[데이터통신] 아날로그 신호 - 정현파, 주기와 주파수, 위상, 파장, 복합 신호, 대역폭 등

본 포스팅은 McGraw-Hill Education의 Data Communications and Networking, 5th Edition By Behrouz .A Forouzan 을 참고하였습니다.

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3.2 주기 아날로그 신호

아날로그 신호는 단순 신호와 복합 신호로 나뉜다. 정현파(sine wave)와 같은 단순 아날로그 신호는 더이상 단순한 신호로 나뉠 수 없으나, 복합(composite) 아날로그 신호는 여러 개의 정현파로 나뉠 수 있다.

3.2.1 정현파 (Sine Wave)

정현파는 주기 아날로그 신호의 가장 기본적인 형태이다. 한 사이클을 진행하는 동안의 변화는 부드럽고 일정하며 연속적이고 흘러가는 듯한 흐름을 갖는다.

정현파는 최대 진폭(Peak Amplitude) , 주파수(Frequncy) , 위상(Phase) 이라는 세 가지 특성으로 표현된다.

최대 진폭

• 전송하는 신호의 에너지에 비례하는 가장 큰 세기의 절대값을 나타낸다
• 전기 신호의 경우, 최대 진폭은 흔히 전압으로 측정된다.

주기와 주파수

• 주기는 신호가 한 사이클을 완성하는 데 필요한 시간의 양 (sec)
• 주파수란 1초동안 생성되는 신호 주기의 수 (Hz)
• 주기와 주파수는 서로 역이다

3.2.2 위상 (Phase)

위상이라는 용어는 시각 0시에 대한 파형의 상대적인 위치를 나타낸다. 각도나 라디안으로 측정된다.

또한 위상을 보는 또다른 방법은 편이(shift) 또는 편심(offset)이다.

위 그림에서

• b는 왼쪽으로 1/4 사이클만큼 편이
• c는 왼쪽으로 1/2 사이클 만큼 편이

3.2.3 파장 (Wavelength)

파장(wavelength)는 단순 신호가 한 주기 동안 갈 수 있는 거리이다.

• 전송매체를 통과하는 신호의 또 다른 특징이다.
• 전송 매체를 통한 전파 속도와 연관된다

파장을 구하는 식은 아래와 같다.

전자기 신호의 전파 속도는 전송 매체와 신호의 주파수에 좌우된다.

3.2.4 시간 영역과 주파수 영역

지금까지는 시간영역 도면을 사용하여 정현파를 나태내었다. 이는 시간을 고려하여 신호 진폭의 변화를 보여준다. 하지만 위상은 명백히 측정되지 않는다.

진폭과 주파수 간의 관계를 보여주기 위해서, 주파수 영역을 고려한 도면을 그릴 수 있다. 하지만 이는 한 주기안에서 진폭의 변화를 보여주지 못한다.

주파수 영역 도면의 장점은 즉각적으로 주파수의 최대 진폭을 알 수 있다. 완전한 정현파는 spike 뾰족점 하나로 최대 진폭과 주파수를 표시할 수 있다.

3.2.5 복합신호 (Composite Signal)

단순 정현파는 어떤 경우에는 매우 유익하지만 데이터 통신에서는 큰 쓸모가 없다. 전화와 같은 신호의 데이터를 전달하고 싶다면 복합 신호 (composite signal)를 보내야 한다.

복합 신호는 여러 개의 단순 정현파로 만들어진다.

이는 푸리에 해석에 따라 서로 다른 주파수, 진폭 및 위상을 가지는 여러개의 정현파가 합쳐서 만들어진다는 것이 증명되었다.

위 그림은 한 복합 주기신호를 시간 영역 및 주파수 영역으로 분해한 이미지이다.

이 신호들을 분해하는 일은 매우 어렵지만, 발전된 하드웨어와 소프트웨어 기술로 이 일을 수행할 수 있다.

복합 신호의 주파수와 같은 주파수를 가지는 분해된 신호를 기본 주파수 또는 첫째 조파라고 한다. 신호를 주파수 분해하면 항상 이산적이다.

3.2.6 대역폭 (Bandwidth)

복합신호의 대역폭은 신호에 포함된 최고 주파수와 최저 주파수의 차이이다.

위 그림은 대역폭의 개념을 보여준다.

두 개의 복합 신호를 보여주는데 하나는 주기 신호, 하나는 비주기 신호이다.