신호
신호는 상대방에게 정보를 전송하기 위해 필요하며 정보의 전송은 실제로는 신호의 전송 과정을 나타낸다. 신호란 정보의 전송과 관련된 개념으로, 전자기 신호는 전압이나 전류에 대한 파형으로 나타난다.
아날로그 신호
주어진 구간에서 시간의 연속적인 값의 형태를 지니며 주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전송되는 연속적으로 변하는 전자기파이다.
디지털 신호
주어진 구간에서 이산적인 값, 시간의 불연속적인 값의 형태를 지니며 값이 싸고 잡음에 덜 민감하고 감쇠현상에 더 많은 피해 받는다. 도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스이다.
신호의 종류
신호의 의미
- 상대방에게 정보를 전송하기 위해 필요
- 정보의 전송은 실제로는 신호의 전송 과정
- 신호란 정보의 전송과 관련된 개념으로, 전자기 신호는 전압이나 전류에 대한 파형으로 나타남
- 신호는 에너지 신호와 전력 신호, 랜덤 신호와 결정 신호, 주기신호와 비주기 신호 등으로 구분
- 응용 프로그램에서 사용 가능한 정보의 종류
- 문자, 음성, 그림 등의 형태
신호의 종류
- 일반적으로 아날로그와 디지털은 각각 연속적과 이산적이라는 말에 대응되며 디지털 신호는 데이터 통신에 자주 사용됨
- 아날로그 신호
- 주어진 구간에서 시간의 연속적인 값
- 주파수에 따라 다양한 매체를 통해 전송되는 연속적으로 변하는 전자기파
- 디지털 신호
- 이산적인 값, 시간의 불연속적인 값
- 도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스
- 임의의 양(+)의 전압은 이진수 1을 표현하고 일정한 음(-)의 전압은 이진수 0을 표시 함
- 전송효율이 높고 값이 싸고 잡음에 덜 민감함
- 감쇠현상에 더 많은 피해를 입을 수 있음
신호의 형태
- 모든 신호는 형태에 따라 주기적 또는 비주기적 신호로 나누어짐
- 주기적 신호
- 주기라고 불리는 패턴이 계속 반복되는 신호
- 0에서부터 신호가 서서히 플러스 전압으로 증가하였다가 반대로 0으로 감소한 후 마이너스 값까지 줄었다가 다시 0으로 돌아감
- 비주기적 신호
- 주기적 신호와는 반대로 시간이 지나는 동안 동일하게 반복되는 사이클이나 패턴 없이 불규칙하게 계속 변하는 신호
아날로그 신호
의미
- 주파수에 따라 여러 가지의 전송매체를 통해서 전송되는 연속적인 전자기파
- 자연계에 포함되어 있는 연속된 파형
아날로그 신호의 구성요소
- 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
- 임의의 시간에서 반송파 사이클의 상대적인 위치로, 단위는 °(도), 라디언
- 주파수(Frequency)
- 주기
- 신호가 한 사이클을 이루는 데 걸린 시간을 의미
- 주기 T = 1/f
- 주기의 단위는 초
- 주파수
- 초당 생성되는 사이클의 수를 의미
- 시간에 대한 변화율로서 초당 반복되는 패턴의 횟수
- 주파수 f = 1/T
- 주파수의 단위는 Hertz(Hz)
- 정현파
- 주기적인 아날로그 신호의 가장 기본적인 형태
- 사인파(Sine Wave) 라고도 함
- 교류전류와 교류전압을 표현하는 일반적인 형태
- 회전하는 전기기기나 일반적으로 신호 발생기로 알려진 전자발진 회로를 이용해 만들어 짐
- 비정현파
- 계단파, 직선파, 삼각파
- 대표적인 비정현파는 컴퓨터 내부 클럭의 파형임
아날로그 신호의 종류
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단순 아날로그 신호
- 반복적인 정현파
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복합 아날로그 신호
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여러 개의 정현파가 합쳐진 복합적인 신호
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복합적인 주기 신호가 아무리 복잡해도 푸리에 분석(Fourie Analysis)을 이용하여 분해 가능
- 상이한 진폭, 주파수, 위상을 갖는 정현파들의 집합으로 분해함
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푸리에 급수(Fourier Series)와 신호 분석
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시간 함수를 주파수 함수로 변환할 때 푸리에 변환 사용
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비주기 함수도 푸리에 변환을 사용하며, 주기 신호는 모두 정현파로 분해 가능
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19세기 프랑스의 수학자 푸리에(Jean-Baptiste Fourier)는 기본 주기가 T인 임의의 주기 함수 g(t)를 유한 개 또는 무한 개의 사인 함수와 코사인 함수의 합으로 표시할 수 있음을 증명함
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시간에서 주기 파형이 있는 신호를 푸리에 변환을 이용해 푸리에 급수에 따른 기본파와 고주파의 합으로 구성한 후 원래의 신호를 알아내 데이터 통신의 신호를 분석하고 응용할 수 있게 한 이론
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디지털 신호
의미
- 초창기에는 아날로그 신호를 이용 → 지금 대부분은 디지털 신호 사용
- 도파 매체를 통해 전송되는 일련의 전압 펄스
- 장점
- 아날로그 신호보다 값이 싸고 잡음에 덜 민감
- 단점
- 감쇠현상으로 인해 신호의 의미가 왜곡되어서 더 많은 피해를 입을 수 있음
- 유선매체에서만 전송이 가능
- 디지털 신호는 이산신호로 물리량을 유한한 숫자로 표현 하는 것
- 아날로그 신호를 디지털화하려면 신호뿐만 아니라 시간도 디지털화해야 함
- Hz라는 단위는 디지털 주파수에서 사용할 때와 아날로그 주파수에서 사용할 때 다른 의미이므로 구별해 사용
- 전화선을 사용할 때는 주파수가 3,200Hz인 아날로그 신호는 있지만 디지털 신호는 없음
- 주파수가 3,200Hz인 디지털 신호는 1을 뜻하는 5V와 0을 뜻하는 0V가 1초 동안에 3,200번 반복하는 펄스를 나타냄
디지털 신호의 종류
- 단극형(Unipolar) : 한 개의 전압 준위 값만 이용
- 극형(Polar) : 양과 음의 두 가지 전압 준위를 사용
- NRZ
- RZ
- Biphase
- 양극형(Bipolar) : 0과 양과 음의 세가지 전압 준위를 사용
- Bipolar AMI
- B8ZS
- HDB3
디지털 신호의 특징
- 진폭, 위상, 주기
- 대부분 비주기적이기 때문에 주기나 주파수를 사용할 수 없음
- 신호가 한 사이클을 이루는데 걸리는 시간을 나타내는 주기 대신 하나의 비트를 전송하는데 드는 시간을 의미하는 비트간격을 사용
- 비트간격 : 하나의 단일 비트를 전송하는데 드는 시간
- 비트율 : 1초 동안 전송된 비트의 수 채널 용량 → bps(bit per second)
디지털 신호의 분해
- 조파(Harmonic)
- 디지털 신호를 아날로그 신호처럼 단순 분해된 정현파
- 조파 신호 요소들이 무한하게 결합되어 디지털 신호와 같은 모양을 갖게 됨
- ex) 디지털 신호는 항상 잡음에 의해 왜곡
- 전 영역에 걸친 모든 주파수 구성 요소들을 온전하게 전송할 수 있는 전송매체가 없기 때문
- 디지털 신호는 항상 잡음에 의해 왜곡 됨
- 왜곡되는 디지털 신호를 어떻게 사용할 수 있을까?
- 무한 스펙트럼
- 전 영역에 걸친 모든 주파수 구성 요소들을 온전하게 전송할 수 있는 전송매체가 없기 때문
- 주요 스펙트럼
- 무한 스펙트럼 중에서 어느 정도의 왜곡까지는 재생할 수 있는 부분
- 디지털 신호의 주파수 스펙트럼이 서로 다른 진폭을 갖는 무한개의 주파수를 포함하고 있지만 중요한 진폭을 갖는 구성 요소들을 전송 함
- 즉, 신호가 잡음에 의해 사소하게 왜곡되더라도 수신측에서는 완벽하게 신호를 재생 할 수 있음
손상형태
- 감쇄(Attenuation)
- 데이터가 전송 도중 흡수되거나 열에 의해서 변화가 되기 때문에 발생하는 전자파의 에너지 손실
- 최대 이용할 수 있는 거리는 전파가 전력을 감소하는 비율과 수신 측이 전자기파를 감지할 수 있는 전력량에 의존
- 아날로그는 증폭기, 디지털은 리피터
- 왜곡(Distortion)
- 링크상에서의 전파현상은 서로 다른 주파수에 따라 서로 다르게 감쇄되고 지연되어,수신 신호가 전송 신호와 다르게 되는 현상
- 등화기(Equalizer) : 서로 다른 주파수에서 서로 다른 왜곡을 보상해주는 장치
- 잡음(Noise)
- 도전체에서 전자의 열운동(Thermal Sgitation)으로 인한 광자수의 불확실함으로 발생
불가능, 그것은 사실이 아니라 하나의 의견일 뿐이다. - 무하마드 알리