정보전송일반
정보통신기사 1과목 필기 기출문제를 풀면서 개념정리를 같이 하려고 한다.
* 비트전송률
: 데이터의 전송속도
- 데이터 준위(n)는 데이터의 상태를 나타냄
n = log2 M
- b = 1초에 1ms주기의 펄스는 1,000개 발생
=> 비트전송률 : n*b
Q. 어떤 신호가 4개의 데이터준위를 가지며 펄스시간은 1ms일 때 비트 전송률은?
A. 2,000[bps]
-> 4개의 데이터 준위를 갖는 신호의 펄스당 전송 bit수
n = log2 (4) = log2 2^2 = 2개 (데이터의 상태 : 00, 01, 10, 11)
-> 1ms주기의 펄스는 1,000개
=> 2*1,000 = 2,000
* 전송 속도 관련 정의
(1) 변조 속도 (Baud rate)
: 신호레벨이 변하는 속도로 매초에 전송할 수 있는 부호의 수
- 하나의 부호(심볼)를 전송할 때 필요한 시간에 대한 심볼의 폭으로 나타낼 수 있음
- 단위는 'baud'
- 비트 전송률(bps) = 변조속도 * log2(변조 레벨)
(2) 데이터 신호 속도
: 데이터를 전송할 때 사용되는 비트의 속도
- 실제 전송되는 데이터 비트의 수를 나타냄
- 단위는 'bps'
- 비트속도(bps) = 변조속도 * 심볼 당 비트 수
(3) 데이터 전송 속도
: 네트워크나 통신회선에서 데이터를 전송하는 속도
- 전송 경로를 통해 실제로 전송된 데이터의 비트 수를 나타냄
(4) 베어러 속도(bearer)
: 데이터가 전송되는 회선의 전송용량 또는 속도 즉, 회선 속도
- 단위는 'bps, Kbps..'
* 신호 대 잡음 비(SNR)
잡음레벨이 dB일 경우, SNR = 20log10(통화전압/잡음전압)
Q. 중계케이블의 통화전압이 55V이고 잡음전압이 0.055V이면, 잡음레벨dB는?
A. 20log10(55/0.055) = 20log10(1000) = 20log10(10^3) = 20*3 =60dB
- 입/출력 신호대잡음 비 : 입/출력 신호에서의 신호대잡음 비
- 잡음지수 : 시스템의 잡음 성능을 나타냄
dB단위의 잡음지수 = 입력 SNR(dB) - 출력 SNR(dB)
Q. 입력 SNR이 15dB, 시스템의 잡음지수가 10일 때 출력측의 SNR은 몇 dB인가?
A. 잡음 지수 = 입력 SNR - 출력 SNR
10dB = 15dB - 출력
출력 = 5dB
* 자유공간 손실(dB)
링크이득 공식 :
수신전력dBm = 송신전력dBm + 송신 안테나 이득dBi + 수신 안테나 이득dBi - 자유공간 손실dB
Q. 송신출력이 10W, 송수신 안테나 이득이 각각 25dBi, 수신전력이 -20dBi라고 할 때 자유공간 손실은 몇 dB?
A.
1) 송신출력을 dBm단위로 변환:
1W = 1000mW, 10W = 10,000mW
-> dBm으로 변환 : 10log10(10,000mW/1mW) = 10og10(10)^4 = 40dBm
2) 링트이득 공식 활용
자유공간 손실 dB = 송신전력dBm + 송신 안테나 이득dBi + 수신 안테나 이득dBi - 수신전력dBm
? = 40 + 25 + 25 - (-20)
자유공간 손실 = 110dBm
* 엘리어싱(Aliasing)
: 신호처리에서 표본화(샘플링)을 하는 가운데, 각기 다른 신호를 구별해내지 못하게 하는 효과
- 샘플링된 신호가 원래의 신호와 달라지는 일그러짐 발생 -> 제대로된 신호해석 불가
- 표본화율이 나이키스트 표본화율보다 낮으면 발생
- 엘리어싱이 발생하면 원래의 신호를 정확히 재생하기 어려움
- 주파수 스펙트럼 분포에서 서로 이웃하는 부분이 겹쳐서 발생
- 표본화 전에 LPF(low pass filter)을 사용하여 엘리어싱 방지 가능
Q. 데이터의 신호처리 과정에서 발생하는 엘리어싱 현상에 대해 틀린 것은?
A. 표본화전에 HPF를 사용하여 방지가능 (X)
-> LPF를 사용하여 방지가능(O)
* 데이터 전송시, 신호 오류 현상
(1) 누화(crosstalk)
: 데이터 전송 시, 서로 다른 선로 상의 신호가 정전 결합, 전자 결합 등 전기적 결합에 의하여 다른 회선에 영향을 주는 현상
(2) 왜곡(distortion)
: 전송 중에 신호의 형태가 뱐화하여 원래의 신호 모양과 달라지는 현상
(3) 잡음(noise)
: 전송경로에서 발생하는 외부 신호나 전기적 간섭이 통신 신호에 혼합되어 신호 품질을 떨어뜨리는 현상
(4) 지터(jitter)
: 신호의 주기 또는 시간 간격의 변동으로 인해 신호가 원래의 시간 간격에서 벗어나는 현상
* 선로의 정상특성 열화 요인
(1) 정상열화요인 : 누화, 반향, 위상지터, 주파수 관련
(2) 비정상열화요인 : 펄스성 잡음,
* 데이터전송 방식
(1) 다원 베이스 밴드 전송(Multilevel baseband Transmission)
: 하나의 심볼을 표현하기 위해 여러 수준의 신호를 사용하는 방식 (데이터 전송 효율을 위해 다중 신호 수준을 사용)
- 심볼 당 비트 수가 증가함에 따라, 동일한 대역폭에서 더 많은 데이터 전송 가능
=> 전송 대역폭을 줄여 효과적인 대역폭 사용 가능 / 동일 대역폭에서 더 높은 비트 전송률 달성 가능
(2) 시분할 다중화 (TDM)
: 시간을 분할하여 여러 신호를 하나의 통신채널을 통해 전송하는 다중화 방식
- 망동기가 필요
- 수신시 비트 및 프레임 동기가 필요
- 데이터프레임 구성시 필요한 오버헤드가 커서 데이터 전송 효울이 떨어짐
- 인접채널 간 간섭을 줄이기 위해 가드밴드가 필요
Q. TDM에 대한 설명으로 틀린것?
A. 인접채널 간 간섭을 줄이기 위해 보호대역이 필요 (X) -> FDM
-> TDM은 시간슬롯 간 간섭을 방지하기 위해 가드타임/가드밴드 사용
Q. OFDM(orthogonal .. )과 FDM을 비교설명
- 정보전송을 위해 주파수 내역을 나눈다는 공통점
- OFDM은 직교성을 사용하여 FDM보다 대역폭 효율이 좋음
- FDM은 OFDM과 동일하게 다중 부반송파를 사용
- FDM은 많은 수의 변복조기가 필요
* 이동통신시스템의 스펙트럼 확산 방식
(1) FH (grequency hopping)
: 송수신기가 지정된 주파수 대역 내에서 여러 주파수 채널을 순차/순차적으로 이동하며 통신하는 방식
즉, 송수신기가 미리 정해진 순서에 따라 짧은 시간 간격으로 통신 주파수를 계속해서 변경하여
광대역 신호를 다양한 주파수 대역에 무작위하게 퍼뜨려 통신하는 방법
- 미리 정해진 순서에 따라 서로 다른 호핑용 채널에 할당
- 수신측은 송신 시 사용한 호핑코드와 동일한 코드를 이용하여 특정 시간에 특정 주파수로 튜닝
- 같은 주파수를 사용하더라도 호핑 코드만 다르면 여러 확산대역시스템을 동일 장소에 사용 가능
- 동일 지역에서 서로 다른 도약 시퀀스로 인해 네트워크를 분리할 수 있다.
* 이동통신 페이딩
: 신호가 전달될 때, 신호 세기의 변동이나 신호 손실이 발생하는 현상
(1) short term fading
: 다중 경로의 반사파에 의해 발생되는 페이딩.
- 페이딩 주기가 짧고
- 도심지역에서 주로 발생
(2) long term fading
: 이동체의 위치 변화나 지형에 의한 큰 장애물로 의해 발생
- 장기간에 걸쳐 신호 세기가 천천히 변동
- 이동체가 넓은 지역(산, 빌딩)등에서 주로 발생
(3) rayleigh fading (흡수성)
: rayleigh분포를 따르며, 직접경로 신호가 없고 다중 경로 간의 반사 신호만이 수신기에 도달할 때 발생
- 짧은 시간이나 이동거리에도 빠르게 신호세기가 변동 -> 도플러효과 발생 가능
- 실내 한경이나 빽빽한 도심, 장애물로 인해 직접 경로가 차단된 곳에서 발생
(4) rician fading (리시안)
: 직접 경로 신호와 다중 경로 신호가 모두 존재할 때 발생
- 직접경로와 다중 경로의 강도 비율에 따라 신호 변동이 달라짐
- 넓은 공터, 기지국과 수신기 사이 장애물이 없눈 곳에서 주로 발생
* 페이딩 보상 기법(diversity)
(1) Angle Diversity
: 전파의 걍로별로 도래각이 다른 점을 이용해서, 빔의 각도가 다른 복수개의 안테나 수신전력을 합성하여 페이딩을 보상하는 방법
(2) Path Diversity
: 다양한 경로응 통해 도달하는 다중 경로 신호를 수신하여 경로 간 간섭을 줄이는 방법
(3) Site Diversity
: 여러 위치에 설치된 기지국을 사용하여, 다른 위치에서의 신호를 수신하여 경로 장애를 피하는 방법
(4) Antenna Diversity
: 여러 개의 안테나를 이용하여 공간적 위치가 다른 신호를 수신하고 신호 간 간섭을 줄이는 기법
* 회선 부호화 방식(Line Coding)
: 디지털 신호를 전송하기 위해 데이터를 전기적인 신호로 변환하는 방법
(1) RZ (return to zero)
: 각 비트가 0으로 돌아가는 형태
즉, 각 비트 신호의 중앙에 항상 0으로 돌아감.
- 각 비트의 변환이 중간에서 일어나므로 시작과 끝이 명확해 동기화가 용이
- 클럭 신호를 추출하기가 용이
- 항상 0으로 돌아가야하므로 저 높은 대역폭을 요구하고 에너지 소모가 큼
- 오래된 통신 시스템에서 사용
(2) NRZ (non-return to zero)
: 각 비트의 값을 전압 레벨 그대로 변환하여 유지
즉, 0으로 돌아가지 않고 현재 비트 값에 따라 신호 레벨이 계속 유지
- 대역폭이 상대적으로 낮고, 간단한 구현
- 장시간 반복되면 동기화, 클럭 복원이 어려움
- NRZ-L (level) : 데이터 1은 고전압, 0은 저전압. 각 비트 사이에 신호 변동이 없음
- NRZ-I (inverted) : 데이터 1은 신호의 전압상태가 반전, 0이면 현재상태 유지
(3) Differential Manchester
: Manchester 부호화의 변형된 형태로, 각 비트의 중앙에서 신호가 반전하여 동기화 문제를 해결
* Manchester 코딩에서는 비트 값에 따라 전압 레벨이 상승 또는 하강하는 것이 기준이지만, Differential Manchester에서는 각 비트의 변화 유무가 기준
- 중앙반전으로 인해 클럭추출, 동기화 가능
- Manchester보다 더 많은 반전이 필요하여 큰 대역폭이 필요
(4) 2B1Q (Two Binary, One Quaternary)
: 두 개의 이진 데이터 비트(2B)를 하나의 4진 신호(1Q)로 변환하여 전송
즉, 두개의 데이터 비트를 한번에 묶어서 한개의 신호로 전송
ex) 2개의 비트 조합을 4단계의 전압 레벨로 표현 (00: -3V, 01: -1V, 10: +1V, 11: +3V)
00 : 0도 신호, 01 : 45도, 10 : 90도, 11 : 135도
- 대역폭을 줄이고, 전송속도 두배 증가
- 신호의 안전성을 위해 정교한 전력 제어, 복잡한 디코딩 필요
Q. 2비트 데이터 크기를 4준위 신호 중 하나에 속하는 2비트 패턴의 1개 신호요소로 부호화하는 회선 부호화 방식은?
A. 2B/1Q
* 디지털 논리회로 - 논리게이트
- 드모르간의 법칙
: (A + B)' => A' * B'
(A * B)' => A' + B'
- 중복되면 하나만 ex) A * A * B=> A * B
Q.
A. ((A+B)' * (B+C')')' -> ((A' * B') * (B' * C))' -> (A' * B' * B' * C)' -> (A' * B' * C)' -> A'' + B'' + C' => A + B + C'
- 가산기, 감산기는 입력이 3개 / 반감산기, 반가산기는 입력 2개 출력 2개 / 비교기는 출력 여러개
* 케이블
(1) UTP 케이블 규격 : 여러가지 카테고리(cat)으로 나뉨. 전송속도와 대역폭에 따라 구분. 특정용도나 환경애 따라 선택.
- CAT.5 : 100 BASE-T
- CAT.5E : 1000 BASE-T
- CAT.6 : 1000 BASE-TX
- CAT.6A : 10G BASE
- CAT.7 : 10G BASE
(2) 광섬유 케이블
- 빛을 집광하는 능력 즉, 최대 수광각 범위내로 입사시키기 위한 광학렌즈의 척도는?
: 개구수(numerical aperture)
- 빛이 렌즈를 통과할 때의 조리개의 개방정도를 나타내는 지표?
: 조리개 값(F-number)
- 두개의 인접한 광학신호를 구분할 수 있는 최소거리?
: 분해거리(resolved distance)
- 물체가 초점거리 앞뒤로 이동해도 이미지가 선명하게 보이는 범위
: 초점 심도(depth of focus)
* 전자통신 발생 현상
- 인공위성, 우주 비행체와 같이 매우 빠른 속도로 운동하는 경우, 전파발진원의 이동에 따라 수신 주파수가 변하는 현상?
: 도플러 현상
- 전파가 전달될 때, 여러 주파수 성분 간 위상이 서로 다르게 이동하여 합성파의 위상 변화가 발생하는 현상?
: 페이저 현상
- 고온에서 기체가 이온화되어 양이온과 전자가 분리된 상태로, 전기적 전도선을 가지는 물질 상태?
: 플라즈마 현상
- 전파가 매질을 지나면서 전파의 도달시간이 지연되는 현상?
: 전파지연
*주파수 대역폭 계산
- 주파수 대역폭 : 최고 주파수 - 최저 주파수
Q. 주기 신호가 300Hz, 400Hz, 500Hz의 주파수를 갖는 3개의 정현파로 분해될 경우 대역폭은?
A. 500 - 300 = 200Hz
* 양자화 잡음 개선 방법
: 양자화 스텝 크기는 작게, 스텝 수는 증가
- 비선형 양자화
- 선형양자화, 압신방식 같이
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