[데이터통신 #3_1] Digital<->Analog
디지털 통신은 1비트 보내는 것을 이해하는 것부터 시작한다.
소리전송을 예로 들어보자
소리전송
소리란 사람들의 이야기, 전화 통신, 디지털 통신의 기초(무선랜, 3/4/5G 통신) 등이 있다.
소리 전송을 응용한 예
-실내위치: 스타벅스 모바일 앱 사이렌 오더
-결제: 신용카드
-음악: 샤잠(Shazam)
-IoT: Amazon Dash button
아날로그 vs 디지털
아날로그: 전송, 저장, 오류 복구 어렵다/ 옆자리 친구와 대화/ 멀리 떨어져있는 친구와는 편지로 대화해야/ 아날로그 감성
디지털 : 가공, 편집, 복제, 용량 편리성/ 옆자리 친구와 카톡/ 멀리 떨어져있는 친구와 카톡/ 디지털의 편리성
가청주파수
: 사람 목소리가 전달되는 주파수로 20~ 20,000Hz 이다.
아날로그-> 디지털 신호
아날로그와 달리 디지털은 자유롭게 사용이 가능하다. 따라서 아날로그 데이터를 디지털로 바꾸는 기술이 필요 !
디지털 데이터로 바꿔놓으면 라인코딩을 이용해 변조해서 보내면 전송할 수 있다.
이를 Modulation(변조) 이라고 하는데 이것을 수행하는 것을 "모뎀"이라고 한다.
1초에 8,000개의 샘플로 표현한다. 1개 샘플은 8비트로 표현된다. 따라서 1초에 64,000bit 이므로 64Kbits 의 데이터이다.
* 샘플링 : 기본적으로 수많은 데이터들 가운데 유한한 개수의 데이터를 뽑아내는 것
목소리 전송
:아날로그-> 디지털 / 이때 필요한 것이 PCM
ADC(Analog to Digital Conversiont)
- 아날로그 신호(연속 신호)를 디지털 신호로 바꾸는 기법
- 샘플링 : 소리를 44.1 kHZ 샘플링 (0.023ms 마다 1개)
- 양자화 : 특정 전압 레벨로 구분, 10-bit ADC 에서 5V/2^10 = 4.88mV 단위
- 가장 흔하게 쓰이고 유명한 방식에 PCM 이 있다.
PCM
:디지털 오디오 표준
목소리를 사진과 같은 샘플을 디지털로 만들어서 비트로 표현하기(인코딩)
*샘플링 : 사람의 목소리는 가청주파수대역의 일부분(300-3400 Hz)
- 아날로그 데이터와 양자와 과정에서 나타나는 양자화 값의 차를 "양자화 잡음" 이라고한다.
양자화 잡음
1. A/D 변환 과정 중 표본화 직후 양자화 시 나타나는 오차
2. 아날로그 신호가 표본화되고 표본이 유한 개의 진폭 값 중 하나가 될 때 아날로그 표본값과 양자화된 값의 차이
나이퀴스트 전송률
- 잡음이 없는 채널의 경우 사용한다.
- 대역폭은 채널의 대역폭, L은 데이터 나타내는 데 사용한 신 호준위의 개수, 전송률은 초당 비트수라고 할 때
전송률 = 2*대역폭* $log_2{L}$
ex) 사람 목소리는 1초에 몇 비트가 전송되어야 할지 ?
=>1초에 8,000개의 샘플로 표현한다. 1개 샘플은 8비트로 표현된다. 따라서 1초에 64,000bit 이므로 64Kbits 의 데이터이다.
서비스 음성/가청주파수 대역
- 전화 : 300-3400Hz
- AM 라디오: 100-5000Hz
- FM 라디오 : 100-10,000Hz, 50-15,000Hz
- CD : 20-20,000 Hz