정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 9. 정보의 전송 특성

9. 정보의 전송 특성

 

가. 신호의 전달 특성
정보 발생지에서 목적지까지의 데이터 전송 시스템에서 실제적인 정보를 전송하는
물리적 경로를 전송매체(transmission media)라 하는데, 정보를 전달하는 가장 간단
한 전송매체는 전송 선로를 이용하는 것이다. 데이터 전송에 있어서 전송매체는 높은
전압과 큰 전류를 사용하지 않기 때문에, 잡음과 전송 손실 등의 요소를 고려해야 한다.
전송 선로의 특성은 [그림 1-22]와 같이 아날로그 또는 디지털 신호의 취급에 따라
많은 요소가 존재하며 특히, 잡음은 부호 오류에 대한 중요한 변수가 된다. 이 밖에도
전송 대역, 전송 손실, 전송 지연시간, 특성 임피던스(impedance) 등에 주의해야 한
다. 여기서, 특성 임피던스는 선로를 전파하는 주파수에 대하여 선로 상에 한 점에서
의 전압과 전류의 비로 정의되는 저항 성분으로서, 선로의 고유 임피던스이며 전화회
선은 600Ω, 컴퓨터 통신망 케이블은 500Ω이 주로 사용된다.

전송선로의 전송 특성

전송매체는 유도(guided) 형과 비유도(unguided) 형으로 대별되며, 이들은 모두
반송파로서 전자기파의 형태로 통신한다. 유도성 전송매체는 물리적인 경로에 따라 유
도되는 것으로 나선(open wire), 꼬임쌍선(twisted pair cable), 동축케이블(coaxial
cable), 광섬유(optical fiber) 케이블 등의 유선 선로를 의미하며, 반면에 비유도성 전
송 매체는 유도되지 않는 전자기파를 송신하는 방법을 제공하는 것으로서, 물리적으로
제한되지 않는 공기(대기), 진공 및 해수(海水) 등이다.
나선은 가장 최초로 사용된 회선이며, 주로 동선(cooper wire)이 이용된다. 전자기
적인 유도에 의한 혼선에 약하며, 기후 조건(습도, 온도 등)도 큰 영향을 준다. 통신 선
로로는 현재 거의 사용하지 않고 있다.

나. 전송매체의 감쇠왜곡(Attenuation Distortion)과 지연왜곡(Delay Distortion)
(1) 감쇠왜곡
감쇠왜곡은 신호가 전송매체를 따라 전파되면서 그 진폭(신호의 세기)이 감소하
는 현상이며, 전송매체를 통과하는 거리에 비례해서 감쇠가 크고 전송되는 주파수
별로 다른 감쇠율을 나타낸다. 즉, 일정한 신호 세력으로 여러 종류의 주파수를 동
일한 선로에 흘러 보낼 경우, 수신측에 도달한 수신신호 세력을 측정하면 주파수별
로 신호세력의 크기가 다른 특성을 보인다. 이에 따라 통신시스템을 설계할 때, 수
신측에서 인식이 용이하도록 충분한 세기로 전달해야 하고, 신호는 잡음에 대해 충
분히 큰 강도를 유지해야 하며, 주파수 값에 비례해서 감쇠가 크므로 전송매체에 적
합한 주파수 대역을 사용할 필요가 있다.
감쇠왜곡에 의해 손상된 신호를 일정 거리마다 복구할 필요가 있으며, 아날로그
전송로인 경우에는 증폭기(amplifier)를 그리고, 디지털 전송로인 경우에는 리피터
(repeater)를 사용한다. 또한 신호 왜곡을 방지하기 위해 모뎀에 등화회로
(equalization circuit)가 사용되고, 원거리인 경우에는 장하케이블(loaded cable)
을 이용하기도 한다. 여기서, 등화회로는 등화기(equalizer)라고도 하며, 주파수에
따른 불균일한 신호세력과 전송 지연에 의한 찌그러짐을 보상하기 위해 사용된다.
또한 장하케이블은 통신 선로에 직렬로 장하코일(loading coil)을 삽입하여 선로의
음성 주파수 감쇠를 경감시킨 케이블이다.

(2) 지연왜곡
지연왜곡은 [그림 1-23]과 같이 전송매체를 통한 신호의 전달속도가 주파수에 따
라 변하는 현상 즉, 수신되는 신호가 그 신호를 구성하는 주파수의 가변적 속도에 따라 왜곡되는 현상이며, 주로 유선 전송매체에서 발생된다. 특히 디지털 전송에서
지연 왜곡은 하나의 비트를 다른 비트의 위치로 중복시킬 수 있는 부호간 간섭(ISI :
Inter-Symbol Interference) 현상을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 디지털 신호
의 전송 시에는 지연 왜곡이 최대 전송속도를 결정짓는 중요한 요소가 된다. 지연왜
곡은 1,800Hz 부근에서 가장 적으며, 모든 주파수에서 지연 왜곡을 줄이기 위해 등
화회로를 사용한다.

다. 전송매체의 잡음(Noise)
전송매체에서의 잡음은 전송 시스템에 의해 발생한 다소의 왜곡과 송수신장치에서
추가된 불필요한 신호를 말하며, 일반적으로 어떤 데이터 전송의 경우라도 수신되는
신호에는 어느 정도의 잡음이 포함되어 있다. 잡음의 종류로는 백색잡음(white
noise), 상호변조 잡음(inter-modulation noise), 누화 잡음(crosstalk noise) 및 임
펄스 잡음(impulse noise) 등이 있다.

(1) 백색잡음
백색잡음은 도체 내의 온도에 따른 전자의 운동량의 변화, 즉 분자나 원자들의 열
운동 결과로 발생하여 열잡음이라고도 한다. 또한, 모든 주파수에 걸쳐 존재하기 때
문에 백색잡음이라고 불리며, 잡음 세력이 시간에 대해 전혀 무작위(random)하게
가우시안(Gaussian) 분포의 진폭을 가지므로 가우시안 잡음이라고도 한다. 데이터
전송 시에는 전송 후의 신호 세력이 그 전송로의 백색잡음 세력보다 커야 하며, 신
호대잡음비(S/N비)가 1000배(30데시벨) 이상이 되는 것이 바람직하다.

 

(2) 상호변조 잡음
상호변조 잡음은 서로 다른 주파수들이 동일한 전송매체를 공유할 때, 이 주파수
들이 서로의 합과 차에 대한 신호가 생성됨으로써 발생된다. 이것은 다중화된 신호
들이 증폭기를 거칠 때 증폭기의 비선형 특성 때문에 이웃하는 채널끼리 상호 변조
를 일으킴으로써 발생한다. 상호변조란 독립된 두 채널의 신호가 변조를 일으켜 제
3채널의 대역에 속하는 주파수를 만드는 것을 의미하며, 따라서 제 3채널에서는 일
종의 혼선이 되는 것이다. 디지털 전송에서는 펄스 응답의 끝 부분이 다른 부호에
영향을 주는 부호간 간섭 현상이 있으며 전송로의 진폭 왜곡, 지연 왜곡, 타이밍의
동기차 등에 의해 발생된다. 이러한 부호간 간섭의 영향을 줄이기 위해 등화기가 사
용되고 있다.

(3) 누화 잡음
누화 잡음은 전송선로에서 인접한 회선간의 전기적인 신호 결합으로 인해 발생되
며, 신호의 경로가 비정상적으로 결합되어 잡음을 형성하는 것이다. 전화통화 중에
다른 신호들이 들리는 혼선 현상의 원인이 되며, 몇 개의 채널이 다중화 되어 동일
한 전송로를 통해 전달될 때 주로 발생하고, 무선 마이크로웨이브 링크에서는 이웃
하는 안테나의 반사 신호가 침입하여 발생하기도 한다. 이 잡음은 선로의 길이가 길
어지고 신호의 세기가 커지거나 또는 신호의 주파수가 높아질수록 더욱 심해질 수 있다.

(4) 임펄스 잡음
임펄스 잡음은 외부의 전자기적 충격 신호나 또는 통신시스템의 결함(fault)으로
인해 순간적으로 발생하는 높은 진폭의 잡음이다. 주로 선로의 접점불량과 계전기
(relay)의 동작 등 기계적인 충격에 의해 발생하며, 낙뢰와 같은 자연현상에 의해서
도 발생한다. 이 잡음은 데이터 전송에 있어 오류를 발생하게 하는 주요 원인이기도
하다. 임펄스 잡음이 지속되는 시간은 매우 짧지만, 데이터 전송에 있어서는 순간적
인 잡음도 다수의 비트오류 형태인 연집(burst) 오류를 발생하게 되며, 특히 고속
데이터 통신에 있어서는 심한 손상으로 인해 중대한 문제를 일으키게 된다.