[물리 계층] 데이터와 신호 (Data and Signal)

아날로그와 디지털 데이터

데이터는 아날로그 또는 디지털의 형태가 될 수 있다.

아날로그 데이터는 연속적인 정보를 의미하고, 디지털 데이터는 별개의 상태들로 구분되는 정보를 의미한다. 연속적인 값을 갖는 사람의 목소리는 마이크 등의장치에 의해 비연속적인 데이터가 될 수 있다.

 

아날로그와 디지털 신호

각 형태의 데이터를 표현하기 위해, 신호 또한 아날로그 또는 디지털의 형태가 될 수 있다.

아날로그 신호는 무한히 많은 level을 가진 연속적인 형태를 가지고,

디지털 신호는 한정된 값 내에서만 신호 값을 가진다.

 

Periodic and Nonperiodic

아날로그, 디지털 신호 모두 주기(Periodic) 또는 비주기(Nonperiodic)의 형태를 갖는다.

주기 신호(Periodic Signal)은 측정 가능한 시간 구간인 Period 내에서 반복되는 패턴을 가지는 신호이다.

 

아날로그 신호 : 사인파 (Sine Wave)

주기 아날로그 신호의 가장 기초적인 형태이다.

 

진폭 (Amplitude)

가장 높은 신호의 절댓값으로, 신호가 가진 에너지를 의미한다. 일반적으로 볼트(Volt)로 측정된다.

 

진동수 (Frequency)

1초에 주기 신호의 사이클이 몇 번 발생하는지를 나타낸 값이다. 단위는 헤르츠(Hz)이다.

일반적으로 진동수와 주기 간에는 서로 간 역수 관계가 성립한다. 주기는 주기 신호의 한 사이클이 몇 초에 한 번 발생하는지를 나타낸 값이기 때문이다.

 

위상 (Phase)

신호가 한 주기의 어떤 부분에서 시작하는지를 나타낸 값으로, 라디안으로 표현한다. 만약 위상이 2π라면, 위상이 0인 신호와 형태가 같다.

 

파장 (Wavelength)

한 주기 동안 신호가 전송되는 길이를 의미하며, 신호가 전송되는 매질에 따라 그 값이 다르다.

 

Time and Frequency Domains

Frequency Domain은 진폭과 진동수의 관계를 나타내기 위해 사용하는 것으로, 오직 진폭과 진동수만 고려한 표이다.

그림에서 위는 Time Domain으로, 시간이 x축인 표이다. 진폭 5인 주기가 6의 진동수로 나타났으므로, Frequency Domain은 그림의 아래 표와 같이 나타난다.

 

복합 신호 (Composite Signal)

단순 사인파는 데이터 통신에 유용하지 않다. 실제로는 많은 사인파를 혼합한 복합 신호의 형태로 사용한다. 

 

대역폭 (Bandwidth)

주파수의 범위로, 복합 신호에서 대역폭은 가장 낮은 주파수와 가장 높은 주파수의 차이이다.

 

 

디지털 신호

디지털 신호는 level로 구분되는 값들로 정보를 표현한다. 예를 들어 1을 positive voltage, 0을 zero voltage로 두는 신호를 들 수 있다. 

0, 1로 나타내어지는 비트의 갯수에 따라 표현할 수 있는 레벨의 수가 달라지는데,

비트가 n개 있을 때 나타낼 수 있는 level의 갯수는 2^n개이다.

 

비트율 (Bit Rate)

아날로그 신호의 주파수에 해당하는 특성이다. 디지털 신호에서 1초 동안 전송되는 비트의 갯수를 말한다. 단위는 bps(bit per second)이다.

예를 들어 80개의 char로 이루어진 줄(line)이 24개 존재하는 페이지에 대해, 1초에 100페이지를 전송하고자 한다. 이 때의 비트율은 다음과 같이 계산된다.

 

비트 길이 (Bit Length)

아날로그 신호의 파장에 해당하는 특성이다. 비트 길이는 전송 매체에서 하나의 피트가 차지하는 거리를 의미한다.

일반적으로 비트 길이는 다음과 같이 계산된다.

 

 

※ 본 게시글은 『Data Communication and Network』 를 참고하여 작성되었습니다.