물리층 (2) - 아날로그 신호

1. 파동의 요소

[그림] 파동의 요소

• 위상 (Phase) : 어떠한 시간 x에 대응되는 파동의 각도 (radius)
• 진폭 (Amplitude) : 파동의 높이, 최대 위상지점 (m)
• 주기 (Period) : 주파수의 역수로, 매질의 1점이 1회 진동하는데 걸린 시간 (s)
• 파장 (Wavelength) : 1주기동안 파동이 진동한 거리 (m)
• 주파수 (Frequency) : 주기의 역수로, 1초당 진동한 횟수 (hz)

2. 파동의 속도

• 속도 v = s / t이다. 파동에서 거리는 파장, 시간은 주기이다.
• 때문에 속도 = 파장 / 주기 = 파장 * 주파수이다. (v = lambda * f)
• 이러한 관계로 인해 파장은 주파수의 다른 이름으로 쓰일 수 있다
• 주파수는 요즘날 Ghz단위로 매우 높기 때문에, 파장을 가지고 이야기 할 수 있다.
• 무선신호, 빛의 속도 : 300,000 km/s,
• 구리선, 광섬유 속도 : 200,000 km/s (저항으로 인해 느려진다)

 

3. Time Domain & Frequency Domain

[그림] 푸리에 변환

• 기존에 시간영역으로 분석하던 신호를 푸리에 변환하면 주파수 영역으로 분석 할 수 있고,
• 이로써 기존에 보지 못하던 특징들을 분석할 수 있게 되었음.
• 기존 시간영역 신호는 시간에 따른 위상을 나타냈다면, 주파수 영역은 주파수에 따른 위상을 나타냄
• 이를 통해 주파수를 중첩해서 쓰고, 암호화를 하는 등 기존에 불가능하던 많은 응용이 가능해짐

 

4. 복합 신호

[그림] 주파수 영역과 시간 영역의 변환

• 위처럼 여러 신호가 복합되어 섞인 신호를 복합신호라고 한다.
• 주파수가 0인 신호(빨간색)는 아무런 정보도 전달할 수 없다 (때문에 이러한 신호는 제거한다)
• 통신에 있어서는 주파수가 높을 수록 더 정보를 보낼 수 있는 능력이 높아진다.
• 실제 통신에 쓰이는 신호는 위와 같은 복합신호이다. 단일 사인파로는 정보를 전달하기 어렵다
• 주기신호는 기본 주파수와 그의 배수만큼 빨리 진동하는 고조파(harmonics)로 이루어진다.

 

• 모든 주기신호는 푸리에급수 전개를 통해 사인파의 합으로 나타낼 수 있다.
• 모든 비주기신호는 푸리에변환을 통해 주파수의 연속적인 형태로 나타낼 수 있다.
• 주기함수의 주파수영역 함수(푸리에변환)은 이산적이지만, 비주기함수의 주파수 영역 함수는 연속적이다.

 

5. 사각 신호 (Square Wave)

[그림] 사각 신호

• 완벽한 사각신호를 만드는 것은 사실상 불가능하다.
• 사각신호와 비슷한 신호(녹색)은 만들 수 있는데 기본 주파수와 고조파(Harmonics)로 구성되었다.
• 만일 완벽한 사각신호를 만드려면 고조파의 수가 무한대여야한다.

 

6. 대역폭 (Bandwidth)

• 대역폭이란 최저 주파수와 최고 주파수의 차이이다.
• 주파수 영역으로 푸리에변환 한 뒤에 이를 계산하면 된다.
• 대역폭이란 말그대로 해당 매체가 전송할 데이터의 주파수 범위를 말한다.
• 어떤 망의 대역폭이 크다면 더 넓은 주파수 범위를 갖는 신호를 전송할 수 있다.
• 어떤 신호가 입력되었는데, 대역폭을 넘어서는 주파수와 복합되었다면 그 부분은 전부 잘린다.

 

7. Reference

데이타통신