광섬유 케이블 (Optical Fiber Cable)
유리를 원료로 하여 제작된 가느다란 광섬유를 여러 가닥 묶어서 케이블의 형태로 만든 것으로, 광 케이블이라고도 한다.
- 데이터를 빛으로 바꾸어 빛의 반사(전반사)의 원리를 이용하여 전송한다.
- 유선 매체 중 가장 빠른 속도와 높은 주파수 대역폭을 제공한다.
- 대용량, 장거리 전송이 가능하다.
- 도청이 어려워 보안성이 뛰어나다.
- 저손실성, 무누화의 성질을 가진다.
- 무유도 성질이므로 전자기적 잡음에 강하다.
- 감쇠율이 적어 리피터의 설치 간격이 넓으므로 리피터의 소요가 적다.
- 온도 변화에 안정적이고 신뢰성이 높다.
- 설치 비용은 비싸지만 단위 비용은 저렴하다.
- 광섬유 간의 연결이 어려워 설치 시 고도의 기술이 필요하다.
광섬유 케이블의 전송 모드
단일 모드, 계단형 다중 모드, 언덕형 다중 모드
광섬유 케이블의 구성
코어 (Core) | 빛이 전파되는 영역으로, 클래드보다 높은 굴절률을 가진다. |
클래드 (Clad) | 코어보다 약간 낮은 굴절률을 가지므로 코어의 빛을 반사시켜 외부로 빠져나가지 못하게 하고, 코어를 외부의 압력으로부터 보호한다. |
재킷 (Jacket) | 습기, 마모, 파손 등의 위험으로부터 내부를 보호한다. |
통신 속도
변조 속도
1초 동안 몇 개의 신호 변화가 있었는가를 나타내는 것으로, 단위는 baud를 사용한다.
1개의 신호가 변조되는 시간을 T초라고 할 때 변조 속도 buad = 1 / T 이다.
신호 속도
데이터 신호 속도는 다음과 같이 구할 수 있다.데이터 신호 속도(bps) = 변조 속도(baud) x 변조 시 상태 변화 수
데이터 신호 속도의 계산식에 의해 변조 속도를 다음과 같이 구할 수 있다.변조 속도(baud) = 데이터 신호 속도(bps) / 변조 시 상태 변화 수
변조 시 상태 변화 수
- 모노비트 (Monobit), 원비트 (Onebit) = 2위상 (2진) = 1bit
- 디비트 (Dibit) = 4위상 (4진) = 2bit
- 트리비트 (Tribit) = 8위상 (8진) = 3bit
- 쿼드비트 (Quadbit) = 16위상 (16진) = 4bit
통신 용량
단위 시간 동안 전송 회선이 최대로 전송할 수 있는 통신 정보량을 말한다.
샤논(Shannon)의 정의
샤논은 잡음 여부에 따라 다음과 같이 두 가지로 통신 용량을 정의하였다.
전송로의 통신 용량을 늘리기 위한 방법
- 주파수 대역폭을 늘린다.
- 신호 세력을 높인다.
- 잡음 세력을 줄인다.
디지털 변조
디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 것을 의미하며, 모뎀(MODEM)을 이용한다.
디지털 변조 방식에는 진폭 편이 변조(ASK), 주파수 편이 변조(FSK), 위상 편이 변조(PSK), 직교 진폭 변조(QAM)가 있다.
진폭 편이 변조 (ASK)
- 2진수 0과 1을 서로 다른 진폭의 신호로 변조한다.
- 신호 변동과 잡음에 약하여 데이터 전송용으로 거의 사용되지 않는다.
주파수 편이 변조 (FSK)
- 2진수 0과 1을 서로 다른 주파수로 변조한다.
- 1,200Bps 이하의 저속도 비동기식 모뎀에서 사용한다.
위상 편이 변조 (PSK)
- 2진수 0과 1을 서로 다른 위상을 갖는 신호로 변조한다.
- 한 위상에 1비트(2위상), 2비트(4위상), 또는 3비트(8위상)를 대응시켜 전송하므로, 속도를 높일 수 있다.
- 중고속의 동기식 모뎀에 많이 사용된다.
- 반송파 간의 위상차 : 2π / M (M은 위상)
직교 진폭 변조 (QAM) = 진폭 위상 변조, 직교 위상 변조
- 반송파의 진폭과 위상을 상호 변환하여 신호를 얻는 변조 방식이다.
- 고속 전송이 가능하다.
- 9,600Bps 모뎀의 표준 방식으로 권고된다.
펄스 코드 변조 (PCM: Pulse Code Modulation)
화상, 음성, 동영상 비디오, 가상 현실 등과 같이 연속적인 시간과 진폭을 가진 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환하는 것으로, 코덱(CODEC)을 이용한다.
펄스 코드 변조는 송신 측에서 아날로그 데이터를 표본화하여 PAM 신호로 만든 후 양자화, 부호화 단계를 거쳐 디지털 형태(2진수)로 전송하는 방식이다.
포본화 (Sampling)
- 음성, 영상 등의 연속적인 신호 파형을 일정 시간 간격으로 검출하는 단계이다.
- 샤논의 표본화 이론 : 어떤 신호 f(t)가 의미를 지니는 최고 주파수 보다 2배 이상의 주파수로 균일한 시간 간격 동안 채집된다면 이 채집된 데이터는 원래의 신호가 가진 모든 정보를 포함한다.
- 포본화에 의해 검출된 신호를 PAM 신호라고 하며, 아날로그 형태이다.
- 표본화 횟수 = 2배 x 최고 주파수
- 표본화 간격 = 1 / 표본화 횟수
양자화 (Quantizing)
- 표본화된 PAM 신호를 유한 개의 부호에 대한 대표값으로 조정하는 과정이다.
- 실수 형태의 PAM 신호를 반올림하여 정수형으로 만들었다.
- 양자화 잡음 : 표본 측정값과 양자화 파형과의 오차를 말하며, 주로 PCM 단국 장치에서 발생한다.
- 양자화 잡음은 양자화 레벨을 세밀하게 함으로써 줄일 수 있으나, 이 경우 데이터의 양이 많아지고 전송 효율이 낮아진다.
- 양자화 레벨 : PAM 신호를 부호화 할 때 2진수로 표현할 수 있는 레벨
부호화 (Encoding)
양자화된 PCM 펄스의 진폭 크기를 2진수(1 또는 0)로 표시하는 과정이다.
복호화 (Decoding)
수신된 디지털 신호(PCM 신호)를 PAM 신호로 되돌리는 과정으로 복호기(Decoder)를 이용해 복원한다.
여과화 (Filtering)
PAM 신호를 원래의 입력 신호인 아날로그 신호로 복원하는 과정이다.