통신시스템_아날로그 통신_디지털 통신

LoRaWan을 학습하면서 느낀 건 내가 너무 통신에 대한 이해가 없다는 것이었다. 😥😥😥
통신에 대한 개요를 먼저 살펴보는 것이 좋을 것 같다는 생각이 들었다. 그래서 시작!

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통신

송수신 간에 약속된 수단 및 절차에 의해 채널을 통해 정보를 주고받는 것

통신 시스템의 목적
✨ 정보를 전달위한 것

정보 
메세지 : 전기적 신호가 아닌 음성, 화상, 문자, 영상 등의 정보

송신단
전기신호. 전압이나 전류 신호로 바꿔서 전송

채널
전기적 통로. 유무선 경로

수신단
전기 신호를 원래 메세지 형태로 변환

**채널에는 잡음이나 간섭신호와 같은 의도하지 않은 전기신호가 존재해 전송된 신호를 방해한다!😡😡😡

나는 송신단을 통해 보내진 메세지가 수신단에서 제대로 받아 원상태로 복원될 수 있게 설계해야한다!

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신호와 전송

아날로그 신호와 디지털 신호

신호(signal)
데이터를 통신 회선을 통해 전송할 수 있는 상태로 변환시킨 것

아날로그 신호
연속적인 파형. 진폭이 무한대. 연속적으로 이어지는 데이터.
주파수에 따라 연속적으로 변하는 전자기파
전압이나 전류와 같이 연속으로 변하는 물리량을 나타내는 신호
여러 매체를 통해 전송 가능하지만 잡음에 민감

데이터 신호
이산적인 파형. 진폭이 유한개
특정 데이터를 분명하게 정의하고 표현하는 방식
아날로그 신호에 비해 잡음에 강함
전기적인 두 상태인 1과 0으로 애응시켜 나타냄
동선 매체를 통해 전송하고 아날로그 신호에 비해 잡음에 강함

아날로그 전송
아날로그 신호에 의해 정보가 실린 높은 주파수의 파라미터(진폭, 주파수, 위상)를 변화시켜 통신 회선을 이용해 전송
거리에 따라 신호 세기가 감소하는 감쇠 현상을 복원하기 위해 증폭기를 사용해 신호를 증폭
다중화 방법으로 주파수 분활 다중화(FDM, Frequency Division Multiplexing)를 이용하기 때문에 누화나 잡음에 민감

데이터 전송
단거리는 별도의 장비없이 전송이 가능하지만 장거리 전송의 경우에는 중계기(repeater)를 사용
시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing)를 사용해 아날로그 전송보다 더 쉽고 저렴하게 전송 가능

누화
여러 전화회선이 접근되어 있을 때 한 전화회선의 통화전류가 다른 전화회선에 유기되어 통화의 내용이 다른 전화회선으로 새어 나가는 현상

아날로그 데이터는 A/D과정을 거쳐 디지털 데이터로 변환해 디지털 신호로 전송이 가능하다.

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원천 부호화와 원천 복호화

부호화 (Encoding) 
아날로그 데이터나 디지털 데이터를 신호로 바꾸는 과정
데이터 정보 하나하나에 대해 이진 표현으로 바꾸는 방법

부호화 방법

디지털 데이터의 아날로그 부호화	디지털 데이터 ↔ 아날로그 신호
디지털 데이터의 디지털 부호화	디지털 데이터 ↔ 디지털 신호
아날로그 데이터의 아날로그 부호화	아날로그 데이터 ↔ 아날로그 신호
아날로그 데이터의 디지털 부호화	아날로그 데이터 ↔ 디지털 신호

원천부호화 (source encoder)
- A/D과정
표본화, 양자화, 부호화 구성된 PCM 과정, DPCM 과정, DM과정 등을 거쳐 아날로그 신호를 디지털 비트 열로 바꾸는 과정
- 데이터 압축 과정
전송 데이터 양을 줄이기 위한 디지털 데이터 압축
- 암호화 과정 
원치 않는 수신자가 데이터를 해독할 수 없도록 비화

복호화 (Decoding) 
아날로그 데이터나 디지털 데이터를 신호로 바꾸는 과정
데이터 정보 하나하나에 대해 이진 표현으로 바꾸는 방법

원천복호화 (source decoder)
원천 부호화의 역과정으로 D/A 과정, 압축된 데이터를 푸는 과정, 암호화의 역과정 수행

** 송신기와 수신기에는 원천부호기와 원천복호기를 모두 가지고 있다 (원천코덱) 

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아날로그 통신 vs 디지털 통신

디지털 통신
데이터 전송 기술과 데이터 처리 기술을 결합한 통신 기술
아날로그 신호를 디지털 신호로 전환시키고 디지털 통신망이라 불리는 전용회선으로 상대 측에 전송해 수신 측에서 또 다시 원래 신호로 바꿈

컴퓨터 통신
데이터 통신의 한 종류. 특히 컴퓨터 간의 통신만을 지칭

정보 통신 (information communication)
데이터 통신보다 발전한 개념으로, 2진 데이터뿐 아니라 음성, 화상, 영상, 멀티미디어 등을 종합적으로 서비스하는 통신

아날로그 통신과 디지털 통신 비교

	주파수 분활 다중화 (FDM, Frequency Division Multiplexing)	시분할 다중화 (TDM, Time Division Multiplexing)
할당	주파수 분할 (대역폭 이용)	시 분할 (Time Slot 이용)
전송	아날로그 전송	아날로그를 디지털로 변환해 전송
효율	(디지털에 비해) 비효율적	효율적
특징	가드 밴드 (Guard Band) 필요	동기식 / 비동기식으로 분류

디지털 통신의 장점과 단점

장점

• 초고밀도 집적 회로(VLSI) 등의 발전으로 디지털 회로의 크기는 작아지고 가격도 점점 낮아지고 있음
• 아날로그 증폭기와 달리 리피터는 잡음과 다른 신호 장애를 누적시키지 않아서 더 낮은 품질의 회선을 사용하거나 데이터를 더 멀리까지 전송하더라도 데이터의 충실성(Fidelity)이 유지
• 암호화 기술을 적용하기 쉬고, 에러정정 등의 다양한 신호처리 가능
• 음성, 영상, 데이터 등 모든 형태의 정보를 통합하여 수용하는 것이 가능해 다양한 서비스 제공

단점 

• 넓은 주파수 대역폭 필요
• 전송 펄스 및 프레임의 시작이 어디이고 끝이 어디인지 정확히 서로 알고 맞추어야 올바른 통신이 가능하기 때문에
  송신단과 수신단 간의 동기화 필요
• 아날로그 신호는 진폭이 무한대지만 디지털 신호는 진폭이 유한개이기 때문에 디지털 방식 고유 오차가 신호 변환 과정에서 발생