 SNR, 낮은 SNR

  

예제1

신호의 전력은 10mW이고 노이즈의 전력은 1μW인데, SNR과 SNRdB의 값은 어떻게 되나요?

💡

SNR = 10*10^-3 / 1* 10^-6 10^4 = SNR ⇒ 10,000 SNRdB = 10log 10,000 = 40 dB

예제2

노이즈가 없는 채널의 SNR과 SNRdB는 몇인가?

💡

SNR = signal/noise = signal/0= infinity SNRdB ⇒ 10log inf ⇒ infinity

• 노이즈는 0이 될 수 없다! (우주배경복사, 열노이즈)

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