와이어의 밴드와 주파수 사이의 관계는 무엇입니까?

네트워킹 (현재 링크-물리 계층)을 배우려고합니다. 이것은 자율 학습입니다.

나는 한 가지 특별한 점에 대해 매우 혼란스러워합니다.

유선으로 다음과 같은 데이터를 보내고 싶다고 가정 해보십시오.

01010101에서 다음과 같이 신호로 표시됩니다.

__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾

전송 될 데이터는 반드시 신호로 표현되어야하며이 상황에서 신호는 링크 / 와이어의 "전압 변화"입니다 (무선 링크가 아닌 케이블을 사용한다고 가정).

푸리에는 충분한 주파수로 신호가 잘 표현 될 수 있음을 증명했습니다.

처럼:

나는 여전히 전선의 신호와 주파수 간의 관계를 이해하지 못합니다.

빈도 정의는 단위 시간당 반복 이벤트 발생 횟수입니다. 그렇다면 단위 시간당 와이어에서 반복되는 것은 무엇입니까?

예를 들어 DSL 회선에서 주파수 분할 멀티플렉싱의 경우 여러 사용자에게 더 적은 주파수가 할당되므로 지정된 링크 / 와이어에서 사용자 당 대역폭이 줄어 듭니다. 와이어에 더 적은 주파수를 할당한다는 것은 무엇을 의미합니까? 더 적은 반복?

전선에 사용 가능한 주파수가 많이 있습니까? (0에서 1 메가 헤르츠라고 말하면) 0에서 100 또는 100에서 200 또는 500에서 1000 사이의 범위를 사용하여 위를 나타낼 수 있습니까? 더 많은 주파수를 사용하면 왜 더 많은 대역폭이 있습니까?

변조 및 기호 의

단위 시간당 반복 이벤트 발생 횟수 그렇다면 단위 시간당 와이어에서 반복되는 것은 무엇입니까?

전선의 전압 패턴이 반복됩니다.

매우 간단한 통신 시스템에서는 ASCII 기술로 표시된 것처럼 라인의 DC 전압을 임계 값 위 또는 아래로 순환 할 수 있습니다 __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. 임계 값이 + 5v 및 -5vdc라고 가정합니다. 두 개의 DC 전압을 통해 이진 데이터를 변조 하면 전압 레벨 당 하나의 비트 만 생성됩니다 (각 전압 전이를 업계에서 상징 이라고 함 ).

DC 전압 전이가 와이어에서 데이터를 나타내는 유일한 방법은 아닙니다. 앞에서 언급했듯이 주어진 주파수에서 신호의 전압을 변조하거나 두 주파수 사이를 이동하여 데이터를 변조 할 수 있습니다. 이 그림은 __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾AM (Amplitude Modulation)과 FM (Frequency Modulation)을 통해 동일한 전이가 어떻게 표현 되는지 보여줍니다 .

장거리로 전송되는 더 복잡한 시스템은 FDM 또는 QPSK 와 같은 더 복잡한 변조 방식을 사용하여 더 많은 데이터를 유선의 지정된 대역폭에 패킹합니다.

일반적으로 다음과 같은 조합으로 변조 할 수 있습니다.

• 진폭
• 회수
• 위상 오프셋 (레퍼런스 캐리어 또는 클럭과 관련하여).

비트 레이트 및 스펙트럼 효율

전선에 사용 가능한 주파수가 많이 있습니까? (0에서 1 메가 헤르츠라고 말하면) 0에서 100 또는 100에서 200 또는 500에서 1000 사이의 범위를 사용하여 위를 나타낼 수 있습니까? 더 많은 주파수를 사용하면 왜 더 많은 대역폭이 있습니까?

전선에 두 가지 상태가있는 주파수 변조 시스템을 고려해 봅시다 ...

• 0 기호 는 1KHz로 표시됩니다
• 1 기호 는 2.5KHz로 표시됩니다

이 변조 방식에는 1.5KHz의 대역폭 이 필요합니다 . 그러나 이것은 전송 된 비트 레이트 에 대해 아무것도 알려주지 않습니다 (혼란스럽게도 '대역폭'이라고도하지만 과부하 된 용어를 사용하지 마십시오).

FM 시스템이 1.5KHz 간격으로 0과 1 기호를 배치 할 수있는 한 가지 이유 는 모뎀 이 회선의 주파수 변화 를 얼마나 잘, 얼마나 빨리, 경제적으로 측정 할 수 있는지에 대한 제한이 있기 때문 입니다.

• 모뎀 이 주파수 변경을 얼마나 잘 측정 할 수 있는지는 유선에서 필요한 대역폭의 양을 결정하는 요소 중 하나입니다.
• 모뎀 이 주파수 (또는 다른 기호 ) 변화를 얼마나 빨리 측정 할 수 있는지는 모뎀 의 비트 레이트 가 얼마나 높은지 를 결정합니다
• 매우 높은 스펙트럼 효율 을 가진 시스템을 구축 할 수 있기 때문에 경제학은 큰 역할을 합니다 . 그러나 아무도 그것을 감당할 수 없다면 실제로 실현 가능한 솔루션은 아닙니다.

일반적으로 사용 가능한 대역폭이 더 많으면 더 빠르고 저렴한 모뎀을 구축 할 수 있습니다.

편집 : 댓글 응답

나는 당신의 응답을 연구했지만 여전히 몇 가지 것들에 대해 혼란스러워합니다. 내가 이해하는 한 와이어를 통해 1과 0 만 보낼 수 있습니다. 1.5KHz로 충분하다면 왜 더 많은 대역폭을 사용합니까?

마지막 섹션에서이 문제를 해결했지만 FM 변조 예제를 계속하겠습니다. 실제 시스템은 수신기 감도와 대역 통과 필터 를 얼마나 잘 구현할 수 있는지와 같은 요소를 고려해야 합니다.

모뎀에 사용 가능한 1.5KHz 대역폭이 9600 보드 만 생성한다고 가정 해 봅시다. 그러나 충분히 빠른 20KHz 모뎀을 구축 할 수 있습니다 (56K 보드가 필요할 수 있음).

20KHz가 더 좋은 이유는 무엇입니까? 대역 통과 필터 및 기타 구성 요소 의 현실과 불완전한 기울기로 인해 올바른 변조 및 라인 코드 를 구현하기 위해 많은 대역폭이 필요할 수 있습니다 . 아마도 20Khz를 사용하면 QAM 방식을 구현 하여 심볼 당 3 비트 를 제공하여 최대 비트 전송률 이 "9600 * 8"또는 76.8 Kbaud가됩니다 (주 : 2 ** 3 = 8).

좋은 질문을하고 있지만 실제 디자인에 들어 가지 않고서는 설명하기가 매우 어렵습니다. 수신기 설계에 관한 전자 책을 읽거나 전기 공학 과정을 수강하는 경우이 자료를 다룹니다.

Mike는 훌륭한 답변을 제공했지만 정확히 무엇을 요구했는지에 대해서는 답변하지 않았습니다.

대역폭 은 정의에 따라 Hz 단위로 측정되는 주파수 범위입니다.

말했듯이, 신호 __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾는 푸리에를 사용하여 여러 주파수로 나눌 수 있습니다. 우리가 그것을 분해했고, 우리의 신호가 (주로) 1Mhz, 1.1Mhz, 1.2Mhz, 1.3Mhz ... 최대 2Mhz의 주파수로 구성되어 있다고 가정 해 봅시다. 이는 신호의 대역폭이 1Mhz 임을 의미합니다 .

이제 구리선이나 광섬유와 같은 채널을 통해 보내려고합니다. 먼저 채널에 대해 조금 이야기 해 봅시다.

채널의 대역폭에 대해 이야기 할 때 실제로 채널이 왜곡없이 거의 전달할 수있는 주파수 범위를 나타내는 통과 대역 대역폭 에 대해 이야기 합니다. 주파수가 f1과 f2 사이 인 신호 만 전달할 수있는 채널이 있다고 가정 해 보겠습니다. 주파수 응답 기능 (다른 주파수의 신호에 대한 채널의 반응)은 다음과 같습니다.

채널의 대역폭은 채널의 물리적 특성에 따라 달라 지므로 구리선은 무선 채널과 광섬유의 대역폭이 다릅니다. 예를 들어, 여기 에는 여러 트위스트 페어 케이블의 대역폭을 지정하는 Wikipedia의 표가 있습니다.

예제 채널의 대역폭이 1Mhz이면 대역폭이 1Mhz 이하인 신호를 전송하는 데 상당히 쉽게 사용할 수 있습니다. 더 넓은 대역폭을 가진 신호는 통과 할 때 왜곡되어 이해할 수 없게됩니다.

이제 signal 예제로 돌아가 봅시다 __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾. 우리가 푸리에 분석을 수행한다면 , 비트를 더 짧고 더 가깝게 만들어서 데이터 속도 를 높이면 신호의 대역폭 이 증가 한다는 것을 알게 될 것 입니다. 증가는 선형이므로 비트 레이트가 2 배 증가하면 대역폭이 2 배 증가한다는 의미입니다.

비트 전송률과 대역폭의 정확한 관계는 전송되는 데이터와 사용 된 변조 (예 : NRZ , QAM , Manchseter 등)에 따라 다릅니다 . 사람들이 비트를 그릴하는 고전적인 방법은 : __|‾‾|__|‾‾|__|‾‾|__|‾‾무엇 NRZ의 모습은 좋아하지만, 다른 변조 기술은 대역폭에 영향을 미치는 다른 모양으로 0과 인코딩됩니다.

이진 신호의 정확한 대역폭은 몇 가지 요인에 따라 달라 지므로 주어진 채널을 통해 모든 데이터 신호에 대한 이론적 상한을 보는 것이 유용합니다 . 이 상한은 Shannon–Hartley 정리에 의해 주어진다 :

C 는 초당 비트 수로의 채널 용량입니다.

B 는 헤르츠 단위의 채널 대역폭입니다 (변조 된 신호의 경우 통과 대역 대역폭).

S 는 와트 (또는 볼트 제곱)로 측정 된 대역폭 (변조 된 신호, 종종 C로 표시되는 변조 된 반송파)의 경우 평균 수신 신호 전력입니다.

N 은 대역폭에 대한 평균 잡음 또는 간섭 전력이며 와트 (또는 볼트 제곱)로 측정됩니다.

S / N 은 선형 전력비 (대수 데시벨이 아님)로 표현 된 가우시안 잡음 간섭에 대한 통신 신호의 신호대 잡음비 (SNR) 또는 반송파 대 잡음비 (CNR)입니다.

그러나 한 가지 중요한 점은 Shannon-Hartley 정리가 특정 유형의 노이즈 부가 백색 가우시안 노이즈를 가정한다는 것 입니다. 더 복잡한 다른 유형의 노이즈에 대해서는 상한이 낮아집니다.

실용적이고 실제적인 네트워크 엔지니어링 답변을 드리겠습니다. 대역폭과 주파수의 관계는 다음과 같습니다. 더 높은 대역폭, 더 높은 주파수. 끝난.

아니오, 진지하게, 질문과 답변의 끝. 완료되었습니다. 레이어 2로 넘어갑니다.

나는 무례하거나 현명한 것을 의미하지 않습니다. 귀하의 질문은 네트워크 엔지니어링으로 알려진 물리 계층의 전기 엔지니어링 측면으로 너무 멀리 파고 들었습니다. 당신이 요구하는 것은 가장 엄격하고 문자 그대로의 의미를 제외하고는 네트워크 공학보다 통신, 전기 공학 또는 컴퓨터 과학과 훨씬 관련이 있습니다. 또한 하드웨어 나 하드웨어에 의해 구현 된 프로토콜을 개발하는 매우 전문적인 직원과는 관련이 없습니다. 대부분의 CCIE가이 질문에 Mike Pennington이 한 수준까지 대답 할 수 있다면 정말 놀랐을 것입니다 ... 그들이 원래 질문에 대해 당신이 한 깊이있는 질문을 할만큼 충분히 알지 못한다면 전혀 놀라지 않을 것입니다!

전통적인 의미에서 네트워크 엔지니어링을 공부하고 있다면 레이어 1을 마스터하여 필요한 것보다 훨씬 뛰어나거나 일반적인 네트워크 엔지니어링 경력에 유용합니다. 잘 지내세요. 계속 배울 것이 더 많습니다.