'[정보통신]/통신 이론'에 해당되는 글 6건
- 2009.10.10 OSI의 계층 구조와 각각의 기능
- 2009.09.26 회선교환, 메시지교환, 패킷교환
- 2009.09.26 PSK와 QAM에 대한 설명
개발하기 위한 공통적인 기법을 제시하여, 현존하는 여러 프로토콜들이 OSI 구조 내에서 운용하도록
하기 위한 것이다.
컴퓨터 네트워크의 논리구조를 규정하는 것으로 모뎀화 구성요소는 개방형 시스템, 물리매체,
응용프로세서이며 7계층 구조를 가진다.
각 계층에 대한 기능은 다음과 같다.
[Application Layer]
사용자와 인터페이스를 갖는 계층이다. http, FTP 등.
사용자가 'DATA'를 보내면 PCI라는 곳에다 사용된/될 응용프로그램의 종류를 표시한다.
아래에서 주황색 부분이 PCI부분이다.
[Presentation Layer]
Application의 다양한 표현형식을 공통의 표현형식으로 변환한다.
압축, 암호화, 코드 변환등을 수행한다.
압축으로 사용된 방식등의 PCI를 덧붙인다.
[Session Layer]
동기제공, 전송방식(전이중,반이중 등) 결정한다.
Presentation 계층에서 받은 데이터에 동기 bit들을 삽입하고 어디 어디에 삽입하였는지 표시한다.
[Transport Layer]
Session 계층에서 받은 데이터를 일정한 크기로 분할하며 이 때 분할된 크기의 단위를 세그먼트라고
한다.
세그먼트에 번호를 붙여서 순서를 정한다.
TCP, UDP 등이 이 계층에 속한다.
[Network Layer]
세그먼트 단위로 받아서 최종 받는곳의 주소를 덧붙인다.
이를 경로 설정이라 하며 주소가 붙은 단위를 packet이라 한다.
[Data Link Layer]
바로 다음단인 인접장치의 주소(MAC)을 붙인다. 일반적으로 랜카드(NIC)에 해당하는 계층이며 MAC을 붙인 이 계층에서의 단위를 frame이라고 한다.
맨 앞에 인접장치까지의 주소가, 맨 뒤엔 에러제어코드등이 붙는다.
[Physical Layer]
데이터의 최소단위인 bit를 전송매체를 이용하여 전송한다.
디지털 신호이므로 기저대역 전송이며 대역폭을 줄이기 위하여 모뎀을 통한 반송대역 전송을 하게된다.
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일반적으로 물리적인 전송 선로를 통하여 정보를 전송할 수 있는 유선 통신은 '전용 회선'을 이용하는
방식과 '교환 회선'을 이용하는 방식으로 나눌 수 있다.
전용 회선을 이용하는 방식은 송신측과 수신측간의 데이터 전송이 아주 빈번한 경우에 많이 사용된다.
경제적 비용이 큰 반면에 데이터의 전송속도가 빠르다.
교환 회선을 이용하는 방식은 여러 사람들이 공통적으로 사용할 경우에 이용된다.
저렴한 비용이지만 데이터의 전송속도는 느리다.
교환 회선에 사용되는 방식엔 회선교환방식, 메시지교환방식, 패킷교환방식이 있다.
[회선 교환 방식]
- 통신을 행하는 두 스테이션간에 통신을 할 수 있는 경로가 미리 설정되어야 한다.
- 회선설정->데이터 전송-> 회선 해제의 순서를 갖는다.
- 전송지연이 거의 없으므로 고속이다.
- 고정된 대역폭을 사용한다.
- 수신측이 준비되어 있지 않으면 전송이 불가능하여 부재중 통신방식은 불가능하다.
- 교환기는 경로설정외의 기능이 없으므로 코드변환, 속도변환, 프로토콜변환이 불가능하여
부가서비스가 불가능하다.
[메시지 교환 방식]
- 통신을 원하는 두 스테이션간에 경로가 미리 설정되지 않는 방식.
- 한 스테이션에서 전송되는 메시지에는 목적지 주소를 부가하여 전송되며 중계 노드에서는 모든
메시지를 받아 버퍼 속에 저장하였다가 다음 노드로 전송한다.
- 메시지의 길이는 일정하지 않다.
- 저렴한 비용으로 네트워크 구성이 가능하다.
- 호출자와 피호출자가 동시에 운영상태에 있지 않아도 된다.
- 코드변환, 속도변환, 우선 순위 지정이 가능여 부가서비스가 가능하다.
- 하나의 통신 회선에 여러 메시지 공유가 가능하여 선로의 이용 효율이 높다.
- 교환기에서 축적후 전송하므로 지연시간이 길다.
- TCP/IP
[패킷 교환 방식]
- 전송할 메시지를 패킷이라 부르는 일정한 길이의 패킷으로 만들어 패킷 교환기에 전송하면 패킷
교환기는 패킷에 있는 목적지 주소를 보고 경로를 선택한다.
- 각 교환기들은 다음 교환기가 정확히 수신할 때까지 기억장치에 일시 저장하는 방식이다.
(비연결형 통신)
- 인터넷상의 대부분의 트래픽이 패킷교환 방식이다.
- 일정한 크기의 패킷단위로 전송되므로 메시지교환 방식에 비해 속도가 빠르다.
- 코드변환, 속도변환, 프로토콜 변환이 가능하다.
- ATM
- 가상회선 방식과 데이터그램 방식이 있다.
▪ 가상회선 방식
두 지점 사이에 논리적인 회선(Virtual Circuit)을 미리 설정하는 방식.
가상회선이 설정된 뒤에는 패킷에 송수신지의 주소를 넣지 않으므로 고속이다.
전송 순서대로 수신측에 쌓이므로 순서정렬이 필요 없다.
많은양의 데이터, 장거리 전송에 적합하다.
▪ 데이터그램 방식
매 패킷마다 주소를 넣어 패킷을 구성한다.
매 패킷마다 망의 상태에 따라 전송되는 경로가 다르므로 수신지에서 패킷들은 재정렬되어야 한다.
적은 양의 데이터를 짧은 시간에 보낼 때, 근거리통신에 적합하다.
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그 중 PSK는 디지털 신호에 따라 반송파의 위상을 변화시키는 변조방식으로 한 번에 변조시킬 수 있는
비트 수에 따라 2진, 4진, 8진, M진(M=2n) PSK가 있다.
PSK는 일정한 진폭을 가지므로 전송로에 의한 레벨변동에 강하고 심벌 에러도 우수하다.
PSK의 종류와 각 특성을 알아본다.
[BPSK]
Binary Phase Shift Keying, PSK의 일종으로 디지털 신호의 0, 1에 따라 2종류의 위상을 갖는 변조
방식이다.
BPSK의 일반식은 디지털 신호가 1일 때 S(t)=Acoswt 라고 하면, 신호가 0일 땐 S(t)=Acos(wt + π)
이다.
서로 다른 신호간 위상이 180도 차이가 나는것이다.
만일 1010이 입력된다고 하고 1이 sin파라고 하면 다음과 같은 출력으로 변조되어 전송된다.
PSK는 w라는 반송파 주파수를 가지고 있으므로 수신시에도 w라는 주파수를 사용하는 동기검파 방식만
가능하다.
[QPSK]
QPSK의 블록 다이어그램을 보면 다음과 같다.
BPSK는 한 번에 한 bit씩 처리하지만 QPSK는 2개의 bit가 들어오면 직병렬 변환기에서 직렬 2bit를
병렬로 1개 bit씩 나뉘어 처리하게 된다. 그만큼 속도가 빨라지게 되는 것이다.
입력되는 파형은 I채널과 Q채널로 분리되어 1이 들어오면 I채널이면서 +진폭으로, 0이 들어오면
Q채널이면서 -진폭의 값으로 변환된다.
여기서 I채널은 Acoswt이고 Q채널은 Asinwt 이면 I채널은 +Acoswt이고 Q채널은 -Asinwt 이 된다.
최종 출력에 대한 일반식은 I채널에서 Q채널을 뺀 것으로 S(t)=A{dI(t)coswt - dQ(t)sinwt} 이다.
이 일반식에서 진폭은 일정한 값을 갖는다.
상기의 값에 A배 한 진폭이 되는 것이다.
위상은
만일 1100 1001이 들어온다고 할 때 이를 위상으로 표현하면 아래와 같다.
QPSK는 위상이 틀어지면 데이터가 깨지기 때문에 전송로가 좋은곳에서 사용되며 근래에 사용되는
대표적인곳은 CDMA의 기지국에서 단말기까지의 통신에 사용되고있다.
[OQPSK]
BPSK가 널리 사용되지 않는 이유는 180도의 위상차가 발생하는 부분이 있기 때문인데 180도 위상변화는
많은 대역폭이 소요되므로 그렇다.
QPSK도 마찬가지로 불연속 구간과 180도 위상차가 발생하는 부분이 있어서 전력이 풍부한
기지국에서는 사용될 수 있으나 PCS단말기기에선 사용할 수 없다. 그래서 90도 위상차만 발생하도록
Q채널을 T/2씩 delay를 하여 전송하는 방식이 OQPSK이다.
11001001로 입력된 신호를 I, Q채널로 나누면 아래와 같고
채널들을 아래와 같이 한 뒤
Q채널을 T/2 만큼 delay 시키면 아래와 같다.
이렇게 하면 180도 위상차가 발생하는 구간이 없어져서 전력손실을 많이 줄일 수 있다.
여기서 불연속 구간을 조금 완만하게 하기 위하여 T/2 지연회로 전단에 sine filter를 추가하여 불연속
구간을 약간 곡선처리 할 수 있는데 이런 변조방식을 sine filtered OQPSK 혹은 MSK라고 한다.
(FSK계열의 MSK와는 다르다.)
[QAM]
Quadrature Amplitude Modulation은 M진 PSK의 직교성 변조원리를 진폭변조까지 일반화시킨 것으로
볼 수 있다.
블록도는 다음과 같다.
PSK와 매우 유사한 구조를 보이고 있다.
여기서 왼쪽에서 첫번째와 세번째의 bit는 극성을 나타내며 두번째와 네번째의 bit는 진폭을 나타낸다.
첫번째와 세번째의 bit가 1이면 (+), 0이면 (-)를, 두번째와 네번째 bit가 1이면 0.821V, 0이면 0.22V가
된다.
I channel과 Q channel에 각 각 4가지 경우의 수가 있으며 결과는 16가지의 경우의 수가 발생한다.
이를 16QAM이라 한다.
일반식은 S(t)=UI(t)coswt - UQ(t)sinwt 이고 진폭과 위상은
진폭은 0.311, 0.850, 1.161로 세가지 경우가 나오며 PSK와 비슷한 16QAM의
QAM은 속도가 빠르나 오류 발생의 경우도 있어서 전송로가 좋은 위성이나 방송등에 사용되고 있다.
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