26년 2회차

PCM의 과정은 표본화 → 양자화 → 부호화 순서이다.

아날로그 신호를 먼저 일정 시간 간격으로 뽑고(표본화), 뽑은 값을 정해진 준위로 근사한 뒤(양자화), 그 준위를 2진 부호로 바꾼다(부호화).

• 양자화 → 표본화 → 부호화: 시간축에서 값을 뽑기 전에는 근사할 표본값이 없으므로 표본화가 먼저여야 한다.
• 표본화 → 부호화 → 양자화: 부호는 양자화된 준위에 붙이는 것이므로 양자화가 부호화보다 앞선다.
• 양자화 → 부호화 → 표본화: 표본화가 맨 끝에 올 수 없으며, 표본화는 언제나 첫 단계이다.

라우팅은 송신지에서 수신지까지의 여러 경로 중 가장 적절한 전송 경로를 선택하는 기능이다.

라우터는 라우팅 테이블과 경로 정보를 바탕으로 패킷을 보낼 경로를 결정하며, 이는 네트워크 계층의 핵심 기능이다.

• 수신지 네트워크 주소로 다음 노드의 물리 주소를 찾는 기능: 경로 선택이 아니라 주소 변환에 해당한다.
• 물리 링크들을 임시로 이어 더 긴 링크를 만드는 기능: 링크를 연결하는 기능으로, 경로를 고르는 동작이 아니다.
• 하나의 회선으로 여러 상위 프로토콜의 데이터를 동시에 전송하는 기능: 다중화에 대한 설명이다.

비트 오류율은 에러 비트 수 ÷ 전체 전송 비트 수이며, 이 문항의 값은 $0.2 \times 10^{-5}$이다.

전체 전송 비트 수: $5{,}000\ \mathrm{bps} \times 3{,}600\ \mathrm{s} = 18{,}000{,}000\ \mathrm{bit}$

비트 오류율: $\mathrm{BER} = \dfrac{36}{18{,}000{,}000} = 2 \times 10^{-6} = 0.2 \times 10^{-5}$

• $0.5 \times 10^{-5}$: 에러 비트가 90 bit일 때의 값이다.
• $0.5 \times 10^{-6}$: 에러 비트가 9 bit일 때의 값이다.
• $0.2 \times 10^{-6}$: 지수를 한 자리 잘못 옮긴 값으로, 에러 비트가 3.6 bit일 때에 해당한다.

라우팅 정보가 들어온 곳으로 같은 정보를 되돌려 보내지 않는 방법은 스플릿 호라이즌(Split Horizon)이다.

거리 벡터 라우팅에서 이웃에게 배운 경로를 그 이웃에게 다시 알리면 서로를 경유지로 삼는 루프가 생기므로, 이를 차단한다.

• 최대 홉 카운트: 경로의 홉 수에 상한을 두어 상한을 넘는 경로를 도달 불가로 처리하는 방법이다.
• 홀드 다운 타이머: 경로 이상을 감지하면 일정 시간 동안 그 경로의 갱신 정보를 받아들이지 않는 방법이다.
• 라우트 포이즈닝: 끊어진 경로의 메트릭을 도달 불가 값으로 광고해 빠르게 무효화하는 방법이다.

전송로를 일정한 시간폭으로 나누어 쓰는 것은 FDM이 아니라 시분할 다중화(TDM)의 특징이다.

FDM은 하나의 전송로를 주파수 대역별로 나누어 각 채널이 동시에 전송하는 방식이다.

• 주파수 대역폭을 작은 대역폭으로 나누어 사용한다: FDM의 기본 원리이다.
• 가드 밴드 이용으로 채널 이용률이 낮아진다: 채널 간 간섭을 막는 보호 대역은 데이터를 싣지 못하므로 옳은 설명이다.
• TDM에 비해 고속 전자 스위치 필요성이 낮다: 시간 슬롯을 전환하지 않고 필터로 채널을 분리하므로 옳은 설명이다.

패킷 교환은 비축적 방식이 아니라 패킷을 노드에 저장했다가 전달하는 축적 교환 방식이다.

비축적으로 즉시 전달하는 것은 회선 교환의 특징이다.

• 트래픽이 많을 때 회선 이용 효율이 증가한다: 여러 사용자의 패킷이 회선을 공유하므로 옳은 설명이다.
• 메시지를 일정한 길이의 패킷 단위로 제한해 전송한다: 패킷 교환의 정의에 해당한다.
• 회선 교환과 메시지 교환의 단점을 보완했다: 회선 독점의 비효율과 긴 메시지의 지연을 함께 줄인 방식이다.

상측파대 주파수는 1,001 kHz, 변조도는 60 %이다.

식에서 반송파 주파수는 $f_c = 10^{6}\ \mathrm{Hz} = 1{,}000\ \mathrm{kHz}$, 변조 신호 주파수는 $f_m = 10^{3}\ \mathrm{Hz} = 1\ \mathrm{kHz}$이다.

상측파대: $f_c + f_m = 1{,}000 + 1 = 1{,}001\ \mathrm{kHz}$

변조도: $m = \dfrac{V_m}{V_c} = \dfrac{6}{10} = 0.6$

• 1,000 Hz, 50 %: 1,000 Hz는 변조 신호 주파수 자체이고, 변조도도 진폭비와 맞지 않는다.
• 999 Hz, 60 %: 변조도는 맞지만 주파수가 상측파대가 아니며 단위도 맞지 않는다.
• 999 kHz, 50 %: 999 kHz는 하측파대이고, 변조도도 진폭비와 맞지 않는다.

가동률은 MTBF + MTTR에 대한 가동 시간의 비율이며, 이 시스템의 값은 0.98이다.

공식: $A = \dfrac{\mathrm{MTBF}}{\mathrm{MTBF} + \mathrm{MTTR}}$

대입: $A = \dfrac{49}{49 + 1} = \dfrac{49}{50} = 0.98$

• 0.5: 고장 간격과 수리시간이 같을 때의 값으로, 수리시간이 훨씬 짧은 이 조건과 맞지 않는다.
• $\frac{1}{49}$: MTTR을 MTBF로 나눈 값으로, 가동률의 정의가 아니다.
• 0.49: 계산 결과의 절반인 값으로, 분모를 잘못 잡아야 나온다.

동축 케이블은 외부도체가 차폐 역할을 하므로 외부 유도방해를 많이 받는 것이 아니라 적게 받는다.

중심도체를 접지된 외부도체가 감싸는 구조여서 차폐 효과가 크다.

• 아날로그와 디지털 신호 전송 모두에 이용: 동축 케이블은 두 신호 형태를 모두 전송할 수 있다.
• 광대역 다중화 전송에 이용: 넓은 주파수 대역을 쓸 수 있어 다중화 전송에 적합하다.
• 평행 2선식 급전선보다 특성 임피던스가 낮음: 도체 간격이 좁아 단위 길이당 정전용량이 크므로 옳은 설명이다.

샤논의 채널 용량 공식으로 구하면 채널 전송용량은 16 kbps이다.

공식: $C = B\log_{2}(1 + \mathrm{SNR})$

대입: $C = 4\ \mathrm{kHz} \times \log_{2}(1 + 15) = 4\ \mathrm{kHz} \times \log_{2}16$

결과: $C = 4\ \mathrm{kHz} \times 4 = 16\ \mathrm{kbps}$

• 7.5 kbps: 공식의 결과보다 작아 이 채널의 용량을 나타내지 못한다.
• 60 kbps: 로그를 취하지 않고 대역폭에 SNR을 그대로 곱한 값이다.
• 30 kbps: 샤논 한계를 넘는 값으로, 오류 없는 전송 용량이 될 수 없다.

백색잡음에 가장 가까운 잡음은 열잡음이다.

열잡음은 도체 내 전자의 불규칙한 열운동으로 생기며, 넓은 주파수 범위에서 전력 밀도가 거의 균일하여 백색잡음으로 근사한다.

• 접촉잡음: 도체 접촉부의 불완전한 접촉으로 생기는 잡음으로, 스펙트럼이 균일하지 않다.
• 플리커잡음: 낮은 주파수일수록 커지는 특성이 있어 평탄한 스펙트럼이 아니다.
• 양자화잡음: 연속값을 준위로 근사할 때 생기는 오차로, 열적 요인과 무관하다.

최소 표본화 주파수는 최고 주파수의 2배인 10 kHz이다.

나이퀴스트 표본화 정리: $f_s \ge 2f_{max}$

대입: $f_s = 2 \times 5{,}000\ \mathrm{Hz} = 10{,}000\ \mathrm{Hz} = 10\ \mathrm{kHz}$

• 400 Hz: 최저 주파수를 기준으로 2배 한 값이다.
• 9,600 Hz: 대역폭을 기준으로 2배 한 값으로, 최고 주파수 기준이 아니다.
• 10.4 kHz: 표본화 조건은 만족하지만 최솟값이 아니다.

특성 임피던스는 개방 임피던스와 단락 임피던스의 기하평균이며, 이 케이블의 값은 100 Ω이다.

공식: $Z_0 = \sqrt{Z_{\mathrm{open}} \times Z_{\mathrm{short}}}$

대입: $Z_0 = \sqrt{25 \times 400} = \sqrt{10{,}000} = 100\ \Omega$

• 16 Ω: 단락 임피던스를 개방 임피던스로 나눈 값으로, 곱의 제곱근이 아니다.
• 50 Ω: 동축 케이블에서 흔히 보는 규격값이지만 주어진 측정값에서 나오지 않는다.
• 70 Ω: 역시 익숙한 규격값에 가까울 뿐 계산 결과와 다르다.

다단 증폭기의 종합 잡음지수는 각단 잡음지수의 단순 합이 아니라 프리스(Friis) 공식으로 구한다.

뒷단의 잡음 기여는 앞단 이득만큼 줄어들므로 첫단의 잡음지수가 가장 큰 영향을 준다.

$F = F_1 + \dfrac{F_2 - 1}{G_1} + \dfrac{F_3 - 1}{G_1 G_2} + \cdots$

• 이상적인 무잡음 증폭기의 잡음지수는 1: 내부 잡음이 없으면 입출력 S/N이 같으므로 옳은 설명이다.
• 잡음지수는 입력 S/N을 출력 S/N으로 나눈 값: 잡음지수의 정의이다.
• 실제 증폭기의 잡음지수는 1보다 큼: 내부 잡음이 더해져 출력 S/N이 나빠지므로 옳은 설명이다.

TCP는 전송계층, IP는 네트워크계층에 대응된다.

TCP는 종단 간 신뢰성 있는 전송을 맡고, IP는 주소 지정과 경로 설정으로 패킷을 전달한다.

• 물리계층, 데이터링크계층: 두 계층은 비트 전송과 인접 노드 간 프레임 전달을 맡으므로 TCP·IP와 대응되지 않는다.
• 네트워크계층, 세션계층: TCP를 네트워크계층에, IP를 세션계층에 둔 것으로 둘 다 틀리다.
• 전송계층, 물리계층: TCP는 맞지만 IP는 물리계층이 아니라 패킷을 다루는 계층이다.

데이터를 보낼 단말에만 타임 슬롯을 동적으로 할당하는 방식은 비동기 시분할 다중화이다.

통계적 시분할 다중화라고도 하며, 빈 슬롯의 낭비를 줄여 회선 이용 효율을 높인다.

• 동기 시분할 다중화: 단말마다 슬롯을 고정 할당하므로 전송할 데이터가 없으면 슬롯이 낭비된다.
• 주파수 분할 다중화: 시간 슬롯이 아니라 주파수 대역을 나누어 쓰는 방식이다.
• 코드 분할 다중화: 슬롯 할당이 아니라 서로 다른 코드로 채널을 구분하는 방식이다.

정지 조회 ARQ는 SDLC가 아니라 주로 BSC 같은 문자 위주 프로토콜에서 쓰인다.

SDLC는 응답을 기다리지 않고 프레임을 이어 보내는 연속 ARQ 방식을 채택한다.

• 착오 검출 능력이 우수한 부호 사용: ARQ는 수신측의 오류 검출을 재전송의 근거로 삼으므로 옳은 설명이다.
• ACK나 NAK를 보내기 위한 역 채널 필요: 블록마다 수신측 응답을 받아야 하므로 옳은 설명이다.
• ARQ 방식 중 가장 간단: 한 블록을 보내고 응답을 기다리는 구조여서 옳은 설명이다.

반송파를 ON-OFF하는 변조 방식은 진폭 편이 변조(ASK)이다.

디지털 값에 따라 반송파의 진폭을 바꾸며, 그 가장 단순한 형태가 반송파의 유무로 0과 1을 나타내는 방식이어서 회로 구성이 간단하다.

• 주파수 편이 변조(FSK): 진폭이 아니라 반송파의 주파수를 바꾸는 방식이다.
• 위상 편이 변조(PSK): 반송파의 위상을 바꾸는 방식으로, 수신측 동기가 필요해 회로가 더 복잡하다.
• QAM: 진폭과 위상을 함께 바꾸는 방식으로, 구조가 가장 복잡한 편이다.

4상 PSK의 변조 속도는 1,200 baud이다.

4상 PSK는 한 심벌에 2 bit를 싣는다: $\log_{2}4 = 2$

변조 속도: $\dfrac{2{,}400\ \mathrm{bps}}{2\ \mathrm{bit/baud}} = 1{,}200\ \mathrm{baud}$

• 600 baud: 한 심벌에 4 bit를 실을 때의 값으로, 16상에 해당한다.
• 2,400 baud: 한 심벌에 1 bit를 실을 때의 값으로, 2상에 해당한다.
• 4,800 baud: 변조 속도가 비트 전송률보다 커지는 값으로, 다치 변조의 결과가 될 수 없다.

프로토콜 구조가 전혀 다른 네트워크 사이를 결합하는 장비는 게이트웨이(Gateway)이다.

게이트웨이는 상위 계층까지 포함해 프로토콜 변환을 수행하므로 이질적인 망을 연결할 수 있다.

• Bridge: 데이터 링크 계층에서 프레임을 중계하는 장비이다.
• Router: 네트워크 계층에서 경로를 선택해 패킷을 전달하는 장비이다.
• Repeater: 물리 계층에서 신호를 재생·증폭하는 장비이다.