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CH4. Transmission Media
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Transmission Media(전송 매체)
7. 전송매체
7-1 전송매체 설계요소
- 1단계에서 짚은 4가지 요소
- Bandwidth, transmission impairments(attenuation), interference, number of receivers
7-2 전체 매체 분류
주파수 (Hz) 10² 10⁴ 10⁶ 10⁸ 10¹⁰ 10¹² 10¹⁴
[Guided]
Twisted pair: ━━━━━━━━━━━━ (~10⁶ 정도까지)
Coaxial: ━━━━━━━━━━ (10⁵~10⁸)
Optical fiber: ━━━━━━ (10¹⁴ 근처)
[Unguided/Wireless]
AM Radio: ━ (~10⁶)
FM Radio/TV: ━━ (10⁸ 근처)
Microwave: ━━━ (10⁹~10¹¹)
Infrared: ━━ (10¹²~10¹⁴)
핵심 패턴: 주파수가 높을수록 -> 더 많은 데이터 가능 -> 더 비싼 매체*
8. Guided Media
8-1 Twisted Pair
구조
━━━━━━━━━╱╲╱╲╱╲╱╲╱╲━━━━━━━━━
(구리선 두 가닥을 꼬아놓은 형태)
←─ twist length ─→
특징
- 가장 저렴하고 단순한 매체
- 가장 널리 사용(전화선, 랜선)
- 건물 내부 통신에 주로 사용
- 다른 매체보다 bandwidth작음
- 거리 제한 있음(보통 100m)
- 왜 꼬냐? -> 전자기 간섭 상쇄를 위해서. 외부 노이즈가 두 선에 동일하게 영향을 주면 차이로 빼서 상쇄된다
- Crosstalk(혼선)도 같은 원리로 줄인다 . ch3 5단계에서 배운 그 crosstalk.
평행한 두 선:
선A ━━━━━━━━━ ← 노이즈가 한쪽에만 강하게
선B ━━━━━━━━━ 영향 → 신호 왜곡
꼬인 두 선:
╱╲╱╲╱╲╱╲ ← 노이즈가 두 선에 번갈아
╲╱╲╱╲╱╲╱ 같은 양 영향 → 차분으로 상쇄
UTP vs STP
차폐(shielding)유무에 따른 분류
| 항목 | UTP (Unshielded) | STP (Shielded) |
|---|---|---|
| 차폐 | 없음 | 금속 차폐 있음 |
| 가격 | 저렴 | 비쌈 |
| 간섭 저항 | 약함 | 강함 |
| 데이터율 | 낮음 | 높음 |
| 용도 | 일반 전화선, 랜선 | 고속 통신, 산업용 |
- 차폐가 있으면 외부 전자기간섭(EMI)가 차폐막에서 막혀서 신호가 보호된다.
Cat 등급 표
| 카테고리 | Bandwidth | 주 용도 |
|---|---|---|
| Cat 5e (Class D) | 100 MHz | 100 Mbps 이더넷 |
| Cat 6 (Class E) | 250 MHz | 1 Gbps 이더넷 |
| Cat 6A (Class E_A) | 500 MHz | 10 Gbps 이더넷 |
| Cat 7 (Class F) | 600 MHz | 10 Gbps+ |
| Cat 7A (Class F_A) | 1000 MHz | 더 고속 |
용어
- Insertion loss: 신호가 케이블 통과하면서 잃는 손실 (낮을수록 좋음)
- NEXT (Near-End Crosstalk): 송신측 끝에서 측정한 혼선 (높을수록 좋음, 다른 선이 멀리 떨어진 거니까)
- ACR (Attenuation-to-Crosstalk Ratio): 감쇄 대비 혼선 비율 (높을수록 좋음)
8-2 Coaxial Cable(동축 케이블)
**"동축(coaxial)"**이란 이름은 내부 도체와 외부 도체가 **같은 축(co-axial)**을 공유한다는 뜻 
단면도:
Outer sheath (외피)
Outer conductor (외부 도체, 차폐)
Insulation (절연체)
Inner conductor (내부 도체, 신호선)
특징
- Twisted pair보다 긴 거리 가능
- 더 많은 장치 공유 가능 (multi-point에 유리)
- 더 넓은 bandwidth (~500MHz)
- 외부 간섭에 강함 (자체 차폐)
- Twisted pair보다 비쌈
- Optical fiber보다 느림
전송 특성
- Analog: 몇 km마다 amplifier(증폭기, 고주파일수록 더 자주)
- Digital: 1km마다 repeater(고속일수록 더 자주)
용도
- 옛날 TV 케이블 (안테나 → TV)
- 케이블 인터넷 (모뎀 → 벽)
- 장거리 전화 (옛날)
- 이더넷 LAN (10BASE2, 10BASE5 — 옛날 표준)
주파수 특성이 twisted pair보다 우수하지만 퍼포먼스가 attenuation과 noise로 인해 제한된다. 요즘 LAN은 다 twisted pair로 갔지만, 케이블 tv/인터넷 분야에서는 여전히 현역이다
8-3 Optical Fiber(광섬유)
단면도:
Core: 실제로 빛이 통과하는 가운데 부분. 유리나 플라스틱.
Cladding: Core를 감싸는 층. Core보다 굴절률이 낮아서 빛이 밖으로 새지 않게 가둠.
Buffer: 외부 충격으로부터 보호.
작동 원리: 전반사
cladding (낮은 굴절률)
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
●→╲ ╱╲ ╱╲ ╱╲ → ← 빛이 cladding 경계에서
━━━━╲━╱━━╲━━╱━━╲━━╱━━━━━━ 계속 반사하며 진행
core
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
cladding
빛이 임계각(critical angle) 이상으로 들어오면 cladding 경계에서 100% 반사돼서 core 안에 갇힌다. 그래서 손실없이 멀리 갈 수 있음
3가지 전송 모드(p.45 이미지 참고)
[1] Step-index Multimode
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
╲ ╱╲ ╱╲ ╱╲ ← 여러 경로(mode)로 진행
╲╱ ╲╱ ╲╱ 각 경로 길이 달라서 도착 시간차
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
Input pulse: ▌ Output pulse: ╱─╲ (퍼짐)
[2] Graded-index Multimode
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
╱─╲ ╱─╲ ╱─╲ ← 굴절률이 점진적, 부드러운 곡선
╱ ╲ ╱ ╲ ╱ ╲ 경로 차이가 줄어듦
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
Input pulse: ▌ Output pulse: ╱╲ (덜 퍼짐)
[3] Single Mode
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ← 한 경로만 (직진)
퍼짐 거의 없음
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
Input pulse: ▌ Output pulse: ▌ (그대로)
| 모드 | Core 굵기 | 전송 거리 | 비용 | 데이터율 | 용도 |
|---|---|---|---|---|---|
| Step-index Multimode | 두꺼움 | 짧음 | 저렴 | 낮음 | 짧은 거리 LAN |
| Graded-index Multimode | 두꺼움 | 중간 | 중간 | 중간 | 중거리 |
| Single Mode | 가늘음 | 매우 김 | 비쌈 | 매우 높음 | 장거리 백본, 해저 케이블 |
특징
✓ 압도적으로 넓은 bandwidth (THz 단위)
✓ 매우 낮은 감쇄 (40km 무중계 가능)
✓ 전자기 간섭 영향 없음 (빛이라서)
✓ 보안 우수 (도청 어려움)
✓ 가볍고 가는 케이블
✗ 비쌈
✗ 설치/접속 어려움 (정밀하게 광축 맞춰야)
✗ 양방향 통신은 두 가닥 필요
용도
- 인터넷 백본망
- 해저 케이블 (대륙 간 통신)
- 통신사 핵심망
- 데이터센터 내부 고속 연결
- FTTH (Fiber To The Home, 가정용 광인터넷)
8-4 Guided Media 종합 비교
attenuation(감쇄) 비교
주파수 ↑일수록 감쇄가 어떻게 변하나?
Twisted pair: 주파수 ↑ → 감쇄 급격히 ↑ (10⁶Hz쯤에서 한계)
Coaxial: 주파수 ↑ → 감쇄 ↑ (10⁸Hz까지 가능)
Optical fiber: 거의 평탄하게 낮음 (10¹⁵Hz도 가능)
광섬유가 다른 매체 대비 20배 멀리 갈 수 있다.
매체별 전송 특성 비교 (Point-to-Point)
| 매체 | 주파수 범위 | 감쇄 | 지연 | Repeater 간격 |
|---|---|---|---|---|
| Twisted pair (loading) | 0~3.5 kHz | 0.2 dB/km @ 1kHz | 50 μs/km | 2 km |
| Twisted pair (multipair) | 0~1 MHz | 0.7 dB/km @ 1kHz | 5 μs/km | 2 km |
| Coaxial cable | 0~500 MHz | 7 dB/km @ 10MHz | 4 μs/km | 1~9 km |
| Optical fiber | 186~370 THz | 0.2~0.5 dB/km | 5 μs/km | 40 km |
9. Unguided Media(무선)
9-1 Unguided Media 개념
주파수 대역별 특성 |----|-----|----|
| 대역 | 주파수 | 특성 | 용도 |
|---|---|---|---|
| Radio | 30 MHz ~ 1 GHz | 무지향성(omnidirectional) | AM/FM 라디오, TV |
| Microwave | 1 GHz ~ 40 GHz | 지향성(directional) 가능 | 위성, 마이크로파 중계 |
| Infrared | 3×10¹¹ ~ 2×10¹⁴ Hz | 직진성, 짧은 거리 | 리모컨, 근거리 통신 |
용어
Omnidirectional (무지향성):
안테나 ⊙
사방으로 균등하게 방사
→ 라디오, TV 방송에 유리
Directional (지향성):
안테나 → → → →
특정 방향으로 집중 방사
→ 위성 통신, point-to-point 링크에 유리
9-2 Satellite Microwave
위성은 microwave relay station(중계기)
[지상국 A] [지상국 B]
^ │
│ (uplink) (downlink)│
| ↓
┌───────────┐
│ 위성 │ ← 받은 신호 증폭/주파수 변환 후 재전송
│ (repeater)│
└───────────┘
Uplink: 지상 → 위성 (5.925 ~ 6.425 GHz, "6 GHz 대역")
Downlink: 위성 → 지상 (3.7 ~ 4.2 GHz, "4 GHz 대역")
이걸 4/6 GHz 대역이라고 부른다.
포화 상태가 되면서 더 높은 12/14 GHz 대역도 추가로 쓰게 됐음.
두가지 구성
[1] Point-to-point 링크
지상국 A ←→ 위성 ←→ 지상국 B
(양 끝점 둘만)
[2] Broadcast 링크
위성
╱ │ ╲
╱ │ ╲
지상국1 지상국2 지상국3 ...
(한 송신 → 여러 수신)
왜 1~10 GHz가 최적인가?
< 1 GHz: 자연 노이즈가 많음 → 신호 품질 저하
1~10 GHz: ★ Sweet spot ★
> 10 GHz: 대기 흡수 + 강수 감쇄 심함
위성 통신 응용
| 응용 | 설명 |
|---|---|
| Long-distance telephone | 국제 전화의 옛 주력 (지금은 광케이블에 자리 양보) |
| Private business networks | 기업 전용 통신망 |
| TV distribution | DBS (Direct Broadcast Satellite, 위성방송) |
| Global positioning | GPS (Navstar) |
VSAT — Very Small Aperture Terminal
소형 위성 안테나를 이용한 사용자 단말. 작은 가게나 개별 점포에서도 위성 통신을 쓸 수 있게 해주는 시스템
[Ku-band 위성]
/ │ ╲
╱ │ ╲
[Hub [원격지1] [원격지2]
서버] (POS 단말)
소매업의 결제 시스템, 원격지 데이터 수집 등에 이용
10. 핵심 정리
| 항목 | Twisted Pair | Coaxial | Optical Fiber | Wireless |
|---|---|---|---|---|
| 비용 | ★ (저렴) | ★★ | ★★★ (비쌈) | 다양 |
| Bandwidth | 작음 | 중간 | 매우 큼 | 다양 |
| 거리 | 짧음 (2km) | 중간 (1-9km) | 매우 김 (40km) | 다양 |
| 간섭 저항 | 약함 | 중간 | 매우 강함 | 약함 |
| 보안 | 약함 | 중간 | 강함 | 매우 약함 |
| 설치 | 쉬움 | 보통 | 어려움 | 안테나 필요 |
| 주 용도 | 전화선, LAN | TV, 옛 LAN | 백본, 장거리 | 무선통신 |