Chapter 4

디지털 전송(Digital Transmission)

1

제 4 장 디지털 전송

4.1 디지털 – 대 – 디지털 변환

4.2 아날로그 – 대 – 디지털 변환

4.3 전송방식

2

4.1 디지털-대-디지털 변환

Line Coding

Line Coding Schemes

Block Coding

Topics discussed in this section:

3

회선 부호화

디지털 데이터를 디지털 신호로 바꾸는 작업

■ 회선 부호화(line coding)와복호화(Decoding)

4

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

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

6

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

회선 부호화 (계속)

동기화 결핍 효과

8

디지털전송에서, 수신자시계가송신자시계보다 0.1% 빠르다고한다. 데이터전송율이 1 kbps라면매초얼마만큼의추가비트를받게되는가? 만약데이터전송율이 1 Mbps라면?

Solution

1 kbps에서,수신자는 1000bps대신에 1001bps를받는다.

Example

1 Mbps에서, 수신자는 1,000,000 bps 대신에 1,001,000 bps 를받는다.

9

회선 부호화 방식

■ 단극형(Unipolar)

■ 극형(Polar)

■ 양극형(Bipolar)

10

단극형(Unipolar)

▶양 전압 : 비트 1, 0 전압 : 비트 0

11

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

12

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

13

NRZ(non-return-to-zero) (계속)

14

RZ(return to zero)

15

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)

16

맨체스터와차분맨체스터방식

17

Manchester 와 differential Manchester

부호화에서, 비트중간에서반전은동기화를위해사용된다.

Manchester 와 differential Manchester의대역폭은 NRZ의두배이다.

18

양극형(Bipolar)

양극형부호화에서세가지준위를사용하는데, 이는 positive, zero, 그리고

negative이다.

19

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

B8ZS

B8ZS■ 양극 8영 대치(Bipolar with 8 zero substitution)

■ 8개의 연속된 0을 000VB0VB 신호로 대치

21

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

22

다준위 방식(Multilevel Schemes)

▶ N개의 신호 요소 패턴을 사용하여 m개의 데이터 요소 패턴을 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)

23

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

24

다준위 방식(Multilevel Schemes) (계속)

11 00

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

25

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

26

다중회선 전송 : MLT-3

■ Multiline transmission three level

■ 3개의 준위( +1, 0, -1) 사용

■ 100M bps 전송에 적합한 방식

다준위 방식(Multilevel Schemes) (계속)

27

블록 부호화(Block Coding)

m 비트를 n 비트 블록으로 바꾼다

n 은 m 보다 크다

mB/nB 부호화

블록부호화는보통 mB/nB 부호화라불리며,

각 m-bit 그룹을 n-bit 그룹으로바꾼다.

28

블록 부호화 (계속)

▶동기화를 확보하기 위해서 여분의 비트가 필요

▶오류 탐지를 위해서도 다른 여분의 비트를 포함해야 함

29

블록 부호화 (계속)

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

■ NRZ-I 방식과 혼합하여 사용

■ 4비트 데이터를 5비트 코드로 바꾼다

30

블록 부호화 (계속)

4B/5B Mapping Code

31

블록 부호화 (계속)

4B/5B(4Binary / 5Binary) 블록 코딩 예

32

블록 부호화 (계속)

8B/10B

■ 5B/6B와 3B/4B를 합한 것

33

4.2 아날로그-대 디지털 변환

34

■펄스 코드 변조 (PCM : Pulse Code Modulation) 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸기 위해 널리 사용되는 기법

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

Example

전화 회사는 음성을 최대 4000 Hz 주파수를 갖는 것으로가정하고디지털화한다. 그러므로채집율은초당 8000번이다.

36

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

저-대역통과신호가 200 kHz의대역폭을갖는다. 이신호의최소채집율은얼마인가?

Solution

저-대역통과신호의대역폭은 0과 f사이

여기서 f는신호에있는최대주파수

가장높은주파수(200 kHz)의두배로채집

채집율은초당 400,000번이된다.

Example

37

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

채집된 신호의 양자화와 부호화

39

사람의목소리를디지털화하고자한다. 채집당 8 비트를가정하면비트율은얼마인가?

Solution사람의목소리는보통 0에서 4000 Hz사이의주파수를갖는다 .

Example

40

4.3 전송 방식(TRANSMISSION MODE)

41

Synchronous

병렬 전송

42

병렬 전송 (계속)

한번에 n 개의 그룹의 비트를 전송하는 것

n 비트를 전송하기 위해 n 개의 전선을 사용

장점직렬 전송에 비해 n 배만큼 전송속도가 증가

단점가격이 비싸다

가격으로 인해 짧은 거리로 제한

43

직렬 전송

44

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

45

비동기식 전송

46

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

47

동기식 전송

11110111

Frame

11110011

Direction of flow

FrameFrame

11111011 11110110 11110111• • •

48

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

49