2. 아날로그 통신의 이해

■ 아날로그 :

자연계에 있는 연속적인 신호들을 말함. 빛, 소리 등 모든 것은 연속적인 파동형태로 계속 이어지니까! 예를들면 우리가 '꺄아아악' 하는 소리를 '꺄.아.아.아.악" 이라고 문자로는 끊어서 쓸 수 있지만, 소리 자체는 계속해서 이어져 있다.

 

■ 디지털 : 

숫자, 문자는 불연속적이다. 예를들면 H와 I라는 문자는 각 개별성을 가진다. (hi 가 안녕이라는 뜻을 가질뿐 기본적으로 디지털 내에서는 h,i 나눠져 있는 문자로 봐야한다.)

 

 

■ 전자기파 :

-빛을 말함. 태양에서 지구로 오는 빛도 전자기파다.

-빛의 특성은 파동이면서 동시에 입자를 가진다. 여기서는 파동에 주목하자.

-파동은 흔들리면서 온다. 

 

■ 전자기파 (전기장과 자기장) : 아래 x축 y축 표를 보자.

-구리 코일에 자석을 왓다갓다하면 전기가 발생한다.

-전선(전기를 흐르게하면)을 두게 되면 주변에 자기장이 발생한다.

-전기장과 자기장은 수직을 이룬다. 위의 B와 E가 직각을 이룬다고 본다. 

-위의 그림에서 전기장(파란색 아래선)을 보면 위아래로 요동치면 수직으로 파동을 그리는 자기장이 나타난다. 이것을 전자기파라고 한다. 

 

■ 적외선, 자외선, x선

-각각 주파수가 다르다. 그래서 특성이 다르다. 

 

■ 주파수 = 매우 중요하다!

-진폭 : 중심에서 위 아래의 폭.

-파장 : 제일 높은 지점 간의 거

-파란색 선 : 이러한 선을 단순한 Sine파(싸인파) 라고 함. 동일한 주기를 가짐. 오르락 내리락 함.

 

■ 주파수의 정의

-초당 몇번을 오르락 내리락 했는가?  몇 주기를 가지는가?    가 바로 주파수다.

-동일한 시간 시간 내에 많이 많이 오르락 내리락하면 주파수가 높고(고주파), 반대면 낮은 것(저주파)

 

■ 안테나

-파장의 1/2 or 1/4 의 길이가 되어야지 신호를 받을 수 있다.

-안테나가 길면, 파장도 길다(저주파)  반대로 

-반대로 안테나가 짧아야 (고주파)를 받을 수 있다.

 

■ 헤르츠 Hz = 주파수

-초당 몇번 오르락 내리는가?

-숫자가 높을수록 많이 오르락 내리락 함.

 

■ 주파수와 에너지

-고주파는 에너지가 높다. 왜냐하면 진폭이 오르락 내리락해야할 에너지가 많이 필요하니까. 

-저주파는 반대로 에너지가 낮다.

 

■ 주파수 : 1초 동안에 진동하는 수를 말합니다. 전파는 눈에 보이지는 않지만 파도와 같은 모양으로 출렁이면서(진동하면서) 진행합니다. 그 진동하는 회수가 1초 동안에 1번 진동하면 1Hz(헤르츠), 2번 진동하면 2Hz(헤르츠), 200번 진동하면 200Hz(헤르츠) 라고 합니다.

 

■ 음성 : 멀리 못간다. 왜냐하면 주파수가 20Hz~20kHz로 낮기 때문이다. (다만 빛과 비교했을 때의 얘)

■ 음성을 빛에 실어 보낸다라는 가정 (뒤에서 이에 대해 배움)

-우리가 아주 큰 대형 운동장에서 열린 콘서트를 듣고 있다. 나는 운동장 끝에 있다.

-만약 주변에 스피커가 설치되어 있지 않다면, 저 멀리 있는 가수의 행동이랑 음향이랑 약간의 차이를 느낀다.

-그러나 주변에 스피커가 있다면? 가수의 음성이 맨 앞에 있는 사람처럼 동일하게 느낄 수 있다.

 

■ 신호파 : 빛(전자기파)이라고 생각하자.

■ 반송파 : 보내야하는 신호. 음성이라고 생각하자.

■ 피변조파 :

-빛(신호파)과 음성(반송파)을 합친것. 

-빛의 주파수를 갖게 된다. 그래서 빠르다.

-즉, 음성의 파동을 빛이라는 전자기파에 실어서 날리게 된다.

-그럼 어떻게 실어서 보내냐? 신호파(빛)은 진폭이 일정하다. 그런데 반송파는 보면 꾸물꾸물 거린다. 즉, 신호파(빛)에 반송파(음성)을 입힌다. 

- 포락선 : 포락선을 보면 반송파와 같다. 즉 이게 입힌 것이다. 신호파의 진폭을 반송파에 맞춰 높낮이를 조절해서 입힌 것이다. 이를 AM 변조라고 한다. 다만 중요한건! 주파수가 변하지 않는다. 진폭은 변하지만!(그래서 진폭변조라고 함) 주파수는 그대로다. (초당 움직이는 양)

 

■ AM 변조(진폭 변조)의 특징

-단순하다.

-안테나에서 같은 주파수로 보내면, 같은 주파수로 기다리면 되서 편하다. (나머지 주파수는 걸러내고!)

 

 

■ 반송파 신호 : 전자기파(빛) 

■ 변조 신호 : 음성

 

■ FM 변조 : 

-주파수를 변조시킨다. 즉, 주파수의 값을  주파수가 높고 낮은 것으로 표현한다.

-3번째 FM된 신호 : 고주파는 여러번 주파수가 요동친다. 그에 비해 저주파 쪽은 덜 요동친다. 근데 둘다 진폭(위 아래 높이)는 같다. 즉 음성의 고주파와 저주파의 차이를 주파수(몇번 요동 쳤는가)로 나타낸 것이다.

 

■ FM 변조의 특징

-복잡하지만, 진폭이 동일하다.

 

 

■ S/N : 얼마나 노이즈가 끼는가?

AM은 문제가 있다. 비슷한 주파수를 만나게 되면 진폭에 영향이 생긴다. 그래서 노이즈가 생긴다. 즉 오르락 내리락하는거에 살이 더 붙거나 낮아지면서 노이즈가 생긴다.

 

■ 사용주파수 : 고주파인 경우 보통 FM(주파수 변조 방식)을 쓴다.

 

■ 주파수 대역폭 : 

-최고, 최저 주파수를 정해줌.

-예를 들면 라디오에서 91.9 MHz라는 라디오 방송이 있다. 여기에서 나오는 Hz는 91.9를 기준으로 위 아래 +a 를 둔다. 이 폭 (진폭)을 대역폭이라고 한다.

-결론 : 진폭이 동일하다. 즉, 정해준 진폭(대역폭)에만 집중하며 듣는게 FM이라고 생각하자.

 

■ 장치: 초기에는 AM >> 현재는 대부분 FM 이다. 그리고 기술적으로 FM이 복잡하다.

 

 

 

■ 가시광선 (광통신, 빛) = 우리가 보는 시야. 고주파의 영역이다. 에너지가 강하다.

■ 일반적인 통신부터해서 위성통신까지, 갈수록 점점 고주파의 영역으로 가고 있다.

■ 고주파로 갈수록 통신량 (정보량, 데이터량)이 많아진다.

 

■ 장파 - 무선전신전화 : 무전기

■ 중파 - 단파통신 AM 방송 : AM 변조를 이용한 것.

■ 극초단파 - 이동전화 : 우리가 많이 쓰는 현재다.

■ 초극초단파 : 우리가 현재 쓰는 5G통신이 여기다.

■ 의문점 : 그럼 고주파로 갈수록 좋네? 아니다!

 

■ 고주파의 단점 : 

-무선 통신으로 가면 통신 중계기가 많이 필요하다. 왜? 안 닿으니까. 기본적으로 고주파는 장애물에 약하다!

-고주파는 멀리가서 좋다. 하지만 장애물 통과는 못한다!

-회절을 예로 들 수 있다. (나중에 검색해보자)

 

■ 우주통신에는 큰 장애물이 없어서 괜찮지만, 도시에는 장애물이 많아서 고주파가 꼭 좋은건 아니다.

 

■ 빛의 산란 : 

-태양빛은 고주파다. 노을이 질 때는 저녁이다. 즉 지구에서 나의 위치가 태양빛이 안보이는 뒤로 점점 회전하는 것이다

-이는 태양빛이 대기권의 내에 오래 있게 된다. 그리고 태양빛은 대기권 내의 장애물인 매질등을 만나게 된다.

-여기서 상대적으로 고주파(블루)는 장애물 매질에 죽게되고, 저주파(레드)는 살아남아 우리에게 보여진다.

-그래서 노을은 붉다.

 

■ 주파수가 겹치면 통신이 겹치기에, 각 회사별로 주파수를 나눠주는 모습. 너희 회사는 여기 주파수만 써! (국가에서 임대함) 

■ 정보량을 늘리는 법은 고주파를 쓰고 대역폭을 늘리는 것이다. (LG보다는 kt나 sk가.....품질이 좋은....이유..?!)

■ FM에서 진폭을 늘리면? (위 아래로 요동치는 고저높이) 당연히 그 높이 차이만큼 데이터를 더 실어 나를 수 있어 전송량이 많아진다.

■ FM에서 대역폭은 정보량과 비례한다. 그리고 이는 속도가 빠르게 보낼 수 있다. 

 

 

 

 

 

 

학습정리

1. 신호 변조 방식

• AM: 신호파의 진폭을 유지하고, 동일한 주파수를 사용하며, 노이즈에 약함
• FM: 신호파의 정보를 주파수로 변조하고, 대역폭을 가져야 하며, 노이즈에 강함

2. 주파수에 따른 특성

• 고주파: 에너지가 높고, 장애물에 약함
• 저주파: 에너지가 낮고, 장애물에 강함

3. 대역폭

• FM 변조에는 필수적임
• 전송 데이터 양과 밀접한 관계를 가짐