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100여년 전의 전화 시스템과 무선 전신 시스템과 같은 초기 유무선 데이터 통신 기술은 현재 100Gbps급 이더넷 유선 통신 기술과 LTE 방식의 스마트 폰과 같은 최신 모바일 데이터 통신 기술로 무르익고 있다. 하지만 이면에는 유무선 전송선로에 가해지는 잡음과 왜곡, 지연 그리고 시스템 내부의 버퍼 부족에 의한 손실 등의 수 많은 기술적인 난관을 극복한 수 많은 통신정보공학자의 이론적이고 실질적인 헌신이 있었다.

본 교재는 데이터 통신 기술의 기본 개념과 이것이 적용된 다양한 단말 및 네트워킹 시스템의 구성과 동작을 다룬 것이다. 또한 패킷망과 같은 장거리 데이터 통신 기술을 다루었던 기존 교재와 달리 임베디드 보드 내부 통신방식인 SPI, I2C, I2S 등의 초단거리 통신방식과 자동차 내부제어통신망 기술인 LIN 및 CAN도 심도 있게 다루었다. 또한 오디오 및 조명 제어와 같은 융합된 데이터 통신 기술도 포함하였다. 특히 다양한 데이터 통신 시스템의 기본 기능을 하드웨어 및 소프트웨어로 설계할 수 있는 능력을 배양할 수 있도록 총 70여 개의 설계과제를 제시하고 관련 회로도와 프로그램도 함께 수록하였다.

본 교재의 구성은 다음과 같다.

 1 ~3장 : 데이터 통신 시스템의 동작을 가능케 하는 라인코딩 및 변복조기술, 오류제어 등의 기본 개념을 다루었으며, Verilog 또는 C 언어로 수행할 수 있는 PRBS 및 NRZI 인코더 등의 다양한 설계 항목을 제시하였다. 또한 Omnet시 뮬레이터와 큐잉시스템도 함께 다루었다.
 4 ~ 5장 : 비동기 전송 기술인 UART 및 RS485 관련 기술을 다루면서 비동기 전송, 불평형 및 평형 전송 개념을 소개하였다. 이를응용한 Current Loop 통신 시스템과 조명제어용 DMX512 기술도 함께 다루고 관련 시스템을 설계할 수 있도록 하였다.
 6장 : 전화망 시스템을 구성하는 전화기의 내부구조와 동작, 공간분할 및 시분할교환기의 기능을 다루면서 각 기능에 대한 설계를 수행할 수 있도록 하였다.
 7장 : HDLC를 기반으로 프레이밍, 흐름 및 오류 제어등에 대한 데이터 링크 계층프로토콜의 기능을 다루면서 HDLC 칩을 기반으로 한 HDLC 전용 통신 모듈의 설계를 수행할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 동기식 전송방식을 이해할 수 있도록 하였다.
 8장 : 다중화와 다중 접근기술을 다루면서 대표적인 E1 TDM 다중화기의 설계를 수행할 수 있도록 하였다.
 9장 : 패킷 교환망과 케이블TV시스템, 광통신시스템, 인터넷, MPLS, OTN, PTN등의 다양한 유선 데이터 통신망 기술을 소개하였다.

 10장 : 무선 LAN과 WPAN, 적외선 통신 등을 포함한 무선 데이터 통신망 기술을 다루면서 블루투스, GPS, IrDA 시스템의 설계를 수행하도록 하였다.
 11장과 12장 : 스마트폰과 같은 임베디드 시스템 내부 통신 기술인 SPI와 I2C 그리고 디지털 오디오 전송방식인 I2S, AES/EBU, S/PDIF를 다루었다. 이를 통하여 온도, 자이로스코프, 가속도센서, 대기압센서에 대한 인터페이싱 기법과 디지털 오디오 전송시스템의 설계를 수행하도록 하였다.
 13장과 14장 : 자동차 내부 제어 통신망 기술인 LIN과 CAN을 심도 있게 다루고, 관련스텝 모터 구동이 가능한 LIN/CAN 시스템 설계를 다루었다.
 15장 : 대표적인 고속 전송 기술인 이더넷을 다루고, 관련된 이더넷 브리지 및 10Mbps/100Mbps급 이더넷 그리고 MDIO 제어 기능을 설계하도록 하였다.
 16장 : RFID와 NFC를 다루면서 부하 변조의 원리를 습득할 수 있도록 하고, 125KHz 및 13MHz RFID 시스템을 설계하도록 하였다.
 부록 : 데이터 통신 시스템 개발환경 구축 절차를 소개하였다.

이와 같이 본 교재는 기본적인 데이터 통신 기술의 개념뿐만 아니라 다양한 첨단 데이터 통신시스템 설계 기술의 기반을 함께 습득할 수 있도록 준비하였다. 또한 이러한 설계 과정의 원활한 수행을 돕기 위해 가급적 저렴한 데이터 통신 소자 및 소프트웨어 개발도구를 선정 제시하였다.

참고로 본 교재에서 요구되는 설계 항목은 타교과목, 즉 통신공학, 디지털공학, 마이크로프로세서, 전자회로, 전력전자, 소프트웨어공학 등과 같은 분야의 다양한 지식뿐만 아니라 여러 종류의 개발도구의 활용 능력이 함께 요구된다.

만약 여건이 여의치 않다면 본 교재에 제시된 70여 개의 설계과제 중 하드웨어 관련 설계 과제는 이미 상품화된 아두이노 쉴드 모듈을 활용하고 관련 프로그램을 참조하는 것도 좋겠다. 하지만 가급적 흥미 있는 하나의 설계과제를 선택하여 회로설계에서 PCB제작까지 스스로 수행하고 관련된 소프트웨어까지 설계하는 것을 추천한다. 이러한 학습과정을 통하여 최신 데이터 통신시스템 설계뿐만 아니라 스마트 자동차, 무인기 등의 IT융합분야에도 큰 자신감을 얻게 될 것이다.

마지막으로 지난 3년여에 걸친 본 교재의 준비과정에서 무심하게 대한 주변 분들에게 깊은 미안함을 표한다. 특히 어려움에도 불구하고 출판을 수락하신 도사장님과 강선생님 그리고 이번 학기에 도움을 많이 주신 제주대학교의 임재윤 교수님과 좌정우 교수님께 큰 감사를 드린다.

2015. 봄
윤종호
yoonch@kau.ac.kr

목차
제1장 데이터통신
1.1데이터통신 17
1.2데이터의전송단위20
1.3Byte Order 21
1.4유무선통신선로 22
1.5데이터트래픽의특성 23
1.6데이터의전달방법과선로의활용방법 23
1.7직렬전송및병렬전송 24
1.8통신망(네트워크) 27
1.9교환방식27
1.10전송거리에따른데이터통신망의분류 31
1.11사설망과공중망 32
1.12프로토콜 33
1.13OSI 7 계층모델 34
1.14TCP/IP 프로토콜수트 37
1.15계층별데이터통신연결 38
1.16데이터통신분야표준화기구 38
1.17데이터통신과임베이드시스템40
1.18데이터통신기술의활용분야41
1.19데이터통신기술의 Positioning 45
1.20연습문제47
제 2장 데이터통신의기초
2.1 데이터부호49
2.2 데이터와신호50
2.3 신호의표현52
2.4 디지털신호의분해54
2.5 비트율과보오율54
2.6 데시벨과 SNR 56
2.7 대역폭과전송속도 56
2.8 신호의변환 58
2.9 아날로그데이터에대한아날로그신호변환60
2.10 아날로그데이터에대한디지털신호변환61
2.11 PCM 코덱63
Contents
2.12 디지털데이터에대한디지털전송신호변환(라인코딩)
66
2.13 블록인코딩73
2.14 디지털데이터에대한아날로그전송신호변환(모뎀)
79
2.15 아날로그모뎀83
2.16 Baseband와 Broadband 전송85
2.17 대역확산(Spread Spectrum)기술86
2.18 바코드시스템(참고)88
2.19 설계과제90
2.20 이더넷라인코딩파형분석90
2.21 NRZI 인코더와디코더설계92
2.22 맨체스터인코더설계93
2.23 MLT-3 인코더설계95
2.24 FSK 모뎀설계96
2.25 연습문제102
제 3장 데이터전송기술
3.1 데이터전송시스템의구성105
3.2 전송매체107
3.3 전송선로의임피던스110
3.4 Single-ended/Differential 전송112
3.5 불평형전송과평형전송신호방식114
3.6 전송장애114
3.7 오류감지및복구기능121
3.8 유선디지털통신시스템의구성126
3.9 클럭동기134
3.10 스크램블러136
3.11 데이터통신시스템의성능141
3.12 큐잉시스템(Queueing system)143
3.13 설계과제145
3.14 스크램블러설계145
3.15 PRBS(Pseudo Random Bit Sequence) 생성기및검사기
146
3.16 CRC 생성기능설계149
Contents
3.17 Checksum 생성기능설계150
3.18 연습문제151
제 4장 직렬통신방식과 UART
4.1 DTE와 DCE 장치153
4.2 물리계층에서의비동기및동기직렬전송방식154
4.3 전송단위의구분157
4.4 계층별동기및비동기전송방식160
4.5 UART161
4.6 UART의비동기전송방식163
4.7 UART의제어기능165
4.8 상용 UART 칩166
4.9 RS232169
4.10 4~20mA Current Loop 통신172
4.11 38KHz 적외선리모컨통신시스템175
4.12 설계과제178
4.13 Hello World 178
4.14 UART1 모듈설계 180
4.15 USB / UART 변환모듈설계182
4.16 UART1 / RS232 하드웨어설계 184
4.17 UART0와 UART1의연동기능설계 185
4.18 20mA Digital Current Loop 설계 187
4.19 4~20mA Analog Current Loop 설계 189
4.20 38KHz 적외선리모컨통신시스템설계 191
4.21 연습문제200
제 5장 차동직렬전송방식: RSD485와DMX512
5.1 Single-ended 신호방식과 Differential 신호방식201
5.2 RS422 / V.11205
5.3 RS423(참고)206
5.4 RS485207
5.5 RS485에대한고려사항209
5.6 RS422 / RS423 / RS485의비교211
Contents
5.7 DMX512 원격조명제어방식212
5.8 DMX512 상세213
5.9 DMX512 커넥터와케이블215
5.10 DMX512 기반의조명장치예 217
5.11 설계과제 217
5.12 차동송신부설계 218
5.13 RS485 시스템설계 218
5.14 DMX512 마스터노드의설계 221
5.15 USB 기반의 DMX512 마스터노드의설계 224
5.16 DMX512 슬레이브노드의설계 225
5.17 연습문제230
제 6장 유무선회선교환시스템
6.1공중전화교환망의구성231
6.2아날로그전화기233
6.3Sidetone제거기능 239
6.4전화교환기의기능242
6.5교환기능245
6.6공간분할교환방식247
6.7시분할교환방식249
6.8다단교환기250
6.9이동전화시스템251
6.10이동전화시스템의구성253
6.11이동전화시스템의동작255
6.12휴대폰시스템의세대별진화257
6.13설계과제259
6.14DTMF 신호발생기와수신기의설계259
6.15전화기용 Ringer 설계263
6.16전화기용 DTMF 신호발생기설계 265
6.17 Active 하이브리드회로설계(참고) 267
6.18아날로그전화기설계 267
6.19G.711 PCM 코덱기능부설계 271
6.20공간분할크로스포인트교환기와코덱기능부설계 276
6.21 TDM 버스교환방식의시분할교환기능의설계 279
6.22연습문제 285
Contents
제 7장 데이터링크계층과 HDLC
7.1 데이터링크계층의기능287
7.2 물리링크와가상(논리) 링크288
7.3 연결형과비연결형데이터링크절차290
7.4 프레이밍(Framing) 291
7.5 프레임경계설정방법292
7.6 링크계층에서의흐름제어기능296
7.7 링크계층에서의오류복구기능298
7.8 HDLC 299
7.9 HDLC 프레임구조301
7.10 ABM 모드에서의 HDLC 동작절차304
7.11 동기식 HDLC 컨트롤러(USART) 305
7.12 HDLC 시스템용물리계층306
7.13 PPP 308
7.14 HDLC 모듈설계311
7.15 연습문제330
제 8장 다중화와다중접근
8.1 다중화331
8.2 시분할다중화방식(TDM)332
8.3 주파수분할다중화방식(FDM)333
8.4 파장분할다중화방식(WDM)334
8.5 패킷모드다중화334
8.6 다중접근(Multiple access)337
8.7 스케듈기반의다중접근방식338
8.8 경쟁기반의다중접근방식340
8.9 회선모드다중접근방식344
8.10 이중링크방식348
8.11 E1 다중화기술350
8.12 E1의 Time Slot 0의상세기능353
8.13 E1 시스템의 Time Slot 16 354
8.14 E1 CRC-4의기능(참고) 356
8.15 E1 물리계층358
8.16 T1(참고) 360
Contents
8.17 Plesiochronous Digital Hierarchy(PDH) 362
8.18 SONET / SDH 광전달망 365
8.19 E1 TDM 다중화기 367
8.20 설계과제 370
8.21 연습문제 380
제 9장 유선데이터통신망기술
9.1 공중망과사설망381
9.2 연결형과비연결형전달서비스382
9.3 데이터평면과제어평면382
9.4 유선데이터통신기술384
9.5 홈네트워킹기술385
9.6 액세스망기술38