데이터통신 2주차 공부내용

1비트만들기 - 사인함수

1. 1bit 표현은 L1 인 물리 계층에서 표현이 됨

(bit -> byte -> 이터넷(L2에서의 유선 LAN)-> IP-> TCP UDP -> HTTP)

디지털 1bit <-> 아날로그 신호 사인함수
사인함수를 통해 1bit 를 만든다.

2. 이더넷 케이블 또는 무선랜의 1bit

이더넷 케이블 : 전기 신호 : voltage on or off (5v -> 1, 0v -> 0)
구리선으로 이루어진 일반적인 유선인터넷(이더넷) 환경에서는 전기 신호의 전합차이를 이용하여 0 1 표현을 한다.

무선랜 : 공기 중으로 전자기파(주로 2.4GHz 또는 5GHz) 를 쏘아 데이터를 보낸다.

그러나 공기 중을 날아가는 전파는 아날로그 파동이라 뚝뚝 끊어지는 디지털 비트를 표현할 수 없다. -> 따라서 디지털(0,1)을 아날로그 파동에 실어 보낼 수 있도록 파형을 보내는게 변조 . 즉 신호의 특성(진폭, 주파수, 위상)을 변조한다.

사인함수를 통해 신호로 만들거나 받은 신호를 해석한다.

3. 물리계층에서의 신호

사인함수로 생김

0/1비트는 디지털을 아날로그 신호로 만듦
아날로그 신호는 사인함수의 조합으로 구성되어있다

유선 : 구리/광케이블; 전자(전기적 신호) , 빛
무선 :

• 비가청 주파수 : 무선랜(2.4-5G GHz), 블루투스, 이동통신, 위성
• 가청 주파수 : 소리 (20-20,000Hz)

주파수대역
300kHz - 3MHz (MF) : AM라디오

30MHz - 300MHz (VHF) : FM라디오, TV 방송, 항공 통신

300MHz - 3GHz (UHF): 디지털, TV, 이동통신, wifi, 블루투스

3GHz - 30GHz (SHF,마이크로파): 5G,위성통신,레이더

30GHZ - 300GHZ (EHF , 밀리미터파) : 5G 초고속 데이터

4. 아날로그 신호 = 사인함수 조합

y(t)=Asin(2πft+φ)

A : 크기
f : 주파수
φ : 위상
fs : sampling rate

np.arrange(0, 2, 1/fs) -> 0에서 2까지 사이에 1/fs 단위 값 생성
np.pi = π

5. 아날로그 신호 통신응용 살펴보기

디지털 정보 -> 모스부호 : 디지털 정보(알파벳), 아스키코드 : 문자열

아날로그 통신 -> 소리 : 20에서 20000Hz 사이 가청주파수 대역, 무선 전자기파, 유선 전기적 신호, 빛

0101010101 <-> ASCII <-> 알파벳

기생충 : 빛(아날로그) -> 모스부호(디지털)

6.모스부호

wav 소리파일은 1초에 48,000개 샘플이 있음 (48,000Hz)
샘플 1개에 16bit 임

wav 파일은 비압축 오디오 파일 포맷, RIFF 구조
PCM (아날로그 -> 디지털 변환방법) 데이터 저장

모스코드 하나는
. : 2400샘플 (0.05초)
-: 9600샘플 (0.2초)

송신자 : 아날로그 신호->알파벳 모스코드 매핑-> 모스코드 해당 wav 파일에 저장

수신자 : wav파일 읽기 -> frame으로 나누기 -> 시작 frame 찾기 -> chunk 나누기 -> chunk 디코딩하기

7. 소리로 데이터통신하는 응용

• 스타벅스 (사이렌 오더): 건물 내부에서는 GPS 신호가 잡히지 않는 한계를 극복하기 위해 소리 통신을 위치 파악에 활용한 사례입니다. 매장의 스피커에서 음악과 함께 사람이 들을 수 없는 고주파(비가청 주파수) 대역으로 해당 매장 고유의 위치 신호를 쏘아 보내면, 고객 스마트폰의 마이크가 이 소리를 인식하여 어느 매장에 도착했는지 자동으로 확인합니다.
• Shazam (샤잠): 주변에서 흘러나오는 음악 소리를 마이크로 듣고 분석하여 무슨 노래인지 찾아주는 음악 검색 앱입니다. 입력된 소리의 패턴을 데이터베이스와 매칭하여 정보를 식별하는 원리이며, 현재는 애플(Apple)에 인수되어 관련 오디오 인식 기술(ShazamKit)로 활용되고 있습니다.
• Chirp (처프): 컴퓨터나 스마트폰의 스피커와 마이크를 이용해 오디오 형태로 텍스트 메시지나 데이터를 송수신하는 기술입니다. Web Audio와 자체 SDK를 활용해 소리에 디지털 데이터를 실어 보내는 근거리 통신망을 구현했습니다.
• Google Tone (구글 톤): 교재의 슬라이드에서 Data over Sound의 응용 사례 중 하나로 함께 소개되었습니다. (마찬가지로 컴퓨터 스피커로 특정 소리를 내어 주변 기기의 마이크로 URL 등의 데이터를 전송하는 확장 프로그램 기능입니다.)

8. 용어

주기 : 신호가 반복되는 시간

주파수 : 시간당 반복되는 신호개수 (Hz, kHz, mHz)

대역폭 : 아날로그에서는 주파수 범위(Hz). 디지털에서는 비트 전송률(bps)