1. 정보전송공학 - 전송매체

1. 통신망의 전송매체

전송매체 -	- 유선	평형 2선식	CPEV
	(전기적 신호)		TP(Twisted Pair)
	= 도체	불평등 2선식 = 동축케이블
	- 광섬유(빛, 부도체)

 

1-1 망형태(토폴로지)에 따른 분류

망형(Mesh 형)	- 각 사용자들이 주위의 모든 스테이션과 연결되있음 - 스테이션이 N개일 때 연결노드의 수는 n(n-1)/2 - 매체 비용이 비싸며 이용률 매우 낮음
성형(Star 형)	- 중앙에 통신제어기 두고 각각의 노드를 연결하는 구조 - 중앙제어노드가 작동 불능 시 전체 네트워크에 영향 미침 - 설치 용이하나 비용 많이 듬
버스형	- 시스템을 연결하는 케이블이 버스 구조 이루며, 간단하고 신뢰성 좋으나 거리 제한 존재 - 메시지 전달속도가 빠르며, 스테이션의 추가가 쉬움 - 스테이션의 고장이 전체 네트워크에 영향 미치지 않음 - 시그널의 반사 방지 위해 터미네이터 사용
트리형	- 케이블들이 전체적으로 하나의 트리 구조 이룸 - 여러 개의 작은 버스 네트워크를 계층적으로 연결
링형	- 각각의 인접사용자들끼리 서로 연결되어 링 형태를 이루는 구조 - 네트워크 내의 한 스테이션이라도 이상 생기면 전체 네트워크에 영향 미침

 

* UTP와 STP 비교

UTP(Unshielded Twisted Pair) 비차폐 꼬임선	- 절연된 2개의 구리선을 서로 꼬아 만든 여러 쌍의 케이블 외부를 플라스틱 피복으로 절연시킨 케이블 - 일반 전화선, LAN의 환경 이어주는 신호선의 한 종류 - 네부의 선: 두가닥씩 꼬인 4쌍, 8가닥의 신호선으로 구성 - 신호 전송 용도는 4가닥, 나머지 4가닥은 접지 용도 - 전송 길이 최대 100m 이내 - 선로 간 누화 현상 감소를 위해 근접한 Pair 간 꼬는 길이 달리함
STP(Shielded Twisted Pair) 차폐 꼬임선	- 두가닥씩 꼬인 Pair 4쌍 각각에 알루미늄 호일 등을 사용해 편조실드 처리 한 케이블 - 전자기파 장해가 예상되는 발전소, 변전소 등에 사용 - 차폐에 따라 부피가 크고, 휘어지지 않아 취급 어려움 - 내부의 선: 두 가닥씩 꼬인 4쌍, 8가닥의 신호선으로 구성 - 신호 전송 용도 4가닥, 나머지 4가닥은 접지용도

 

 

1-2 Twisted Wire Pair Cable 꼬임 2선식 케이블

(1) 구조

- 절연된 2개의 구리선이 균일하게 서로 꼬여있음

- 하나의 쌍이 전송로 역할

- 장거리의 경우 수백개의 쌍

(2)종류: 층연: 200페어 케이블     |     유니트연: 200페어 이상

(3) 용도

- 아날로그 신호와 디지털 전송

- 전화시스템의 근간

- 동일 건물 내의 네트워크 구성

- 저속도

 

(4) 전기적 특성: 저항은 주파수 높아지면 근접작용, 표피작용, 와류작용 및 다른 도체와의 반작용에 의해 증가

표피작용	- 주파수가 높을수록 도체 표면을 따라 흐르는 현상 - 침투 깊이에서의 전류, 전계값은 도체표면의 0.368배(0.368%) - 전류가 흐르는 실제 단면적이 줄어듬 -> 실효저항이 증가
인덕턴스(Inductance)	- 코일등에서 전류의 변화가 유도기전력이 되어 나타나는 현상 - 심선경에 반비례 - 심선간의 간격에 비례 - 주파수가 증가함에 따라 줄어듬 - 트위스트페어 케이블의 특성 - 평형 케이블: 두 전선 모두 0전위 이상의 전위를 가지며 동진폭, 역위상의 신호가 전송되는 케이블, 중심성이 평형함

* 선로의 특징: 감쇠 -> 전송거리, 잡음(Noise), 누화(Cross Talk), 왜곡(Distortion)

 

(5) 장하

- L(잡음유도)를 삽입시키는 것

- 일반손로 조건: RC > LG

*R: 저항, C:용량, L: 유도(잡음), G: 누설컨설턴트

- LG = RC: 케이블 선로의 감쇠량 최소조건, L을 증가시키는 방식 사용

종류	- 연속 장하(평등장하, krarup 장하): 케이블 전체에 자성재료 - 집중 장하(코일장하, 푸킨장하): 특정 부분, 일정간격마다 집중적
특성	- LG = RC: 무왜조건, =0이면 무손실 조건 - 선로의 음성 주파수 감쇠가 매우 작아짐 - 높은 주파수(전파속도 늦어짐)에서는 갑자기 커지므로 반송통신, 데이터 통신에는 사용 안함 - 장하케이블: 단거리 시내 케이블 용. 100kbps ~ 수 mbps. 1km이내
장점	- 기존 장비 이용 가능 - 가격 저렴, 설치 쉬움 - 전화케이블
단점	- 속도/거리 제한                             - 고속 전송 시 에러 발생률 높음 - 주파수 대역 좁음                           - 전자 유도 잡음에 약함 - 내구성 약함

 

 

 

1-3 동축케이블

(1) 구조

- 절연체, 원반 이용시 임피던스 75 Ω -> 임피던스 맞추기 쉬움

- 폴리에틸린으로 채울 경우 50 Ω

(2)종류

- 표준동축케이블(C): S형, W형(외부 도체의 내부 반지름 9.5mm)

- 세심동축케이블(P): 4.4mm 세심동축케이블, 5.6 mm

- 동축케이블의 종류: P-4M, P-1M, C-12M, C-60M, C-100M 등

- 숫자는 파단 주파수, 클수록 전송채널 수가 많음, 차단 주파수 올라감

(3) 용도

- 디지털 신호 변조하지 않고 전송

- 장거리 전화 및 TV 전송, 근거리 네트워크, 단거리 시스템 링크

(4) 전기적 특성

(5) 동축케이블의 특성

장점	- 아날로그와 디지털 모두 이용 - PCM 전송방식에서 많이 이용 - 광대역 초다중화 전송 - TP보다 주파수 특성 우수 - 높은 데이터 전송률 - 누화(통화량의 손실 현상) 특성 암호 - 간섭 특성 양호 - 전송 특성 양호
단점	- 임피던스 불균등점이 있으면 반사현상(곡률반경 2M 이내) 발생 - 고스트: 임피던스 불균등 펄스 시험법으로 측정  - 60KHz 이하에서 이용 불가능 -> 원단 누화 발생 * 고스트(다중화면)이 발생되지 않기 위한 조건 - 전화회선: 반사량이 40dB 정도일 때 이용가능 - TV 전송회선: 반사량 60dB, 전송속도 1 ~ 수십 Mbps - 전송거리 : 2.5KM 이내 - 망형태(토폴로지): 버스형, 링형 - 비트에러율: ⁻¹⁰(TP보다 좋음) - 신뢰성, 경제성, 단말의 접속 용이 - 잡음에 민감, 주파수 대역 좁음, 거리 제한 있음

 

(6) 브로드밴드 동축케이블

- 무선 주파수 모뎀을 이용하여 전송 시 이용

- 전송속도: 150Mbps 이내

- 전송거리: 300KM 이내

- 망형태: 버스형

- 비트에러율: ⁻¹⁰

- 내구성, 소음ㅇ[ 강함, CCTV용 케이블(음성데이터, 영상신호 절차)활용

- 접속 어려움, 무선 주파수 모뎀 필요, 설치 및 유지비용 비쌈

 

1-4 광케이블

(1) 구조

- 코어: 광이 전파하는 영역, 굴절률이 커야 함

- 클래드: 광에너지 손실을 방지하기 위해 굴절률이 약간 적음

(2)재료: 석영, 유리, 플라스틱

(3) 원리

- 전반사: 광을 Fiber 내부로 반사시켜 전파시킴

* 전반사 조건(=Snell 법칙) : 코어의 굴절률 >  클래드의 굴절률

* 임계각: 전반사가 일어나기 위한 광의 입사각

(4) 광학 파라미터

- 수광각: 광을 코어 내에서 입사할 때 전반사 시킬 수 있는 최대 입사 원뿔각

- 개구수(NA): 광섬유가 내부 전반사 조건을 만족하면서, 광원으로부터 빛을 얼마나 받을 수 있는지를 나타내는 값

- 비(상대)굴절률 차: 코어와 클래드 간의 굴절률의 차

* 비굴절률차가 적으면 광이 코어 밖으로 나옴(0.01 이하)

- 굴절률 분포 계수: 코어 내에서 축으로부터의 거리에 따른 굴절률의 변화

- 규격화 주파수: 광섬유 내 빛의 경로(전파 모드) 개수를 정하는 광섬유 파라미터

(5) 구조 파라미터: 코어직경, 클래드의 직경, 편심률(중심정 일치), 비원률

(6) 종류

- 전송모드 SM(Single Mode): 1개의 전파, 간섭 없음, 고속, 대용량 전송

- 전송모드 MM(Multi Mode): 모드 간 간섭, 전송대역 제한(분산), 제작용이

- 굴절률 SI(Step Index): 불연속 굴절률 분포, 모드분산(속도차이)

- 굴절률 GI(Graded Index): 연속 굴절률 분포

	SI-SM	SI-MM	GI-MM
코어 직경	10 µm	62.5 µm	62.5 µm
클래드 직경	125 µm	125 µm	125 µm
모드 분산	없다	크다	최소화
전송속도	고속	저속	중속
전송거리	장거리	단거리	중거리
수광능률	낮음	높음	높음

 

*SM과 MM의 비교

	전파모드	속도(대역폭)	분산/손실 특성	응용
SM(Single Mode)	하나	고속(광대역)	작음	장거리, 대용량 통신
MM(Multi Mode)	여러개	저속(협대역)	큼	근거리, 소용량 통신

 

(7) 광섬유 케이블의 특성

분산	모드 내 분산	- 색분산(SM 존재) - 재료 분산 - 구조 분산
	모드 간 분산	- MM 존재
손실	재료 손실 (코어 내부)	- 산란: 레일리, 라만, 부룰루인 -> 입자와 부딫힘 - 흡수: Fe, Cu, H20 -> 불순물과 부딫힘 - 회선손실: 접속, 결합시에 발생
	구조 손실 (코어 외부)	- 불균등 손실 - 마이크로 밴딩 - 코어 손실(곡률 손실) -> 구부려 이용하기 때문

 

 (8) 광섬유 케이블의 장단점

장점	- 세경성( 가늘고 가벼움)                                        - 전자유도 영향 받지 않음 - 저손실성                                                             - 구부림 허용 반경이 동축케이블보다 작음 - 광대역성                                                             - 경제적 - 무유도성(빛만 유도)
단점	- 분산현상 - 중계기 전원을 위한 급전선 필요 - 접속 어려움 - 표면에 상처 발생시 파단의 고장 발생

 

(9) 광통신 시스템

- 구성도

데이터 -> 부호기 -> 전기펄스 -> 광원(발광소자, 전기 -> 광에너지) -> 광섬유(전송로) -> 광검출기(수광소자) -> 전기펄스 -> 복호기 -> 데이터

 

- 광변조 방식

직접 변조 방식(IM)	광신호를 디지털 신호로 만들어 전송하는 방식
코히어런트(Coherent) 방식	입력신호에 따라 ASK FSK, PSK 변조 전송