[멀티미디어 시스템] 디지털 시그널이 왜 잡음에 강인한 지

안녕하세요 소프트웨어 공부하는 레오존입니다.

이번 포스팅에서는 디지털 시그널이 왜 잡음에 강인 한 지에 대해 정리해 보도록 하겠습니다.

 

 

 

먼저 아날로그 시그널에 비해 디지털 시그널의 장점에는 어떤 것이 있을까요?
여러 가지 장점 중 딱 하나만 뽑으라면 노이즈에 강인하다는 것이 가장 중요한 장점으로 꼽을 수 있습니다. 노이즈에 강인하는 것은 또 다른 말로 high quality of signal processing이 가능하다는 이야기입니다. 그것뿐만 아니라 몇 가지 장점이 존재하는데, 그 장점에 대해서는 다음 포스팅에서 정리해 보도록 하겠습니다.

 

더 정확한 이해를 위해 디지털 시그널이 왜 잡음에 강인한지 알아보기 이전에 먼저 analog transmission(아날로그 전송)과 digital transmission(디지털 전송)에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

• analog transmission

똑같이 아날로그를 전송할 때도 노이즈 문제와 시그널 감쇄(signal attenuation) 문제가 일어납니다. 그래서 예전 아날로그 네트워크 같은 경우, 노이즈 문제는 뒤쪽에 달린 filter로 필터링을 하여 어느 정도 완화를 시켰습니다. 그런데 진폭이 감소되는 문제가 발생할 경우, 그 문제를 해결하기 위해서 보통 네트워크의 2~3km마다 amplifier(증폭기)라는 것을 달게 됩니다. amplifier를 설치하면 감쇄된 진폭을 증폭시켜 줄 수 있습니다. 그리고 맨 끝에 달린 filter를 통해 어느 정도 잡음(노이즈)을 완화해 줌으로써 아날로그 신호의 노이즈 문제를 완화했습니다. 

하지만 이렇게 filter와 amplifier로 아날로그 신호를 처리하게 될 경우, 어떤 문제가 생길 수 있을까요? 
amplifier를 이용해서 신호 증폭을 하게 되면, 아날로그 시그널과 함께 잡음(noise)도 증폭이 될 수 있는 문제가 발생할 수 있습니다. 또한, 장거리를 이동하면 할수록 노이즈 문제가 더 심각해지겠죠. 즉, 신호 품질 자체가 깨끗이 유지되지 못하게 됩니다.

 

• digital transmission

반면에 디지털 바이너리를 전송할 경우, 디지털에서는 아날로그와 다르게 amplifier를 사용하지 않고 repeater(반복기)라는 것을 사용합니다. 디지털 시그널도 아날로그와 똑같이 네트워크를 통해 전송하게 되면 잡음이 끼게 되고 신호가 감쇄가 일어나게 됩니다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해서 디지털 네트워크도 2,3km마다 repeater를 달게 됩니다.

repeater의 역할은 크게 2가지입니다.
첫 번째는 잡음이 끼고 감쇄된 바이너리 시그널로부터 descrimination(판별)을 해서  0,1을 판단해 내는 것입니다.
두 번째로 앞서 판단해 낸 클린한 0,1 바이너리 디지털 시그널을 transmission(전송)하는 것입니다.

결국 잡음이 끼고 감쇄된 바이너리 시그널이 repeater를 거치고 내보내지면 잡음이 거의 제거되고 시그널 감쇄가 많이 완화된 디지털 바이너리 시그널로 다시 전송될 수 있게 되는 것입니다.

통신 분야에서는 Pe = probablity error,  에러 확률을 이야기합니다. 만약 Pe=0이라면, 잡음이 끼든 시그널 감쇄가 일어나든 100퍼센트 확률로 0과 1을 파악할 수 있다는 의미를 지닙니다. 즉, 이상적인 이야기지만 이론적으로 Pe = 0이라면 잡음이 하나도 끼지 않고 감쇄가 일어나지 않은 디지털 시그널을 전송할 수 있다는 이야기입니다.
현재 디지털 기술은 Pe가 0은 아니지만 10의 -9승부터 -12승 정도로 엄청나게 정확한 확률로 0, 1의 binary를 판별할 수 있습니다. 따라서 현재 디지털은 probablity error가 굉장히 작습니다. 뿐만 아니라 혹시나 아주 작은 확률로 발생할 에러를 확인하기 위한 보호코드도 존재합니다. 에러 확인을 위해 사용되는 보호코드를 crc코드라고 합니다. 이러한 디지털 코드를 보호하는 기술이 존재하기 때문에 디지털 시그널은 엄청난 정확도를 유지한 채 전송이 가능할 수 있습니다.

앞서 말한 이유로 인해 디지털은 기본적으로 아날로그에 비해서 잡음에 강인합니다. 즉, 다른 말로 얘기하자면 디지털 시그널은 high quality of signal processing이 가능하다는 것과 같습니다.
디지털 소리 뿐만 아니라 디지털 사진, 영상이 선명하고 깨끗하게 보이는 이유도 디지털 시그널이 잡음에 강인하기 때문입니다.

 

지금까지 디지털 시그널이 왜 잡음에 강인한 지에 대해 정리해 보았습니다.

감사합니다.