7 장 전송매체 (transmission media)

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7 7 장 전송매체장 전송매체 (Transmission Media)(Transmission Media)

7.1 유도매체 (Guided Media)

7.2 비유도매체 (Unguided Media)

7.3 전송 장애

7.4 성능

7.5 파장 (Wavelength)

7.6 샤논의 용량

7.7 매체의 비교

7.8 요약


전자기 스펙트럼 전기장과 자기장의 조합인 전자기 에너지

전송매체전송매체 (( 계속계속 ))


전송매체전송매체 (( 계속계속 ))

두 가지 형태로 분류 : 유도매체 , 비유도매체

전송매체의 종류


7.1 7.1 유도매체 유도매체 (Guided Media)(Guided Media)

유도매체의 종류


유도매체유도매체 (( 계속계속 ))

꼬임쌍선 (Twisted-Pair Cable)

두 가지 형태 : unshielded( 비차폐 ) and shielded( 차폐 )

비차폐선 (UDP:Unshielded Twisted-Pair) 케이블

오늘날 통신매체에서 사용하는 가장 일반적인 형태

꼬임쌍선의 주파수 범위



꼬임선 (Twisted-Pair Cable) 2 개의 도선 ( 일반적으로 구리 ) 으로 구성 각 도선은 색깔을 가짐



병렬회선상의 잡음 효과



꼬임쌍선의 잡음 효과



비차폐 꼬임쌍선 (UTP) 의 장점 싸다 , 유연성 , 설치가 용이

5 개의 비차폐 꼬임쌍선으로 구성된 케이블



비차폐 꼬임쌍선 (UDP) 표준의 등급 (EIA) 1 등급 : 기본 꼬임선 ( 전화 시스템 )

2 등급 : 4 Mbps 급의 음성과 디지털 데이터 전송

3 등급 : 10 Mbps 급 ( 현재 , 표준 케이블 ) 데이터 전송

4 등급 : 16 Mbps 급의 전송률

5 등급 : 100Mbps 급의 데이터 전송 가능



비차폐 꼬임쌍선 (UTP) 연결 전화 젝과 같은 snap-in 플러그 형태 : RJ45 컨넥터



차폐 꼬임쌍선 (STP: Shielded Twisted-Pair) 케이블 UTP 와 같은 성능을 가짐

( 고가 , 잡음에 덜 민감 )



동축 케이블 (Coaxial Cable) 높은 주파수 범위의 반송 신호

동축 케이블의 주파수 범위



동축 케이블 (Coaxial cable)



동축 케이블 표준 (Coaxial Cable Standards)

RG(radio government) 에서 분류

RG-8 ( 굵은 이더넷 (Thick Ethernet) 에 사용 )



RG-58 ( 얇은 이더넷 (Thin Ethernet) 에 사용 )

RG-75 (TV 용 )

동축 케이블 커넥터

베요네트 네트워크 커넥터 (BNC : Bayonet Network Connector)



Optical Fiber( 광섬유 ) 유리나 프라스틱으로 구성 빛의 형태로 신호를 전송

빛의 특성 전자기적인 에너지 형태 진공상태에서 고속 : 300,000km/s, 초당 186,000 마일 밀도가 높은 매체를 통과할 때는 속도가 감소



굴절 (Refraction)



임계각 (critical angle) 입사각이 증가하면 , 수직과는 멀어지고 수평면과는 가까워진다



반사 (Reflection) 입사각이 임계각보다 클때 , 나타나는 현상을 ‘반사’



전파 방식 (Propagation Model) 현재 기술은 광채널을 따라 빛의 전달을 위해 2 개의 모델을

지원한다 .



다중모드 (Multimode) – Step index 여러 개의 광원이 서로 다른 경로로 코어를 통해 다중 빔이 전달



다중모드 (Multimode) – graded-index



단일 모드 (Single Mode)



광케이블 크기

Fiber Type Core(microns) Cladding(microns)

62.5/125

50/125

100/140

8.3/125

62.5

50

100

8.3

125

125

140

125



케이블의 구성 유리나 프라스틱 재료 사용 내부코어는 크기와 정밀도가 완전해야 하며 순도가 높아야

한다 외부자켓은 테프론 코팅 , 프라스틱 코팅 , 섬유질 프라스틱 ,

금속성 망으로 되어있다 .



광 케이블의 광원 LED(Light-Emitting Diode) : 짧은 거리 ILD(Injection Laser Diode) : 긴 거리



광 섬유 커넥터 케이블처럼 정밀해야 한다 많이 사용되는 커넥터는 원통형이며 암 / 수 커넥터로 되어있다



광케이블의 장점 잡음에 대한 저항력 낮은 신호 감쇠 높은 대역폭

광케이블의 단점 가격이 비싸다 설치와 관리 어려움 깨지기 쉽다


7.2 7.2 비유도 매체비유도 매체 (Unguided media)(Unguided media)

무선 매체

신호는 공기를 통하여 브로드 캐스트


비유도 매체비유도 매체 (( 계속계속 ))

무선 주파수 (Radio Frequency)



무선파의 전파 전파 유형



전파 유형 지표면 전파

대기권의 낮은 부분을 통하여 전달

대류권 전파 2 가지 방법이 있는 데 안테나에서 안테나로 전파 대기권의 높은 층으로 각도를 주어 방송하여 반사되게 한다



전리층 (Ionosphere) 전파 높은 주파수 무선파를 전리층으로 방출하면 지구로 반사되어

돌아온다 .

가시선 (Line-of-Sight) 전파 안테나에서 안테나로 높은 주파수 신호를 전파

우주공간 전파 우주공간의 인공위성을 이용하여 중계



특정 신호 전파 무선 전송에서 사용되는 전파 유형은 신호의 주파수 ( 속도 )

에 따라 다르다

VLF(Very Low Frequency) 지표면으로 공기를 통해 전달 , 때때로 바다물을 통해 전달 장거리 무선 항법 장치 또는 잠수함 통신에 이용



LF(Low Frequency) 표면파로서 전달 장거리 무선 항해와 무선 등대 또는 항해 위치 확인기에 이용



MF(Middle Frequency) 대류권내에서 전달 전리층에 의해 흡수 AM 라디오 , 해상 라디오 , 무선 방향 탐지 (RDF: radio direction

finding), 긴급 구조 주파수



HF(High-Frequency) 전리층 전달을 이용 아마추어 무선 (ham radio), CB(Citizen’s band) 라디오 , 국제

방송 , 원거리 항공 항해 통신 , 전화 , 전신 , 팩시밀리를 포함한 HF 신호에 사용



VHF(Most Very High Frequency) 가시선 전파 사용 VHF 텔레비젼 , FM 라디오 , 항공 AM 라디오 , 항공 항법에

사용



UHF(UltraHigh Frequency) 가시선 전파 사용 UHF 텔레비젼 , 이동 전화 , 셀룰라 폰 , 무선호출기 ,

마이크로 파 링크에 사용



SHF(SuperHigh Frequency)대부분의 가시선과 우주공간 전파 사용

육상과 인공위성 마이크로파 , 레이터 통신을 포함



EHF(Externally High Frequency)우주공간 전파 사용

레이터 , 인공위성 , 실험용 통신에 사용



지상 마이크로 파 가시선 전송과 전송 및 수신장치를 요구 가시선 신호에 의해 커버되는 거리는 안테나의 높이에

달려있다안테나가 높으면 도달거리도 멀어진다 마이크로파 신호는 한번에 한 방향으로 전파되므로 양방향을 위해 두 가지 주파수가 필요


중계기 (Repeaters) 육상 마이크로파의 도달 거리를 증가하기 위해서 안테나를 이용한 중계기 시스템 설치




안테나 (Antennas) 2 가지 종류 파라볼라 접시 (Parabolic dish)

파라볼라의 기학학에 기반을 둠



혼 안테나 (Horn antenna) 커다란 주걱과 비슷



인공위성 통신 지구를 공전하고 있는 인공위성에 마이크로 파를 전송



정지 위성 (Geosynchronous satellites)



인공위성 통신을 위한 주파수 대역폭

`

Band Downlink Uplink

C

Ku

Ka

3.7 - 4.2 GHz

11.7 - 12.2 GHz

17.7 – 21 GHz

5.925 - 6.425 GHz

14 - 14.5 GHz

27.5 - 31GHz



셀룰라 폰 (Cellular telephony)

두개의 움직이는 장치간 또는 하나의 움직이는 장치와 하나의 정지해 있는 장치간의 안전한 통신을 제공하도록 설계

각 기지국은 이동전화 교환국 (MTSO : Mobile Telephone Swit

ching Office) 에 의해 제어



셀룰라 시스템 (Cellular System)



셀룰라 대역폭 전통적인 셀룰라 전송은 아날로그 방식으로 주파수 변환

방식 (FM) 사용 FCC 는 셀룰라 이용을 위해 두개의 대역폭을 할당



발신 호출자는 7 또는 10 자리 ( 전화 번호 ) 를 입력

전송 (send) 버튼을 누름

이동 전화는 대역폭을 스캔하여 강한 신호를 가진 셋업

채널을 찾는다

기지국에 데이터 ( 전화번호 ) 전달

기지국은 MTSO 에 데이터 전달

MTSO 는 전화국으로 데이터 전달



수신 전화국은 MTSO 로 번호를 송신 MTSO 는 이동 전화의 위치를 찾는다 이동 전화가 발견되면 MTSO 는 링 신호를 전송한다 이동 전화가 응답하면 통화를 위한 음성 채널을 할당하고 음성

통신의 시작을 허가한다



핸드오프 (Handoff): 핸드오버 (Hand over)

이동전화가 통화 중에 한 셀에서 다른 셀로 이동

신호가 약해진다

MTSO 는 매번 수초동안 신호의 레벨을 모니터

MTSO 는 양질의 통신을 제공하는 새로운 셀을 찾는다

핸드오프는 사용자가 느끼지 못하는 시간에 자연스럽게 수행



Digital셀방식 디지털 패킷 데이터 서비스

Integration with Satellites and PCs 개인이동통신 : 셀방식 전화와 개인 컴퓨터 연결


7.3 7.3 전송 장애전송 장애

신호가 매체를 통해 전송되는 동안에 장애가 발생할 수 있다 .


감쇠 (attenuation) 에너지 손실 손실을 줄이기 위해 증폭기 (amplifier) 사용

전송 장애전송 장애 (( 계속계속 ))


데시벨 (dB: decibel)

2 개의 서로 다른 점에서 신호간의 상대적인 길이 측정

신호가 감쇠되면 음수 , 증폭되면 양수

dB : 10log10(P2/P1)

P1, P2 : 점 1 과 점 2 에서의 신호의 전력



예 7.1 신호가 전송매체를 통해 이동하는 동안 전력이 반으로

줄었다 . 즉 P2 = (1/2)P1 이다 . 이때의 감쇠는 ?

10log10(P2/P1) = 10log10(0.5P1/P1) = 10log10(0.5)

= 10(-0.3) = -3 dB



예 7.2 신호가 증폭기를 통하여 전력이 10 배 늘었다고 하자 . 즉 P2 = 10 X P1 이다 . 이때의 증폭은 ?

10log10(P2/P1) = 10log10(10P1/P2) = 10log10(10) =

10(1) = 10 dB




예 7.3

dB = – 3 + 7 –3 = +1



일그러짐 (Distortion)

신호의 모양이나 형태 변화해 반대되는 신호를 발생하거나 다른 주파수의 신호를 만듬



잡음 (noise) 열 잡음 , 유도선 잡음 , 혼선 , 충격 잡음


7.4 7.4 성능성능

※처리량 (throughput), 전파속도 (propagation speed), 전파시간 (propagation time) 사용

처리량 (Throughput)

어떤 지점을 데이터가 얼마나 빠르게 지나가는가 측정


성능성능 (( 계속계속 ))

전파속도 (propagation speed) 신호가 매체를 통해 1 초 동안 이동할 수 있는 거리 측정 예 : 빛 – 3X108m/s ( 진공에서 )

전파시간 (propagation time) 신호가 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는데 요구되는 시간 전파시간 = 거리 / 전파속도


성능성능 (( 계속계속 ))

전파시간

예 : 킬로미터로 표준화된 꼬임 쌍선의 전파시간 전파시간 = 1000m/(3X108 m/s) = 3.33 X 10-6 s/m = 3.33㎲ /㎞

예 : 동축 케이블과 광케이블 전파시간 = 1000m/(2X108 m/s) = 5 X 10-6 s/m = 5 ㎲ /㎞


7.5 7.5 파장파장 (Wavelength)(Wavelength)

단순 신호가 한 주기에서 이동할 수 있는 거리


파장파장 (Wavelength)(Wavelength)

파장은 전파속도와 신호의 주기를 이용하여 계산 파장 = 전파속도 X 주기 파장 = 전파속도 X (1/ 주파수 ) = 전파속도 / 주파수

파장 : λ , 전파속도 : c , 주파수 : f λ= c/ f

파장은 마이크로 미터 ( 미크론 ) 단위 측정

예 : 공기중의 붉은 빛의 파장 ( 주파수 =4X1014) λ = c/f = (3X108) / (4X1014) = 0.75 X 10-6m = 0.75 ㎛


7.6 7.6 샤논 용량샤논 용량

1944 년에 소개된 채널에 대한 최고 데이터 전송률(Shannon 정리 )

C = B log2(1+S/N)

B: 채널 대역폭 , S/N: 신호 대 잡음 비율 , C:bps 단위 채널 용량


샤논 용량 샤논 용량 (( 계속계속 ))

예 7.4 신호 대 잡음 비율이 거의 0 인 채널에 대한 용량

C = B log2(1+S/N) = B log2(1+0) = Blog2(1) = B X 0 = 0

※ 이 채널로는 데이터를 보낼 수 없다 . ( 잡음이 너무 커서 )

예 7.5 전화선의 최고 데이터 전송률은 ?

대역폭 : 3000Hz, 신호 대 잡음비율 : 3162(35dB) C = Blog2(1+S/N) = 3000log2(1+3162) = 3000log2(3163)

= 3000X11.62 = 34,860 bps


7.7 7.7 매체의 비교매체의 비교

Medium Cost Speed Attenuation EMI Security

UTP

STP

Coax

Optical fiber

Radio

Microwave

Satellite

Cellular

Low

Moderate

Moderate

High

Moderate

High

High

High

Low

Low

Low

High

Low

Moderate

Moderate

Low

High

Moderate

Moderate

Low

High

High

High

Moderate

High

High

Moderate

Low

Low-high

Variable

Variable

Low

1 - 100 Mbps

1 - 150 Mbps

1 Mbps - 1 Gbps

10 Mbps - 2 Gbps

1 - 10 Mbps

1 Mbps - 10 Gbps

1 Mbps - 10 Gbps

9.6 - 19.2 Kbps


7.8 7.8 요약요약

7 장 전송매체 (transmission media)

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