[정보통신공학] Transmission Media (1)

Overview 

- Transmission medium(매질) is the physical path between transmitter(송신자) and receiver(수신자) 

- Guided media > guided along a solid medium (wired 유선)
- Unguided media > atmosphere, space, water (unwired 무선)

- medium(매질)과 signal의 종류에 따라 특징, 질 등이 달라진다
Characteristics and quality of data transmission are determined by medium and signal 
: For guided, the medium is more important in determining transmission characteristics
: For unguided, the bandwidth of signal produced by the antenna is more important
 > Signals at lower frequencies(주파수) are omnidirectional = 낮은 주파수 → 전방향
 > Signals at higher frequencies are unidirectional = 높은 주파수 → 단방향

* (effective) bandwidth : 가장 많은 에너지가 집중되어있는 band

- Key design concerns are data rate and distance

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Design Factors

- Bandwidth (파장)
: 파장이 클수록, 데이터 속도가 빠르다
The greater bandwidth, the higher data rate

- Transmission impairments (손상)
: Attenuation, Attenuation distortion (신호 감쇄), delay distortion (왜곡), noise 
: 전송할 수 있는 거리 제한 Impairments limit the distance 

- Interference (방해)
: signal이 중첩되면서 생기는 방해가 distort(왜곡)이나 신호 끊김을 초래할 수 있다
Interference from competing signals in overlapping frequency bands can distort or wipe out a signal

- Number of receivers
: 각각의 station이 distortion, 거리제한 등에 영향을 줄 수 있다 ( 송신자 수도 설계할 때 잘 고려해야함 )
On a shared (multipoint) link, each attachment introduces some attenuation and distortion, limiting distance and/or data rate

 

Electromagnetic Spectrum 주파수 대역

- 주파수(frequency)와 파장(wavelength)은 반비례 관계이다

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Guided Transmission Media (유선 전송 매체)

Transmission Characteristics of Guided Media (유선 매체 전송 특징)

guided media가 어떤 전송 특성을 가지고 있는지 대략적으로 살펴보면 ( 어떤 특성을 가지고있는지만 알면 된다)

	Frequency Range	Typical Attenuation	Typical Delay  (propagation)	Repeater Spacing
Twisted pairs (multi-pair cables)	0 to 1 MHz	0.7 dB/km @ 1 kHz	5 µs/km	2 km
Coaxial cable	0 to 500 MHz	7 dB/km @ 10 MHz	4 µs/km	1 to 9 km
Optical fiber	186 to 370 THz	0.2 to 0.5 dB/km	5 µs/km	40 km

- Frequency Range
: 표 아래로 내려갈수록 증가한다

- Typical Attenuation
: 표 아래로 내려갈수록 감소한다

- Typical Delay (propagaion) 
: 전파하는데 걸리는 시간 
: 거의 동시에 도달한다고 생각해도 된다 (유선 매체는 propagation이 거의 같다)
: t(prop) = 5 µs/km = 300 m/µsec

- Repeater Spacing
: 표 아래로 내려갈수록 증가한다

 

guided transmission media 는 크게 세 종류가 있다
• Twisted pair • Coaxial cable • Optical fiber

 

(1) Twisted Pair

- 절연체이다
- 3~4 pair 번들로 묶여있다

• 가장 저렴하고 가장 널리 사용되고 있다 the least expensive and most widely used guided transmission medium
• 두 개의 데이터 전송로(communication link)가 꼬여서 만들어진 것이다
• Pairs are bundled together into a cable
• Twist가 혼선을 줄여준다. 따라서 twist를 강하게&짧게 할수록 성능과 가격이 올라간다 
• Typical twist length: 5 to 15 cm; Thickness of a wire: 0.4 to 0.9 mm

Twisted Pair - Applications (어떤 application에 적용될까)

• 아날로그와 디지털 신호 모두에서 가장 많이 쓰이는 매질이다 (가장 저렴하다)
• Telephone network (전화망)
: Between house and local exchange (가입자 회로 subscriber loop)
• Within buildings 
: To private branch exchange (PBX)
• For local area networks (LAN - 가장 많이 사용되는 케이블)
: Typically 100 Mbps 
: Up to 10 Gbps

장점	단점
저렴하다	성능이 낮다
다루기 쉽다	범위가 좁다

 

Twisted Pair - Transmission Characteristics (전송 특성)

• Analog transmission
: Amplifiers(증폭기) are required every 5 to 6 km

* Amplifiers (증폭기) : 신호가 낮아졌을 때 원래 높이로 복구

• Digital transmission
: Use either analog or digital signals
: Repeaters are required every 2 or 3 km

* repeaters : 완전히 새로운 신호를 재생 (높이만 높이는 것이 아니라 원래의 신호를 재생)

• 방해(interface)와 소음(noise) 등에 민감하다 → 성능이 쉽게 저하된다 (거리, 속도 등)
• Limited in distance, bandwidth and data rate

 

 

Twist Pair 의 2가지 종류

(1) Unshielded Twisted Pair (UTP)

- 보통의 전화망 / Ordinary telephone wire
- 가장 저렴하다 / Cheapest 
- 설치와 작업이 용이하다 / Easy to install and work with 
- 외부 전자파에 예민 / Suffer from external electromagnetic interference

speed & throughput	maximum cable length	media & connector size	cost
fast enough	short	small	least expensive

 

(2) Shielded Twisted Pair (STP) 

- 금속을 이용해 방해를 줄임 / Metallic braid or sheathing that reduces interference
- 성능이 좋다 / Provides better performance at higher data rates
- 비싸다 / More expensive
- 다루고 설치하는데 어렵다(두꺼워서) / Harder to handle (thick, heavy)
- Three configurations: FTP, F/UTP, S/FTP

speed & throughput	maximum cable length	media & connector size	cost
very fast	short	large	expensive

 

Twisted Pair Categories and Classes

 

Twisted Pair Categories and Classes

• Category 5e/Class D 
: Targeted for 1-Gbps Ethernet (bi-directional & full four-pair transmission)
• Category 6/Class E
: Majority of structured cabling specified for new buildings 
: Support 1-Gbps Ethernet
• Category 6A/Class EA 
: Targeted at 10-Gbps Ethernet applications 
• Category 7/Class F
: Targeted for support of next generation applications beyond 10- Gbps Ethernet
• Category 7A/Class FA
: Extend the frequency bandwidth to 1 GHz 
: Enables support of all channels of broadband video (e.g. CATV) that operate up to 862 MHz

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Terminologies (용어)

• Insertion loss (감쇄하는 신호의 양)
: Amount of attenuation across link from transmitting system to receiving system

• Near-end crosstalk(혼선) (NEXT) loss
: 한 pair 와 다른 pair의 signal 결합
: 링크로 들어오는 transmit signal과 receiving pair이 결합될 때
Coupling takes place when transmit signal entering the link couples back to receiving pair 
  > 종단에서 이루어지기 때문에 매체의길이와는 상관없이 실제로 전송되어지는 signal의 frequency 함수로 나타낸다
     Near-end transmitted signal is picked up by the near-receive pair

• Attenuation-to-crosstalk ratio (ACR)
: ACR이 크면 클수록 더 좋은 signal을 받을 수 있다 (ACR을 잘못받으면 에러가 날 확률도 있음)
: Measure of how much larger the received signal strength is compared to crosstalk on the same pair