5장: 신호

5.1 신호

전자기적인 신호

상대방에게 정보를 전송하기 위해 필요

응용 프로그램에서 사용 가능한 정보의 종류

문자, 음성, 그림 등의 형태

신호의 종류

아날로그 신호

연속적인 값

주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전송되는 연속적으로 변하는 전자기파

디지털 신호

이산적인 값

값이 싸고 잡음에 덜 민감, 감쇠현상에 더 많은 피해 받음

도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스

 

신호의 형태

주기적 신호

주기라고 불리는 패턴이 계속 반복되는 신호

 

비주기적 신호

주기적 신호와는 반대로 시간이 지나는 동안 동일하게 반복되는 사이클 이나 패턴 없이 불규칙하게 계속 변하는 신호

 

5.2 아날로그 신호

아날로그 신호의 특징

진폭 (Amplitude)

위상 (Phase)

주파수 (Frequency)

진폭 (Amplitude)

신호의 높이를 나타냄

임의의 점에서의 신호가 지니는 값

진폭의 단위는 신호의 종류에 따라 볼트, 암페어, 와트로 측정

위상 (Phase)

진동이나 파동과 같이 주기적으로 반복 되는 현상에 대해 어떤 시각 또는 어떤 지점에서의 변화의 상태

시각 0시에 대한 파형의 상대적인 위치

주기와 주파수 (Frequency) - 주기

신호가 한 사이클을 이루는 데 걸린 시간을 의미

주기 T = 1/f

주기의 단위는 초

주기와 주파수 (Frequency) - 주파수

초당 생성되는 사이클의 수를 의미

시간에 대한 변화율로서 초당 반복되는 패턴의 횟수

주파수 f = 1/T

주파수의 단위는 Hertz(Hz)

 

아날로그 신호의 종류

단순 아날로그 신호

반복적인 정현파

복합 아날로그 신호

여러 개의 정현파가 합쳐진 복합적인 신호

푸리에 분석(Fourie Analysis)을 이용하여 분해 가능

 

주파수 스펙트럼

신호를 구성하는 모든 정현파 신호의 조합

 

대역폭

통신 선로 상에서 운반되는 전송 주파수의 범위

채널의 용량(비트율)과 직접적인 관계

최고 주파수에서 최저 주파수를 뺀 것

 

음성대역의 주파수 스펙트럼

차단 주파수(cutoff frequency)의 상단과 하단의 신호 세기는 너무 낮아 쓸모가 없는 부분

높은 주파수 영역에서 넓은 대역폭이 얻어지므로 전송 용량이 큰 통신 시스템은 모두 높은 주파수를 사용

 

무선통신영역

영역 : VLF, LF, MF, HF, VHF, UHF, SHF, EHF

전파종류	주파수영역	특징
VLF	3KHz~30KHz	- 전송 중 많은 감쇠가 일어나지는 않음 - 대기잡음(전기와 열)에 민감
LF	30KHz~300KHz	- 장애물에 의한 전파의 흡수로 낮에 감쇠현상 이 더 큼
MF	300KHz~3MHz	- 낮에 신호의 흡수가 증가하기 때문에 흡수 문제 방지 - 전송 제어를 편하게 하기 위해 가시선 안테나에 의지
HF	3MHz~30MHz	-밀도차 때문에 신호를 지상으로 반사하게 되는 전리층으로 이동
VHF	30MHz~300MHz	- 안테나에서 안테나로 직선상으로 직접전송 - 안테나는 지구곡률에 영향 받지 않을 정도로 충분히 높거나 서로 가까워야 함
UHF	300MHz~3GHz	- 항상 가시거리 전파를 사용하여 통신
SHF	3GHz~30GHz	- 초고주파의 대부분은 가시거리 전파를 이용하고 일부는 우주공간 전파 이용
EHF	30GHz~300GHz	- 주로 과학용으로 사용

전파방식 : 지표면, 대류권, 전리층, 가시선, 우주공간

전파방식	전파종류	특징
지표면 전파	VLF	- 가장 낮은 주파수들이 사용하는 방식으로 지표의 굴곡을 따라 퍼짐 - 전파거리는 신호의 전력량에 비례
	LF
대류권 전파	MF	- 안테나끼리 직접전파되거나, 지구표면으로 반사되어 오게끔 대류권 상층을 향해 전송
전리층 전파	HF	- 대류권과 전리층의 밀도차를 이용하여 낮은 출력으로 원거리 전파와 무선파의 속도를 높이는 방식
가시거리 전파	VHF	- 무선전송이 완벽하게 한점으로 모아지지 않기 때문에 까다로운 방식 - 지표면이나 대기에 반사된 반사파는 직접 전송된 것보다 수 신 안테나에 늦게 도착해서 수신된 신호 망침
	UHF
우주공간 전파	SHF	- 대기의 굴절을 이용하지 않고 위성에 의한 중계이용
	EHF

 

5.3 디지털 신호

디지털 신호

도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스

디지털 신호의 특징

진폭, 위상, 주기

비트간격 : 하나의 단일 비트를 전송 하는데 드는 시간

비트율 : 1초 동안 전송된 비트의 수

 

디지털 신호의 분해

무한개의 단순 정현파로 분해되는 특성

조파(harmonic) : 디지털 신호에서 분해 된 정현파

디지털 신호는 항상 잡음에 의해 왜곡

전 영역에 걸친 모든 주파수 구성 요 들을 온전하게 전송할 수 있는 전송 매체가 없기 때문

 

주요 스펙트럼

무한 스펙트럼 중에서 어느 정도의 왜곡까지는 재생할 수 있는 부분

 

채널 용량

정보가 에러 없이 그 채널을 통해 보낼 수 있는 최대율

채널의 대역폭에 비례

샤논의 법칙

채널용량  \(C=Wlog_{2}(1+S/N)\)

 

데시벨(Decibel)

통신에서의 신호의 세기를 나타내는 단위

두 신호의 세기 비를 대수적으로 나타내는 상대적인 단위

데시벨 = \(10log_{10}(P_{1}/P_{2}))\) (P1, P2 : 신호전력)

전송 과정에서 이득과 감쇠를 나타내는데 매우 유효

 

 

 

연습문제: https://godxxy1229.tistory.com/53