통신 (Communication)

1. 통신에 대해

통신은 둘 이상의 대상이 연결되어 정보를 주거나 받는 것이다. 상대방까지의 거리나 주변환경에 따라 많은 종류의 통신 방식이 존재하는데, 그 중 많이 쓰이는 것 몇 가지만 알아 두면 충분하다. 통신 자체를 파악하기 전에 통신의 선택에 기준이 되는 것부터 파악해 둘 필요가 있다. 아래의 몇 가지의 특성에 대해 알아본다.

 

2. 통신 특성 – 직렬 통신과 병렬 통신

만약 8개의 데이터가 있다고 할 때, 통신상 가장 간단하게 끝내는 방법은 송신기(TX: Transmitter)과 수신기(RX: Receiver)간의 회선을 8개 만들어서 동시에 모두 보내는 것이다. 이렇게 한 번에 여러 개의 데이터를 보내는 병렬(Parallel)통신은 매우 빠르게 끝나겠지만 생겨나는 다른 문제가 간단하지 않다. 데이터의 개수는 통신할 내용마다 바뀌니 매번 1개의 회선에 1개의 데이터를 보낼 수 없다는 것과 회선을 만드는 비용과 공간에는 한계가 있다는 것이다.
  그렇다면 비용이라도 줄이도록 회선을 최소로 줄여 1개의 회선에 8개의 데이터를 모두 전송해보자. 이 직렬(Serial)통신의 경우 통신 시간은 오래 걸리겠지만 데이터가 더 생겨도 같은 회선에 모두 송신하면 해결된다. 다만, 수신기에서 회선 1개상에서 데이터 간의 구분을 할 수 없을 테니 보내는 속도를 사전에 약속하거나 기준 클럭을 같이 보내어 식별할 수 있도록 한다.
  참고로 통신속도의 표기는 보율(Baud rate) 또는 비트율(Bit rate)로 표기한다. 보율의 뜻이 초당 변조의 수 또는 클럭의 수(＝주파수)를 뜻하는데 일반적인 디지털 통신에서는 보율과 비트율은 같아 자주 혼용되기도 한다. 여기서 비트율은 초당 비트의 수로 단위로써 bps(Bit Per Second, 소문자)를 사용한다. 그리고 클럭(Clock)의 경우 주파수와 듀티비가 일정한 구형파 신호로 메모리 구조에서 쓰이는 것과 동일하게 생각하면 내부구조를 이해하기에 좋다.

 

 

위의 상대적인 특성들을 정리하면 아래와 같다.

 

	병렬통신	직렬통신
회선 수	많음	적음
통신속도	빠름	느림
유효거리	짧음	긺
제작비용	증가	감소

 

이와 같이 병렬 통신의 경우 사용할 수 있는 곳이 한정적이어서 일반적으로 말하는 통신은 직렬 통신을 의미한다.

 

3. 통신 특성 – 동기와 비동기

직렬통신에서 송신기가 데이터를 전송할 때 레지스터처럼 클럭을 넣어서 함께 보내주는 것을 동기(Synchronous)통신이라고 부른다. 수신기는 이 클럭에 반응하여 데이터를 해석하면 되므로 빠르게 인식할 수 있고 따라서 통신속도도 향상된다. 그러나 클럭은 송신 측에서 보내는 데이터가 아니면서 회선만 차지하여 제작비용이 증가하는 문제가 있다. 더불어 전송할 클럭을 한 곳에서 계속 관리해야 하며 그 클럭의 주파수를 갖는 전자기장의 형태로 방사되어 주변에 영향을 끼치는데 클럭의 주파수가 높을수록 더 심해진다.
  이에 클럭용 회선을 제거하고 송신기와 수신기가 전송속도를 사전에 약속하여 통신하는데 이것을 비동기(Asynchronous)통신이라고 부른다. 수신기는 약속된 속도보다 수 배 빠르게 인식하여 변화를 판단해야 하므로 전반적인 통신속도는 제약이 생긴다. 하지만 데이터의 양이 많아서 매우 빠른 속도가 필요한 경우가 아니라면 클럭 회선이 없어져 비용이 감소하고 통신 오류의 발생원 중 하나가 제거된 환경에서 통신을 할 수 있게 된다.

 

 

4. 통신 특성 – 전이중과 반이중

송신기와 수신기가 한 개의 구조로 결합되어 있다고 할 때, 송신용 회선과 수신용 회선이 별도로 만들어져 있어 전화기와 같이 송신과 수신이 동시에 가능한 것을 전이중(Full-duplex)통신이라고 한다. 수신 중 송신으로 인한 통신의 끊어짐이 없어 데이터의 흐름이 원활하고 빠른 응답이 가능하다.
  그러나 빠른 응답이 필요 없다면 교대로 하나의 회선은 쓰지 않는 상태가 되는데 이것 또한 불필요한 회선으로 볼 수 있다. 이에 송신기와 수신기의 회선을 하나로 합쳐 무전기와 같이 송신 중에는 수신 불가능, 수신 중에는 송신불가능 상태가 되도록 하는 것을 반이중(Half-duplex)통신이라고 한다. 이 통신은 송신과 수신이 동시에 이루어지지 않으므로 송신 시점과 수신 예상시점을 나누어 관리해야 할 수도 있다.

 

 

5. 통신 특성 – 단일종단신호와 차동신호

통신상에서 정보를 전달할 때 가끔 송신한 내용과 수신한 내용이 일치하지 않을 때가 있다. 회선자체에는 문제가 없다고 할 때 회선 외부에서의 전자기장에 의한 정보의 불일치를 의심해볼 수 있는데 이러한 문제 발생원을 흔히 잡음(Noise)이라고 부른다.
  통신에서 송신할 때 데이터를 한 방향으로 보내는 데에 한 회선을 쓰는 기존 방식을 단일종단(Single-ended)신호라고 부르는데, 이 회선이 가진 잡음에 대한 해결법은 전압을 높게 인가하여 잡음에 대한 반응을 둔감하게 하는 것이다. 그러나 통신 속도가 상향될수록 전압은 기존보다 낮추고 신호의 기울기는 보다 가파르게 조정하게 되어 외부의 잡음에 의한 영향이 심하게 되어간다.
  이에 따라 정상신호와 반전신호로 이루어진 한 쌍의 회선으로 변경하고 두 신호 사이의 전위차를 비교하는 방식으로 잡음의 영향을 무시할 수 있게 되는데 이 방식을 차동(Differential)신호라고 부른다. 이 방법으로 노이즈에 대한 영향이 상당히 개선되고 통신 전반에 대한 속도 향상에 기여한 방법이지만, 회선 한 쌍의 길이가 같아야 하고 노이즈에 의한 영향이 같도록 항상 가까이 붙거나 꼬아야 하는 제조상의 어려움도 있다. 더불어 회선이 증가한 만큼 비용도 증가하는 것이 일반적이다.