변조
정보 신호를 반송파에 실어 먼 거리까지 보냅니다. AM, FM, QAM, OFDM은 이 단계의 대표 기술입니다.
Signals, spectrum, codes
소리와 데이터가 전파, 광섬유, 위성 링크를 지나 목적지에 도착하기까지의 핵심 기술을 수식과 함께 한눈에 정리했습니다.
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Communication stack
정보 신호를 반송파에 실어 먼 거리까지 보냅니다. AM, FM, QAM, OFDM은 이 단계의 대표 기술입니다.
전파, 케이블, 광섬유, 위성 경로는 손실과 지연을 만듭니다. 링크 예산은 이 손실을 계산합니다.
잡음과 간섭을 통과한 비트를 채널 부호, 동기화, 재전송으로 다시 신뢰할 수 있는 데이터로 만듭니다.
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복잡한 수식과 장비 상태를 조금 덜 딱딱하게 볼 수 있도록, 뭉치를 통신 기술 지도와 천상 Lab의 마스코트로 붙였습니다. 왼쪽 위 뭉치 버튼을 누르면 천상 연구실 홈으로 돌아갑니다.
Core technologies
기초 모델을 정리한 학습 노트입니다. 계산 전에는 각 카드의 단위와 적용 조건을 확인하세요. 2026.09.16 검토에서 잡음지수 중복 계산, MIMO 용량 단위, GFSK 정규화, 반사손실 표기를 보완했습니다.
Analog Devices · 수신 감도 · Tse·Viswanath · 무선통신 교재 · MathWorks · 연속위상 변조 · MIT OCW · 반도체 소자
전체 카드의 엄밀한 증명이나 측정 검증을 의미하지 않습니다. 연결된 PDF와 실험 프로그램은 별도 검토 대상입니다.
전체 수식 카드를 보고 있습니다.
C = B log2(1 + S/N)
AWGN으로 모델링한 대역제한 채널에서 오류율을 임의로 낮게 만들며 보낼 수 있는 이론적 최대 정보율입니다. 여기서 S/N은 dB가 아니라 선형 전력비입니다.
η = R/B, γ_req = 2^η - 1
η는 대역폭 1 Hz당 전송률 bit/s를 뜻합니다. γ_req는 AWGN 채널의 섀넌 한계에서 얻는 선형 SNR의 하한이며 실제 변조·부호화에는 추가 SNR이 필요합니다.
γ = (Eb/N0) · (Rb/B)
같은 SNR이라도 비트율 Rb와 대역폭 B가 다르면 BER 해석이 달라집니다. dB 값을 식에 넣기 전에는 반드시 선형비로 바꿔야 합니다.
음성 같은 메시지 m(t)가 반송파의 진폭을 흔듭니다. 구조가 단순하지만 잡음이 진폭에 섞이면 품질이 쉽게 떨어집니다.
μ = ka max|m(t)|, μ ≤ 1
변조도 μ가 1을 넘으면 엔벨로프가 뒤집혀 단순 검파에서 큰 왜곡이 생깁니다. AM 실험에서는 파형이 예뻐 보여도 이 값을 먼저 확인하는 게 좋습니다.
메시지가 반송파의 순간 주파수를 바꿉니다. 진폭 잡음에 강해 라디오 방송과 무선 음성 시스템에서 오래 쓰였습니다.
B ≈ 2(Δf + fm,max)
Carson 법칙은 FM 신호가 실제로 차지하는 대역폭을 빠르게 잡는 근사식입니다. Δf는 최대 주파수 편이, fm,max는 메시지 최고 주파수입니다.
서로 직교하는 두 축 I와 Q에 여러 비트를 동시에 실어 보냅니다. 16-QAM, 64-QAM처럼 점이 많을수록 빠르지만 더 높은 SNR이 필요합니다.
많은 좁은 부반송파를 직교하게 배치해 주파수 선택적 페이딩을 다루기 쉽게 만듭니다. Wi-Fi, LTE, 5G, DSL의 핵심 방식입니다. 이 식은 정규화 상수를 생략했으며 부록의 표준 IDFT 규약을 쓰면 합 앞에 1/N을 곱합니다.
Δf = fs/N = 1/Tu
OFDM의 부반송파가 서로 간섭하지 않으려면 간격이 유효 심볼 시간 Tu의 역수로 맞아야 합니다. LTE와 5G의 numerology도 이 관계에서 출발합니다.
TCP ≥ τmax, ηCP = Tu/(Tu + TCP)
순환 접두부가 최대 지연확산보다 길면 다중경로로 생긴 ISI를 크게 줄일 수 있습니다. 대신 그 시간만큼 실제 데이터 효율은 낮아집니다.
송신과 수신에 여러 안테나를 사용해 같은 시간과 주파수에서 여러 데이터 흐름을 보냅니다. 행렬 H는 공간 경로의 특성을 나타냅니다.
C/B = log2 det(I + (ρ/Nt) H Hᴴ)
주어진 평탄 채널 H를 수신기가 알고, 송신 안테나에 전력을 균등 배분하며 공간 백색 가우시안 잡음을 가정합니다. 단위는 bit/s/Hz이고 ρ는 선형 SNR, Nt는 송신 안테나 수, ᴴ는 켤레전치입니다. bit/s로 쓰려면 대역폭 B를 곱하며, 채널에 맞춘 전력 최적화나 페이딩 평균은 별도로 계산합니다.
안테나 배열의 위상과 크기를 조정해 특정 방향으로 에너지를 집중합니다. w와 f는 수신·송신 가중치 벡터, ᴴ는 켤레전치이며 이 식의 n은 수신 결합 이후의 스칼라 잡음입니다.
송수신기가 같은 순서로 주파수를 계속 바꿔 간섭을 피합니다. 가까운 거리에서 여러 기기가 같은 대역을 나눠 쓰는 데 유리합니다.
광전력은 거리 z가 늘수록 감쇠합니다. 이 지수식의 α는 길이의 역수 단위이며 아래 카드의 dB/km 계수와 직접 혼용하지 않습니다. 광증폭기, 파장분할다중화, 분산 보상이 장거리 백본망을 가능하게 합니다.
L_dB = α_dB/km·L_km + L_conn + L_splice + margin
광섬유 링크는 감쇠, 커넥터, 융착 손실, 여유 마진을 모두 dB로 더해 계산합니다. 장거리 백본과 건물 내부 배선을 동시에 설명하기 좋은 실무식입니다.
R = ηq/(hf) = ηqλ/(hc), Ip = R Popt
광전력이 수신기에서 전류로 바뀌는 비율입니다. 광통신이 결국 반도체 검출기와 회로 잡음 문제로 이어진다는 걸 보여주는 연결식입니다.
자유공간 원거리장, 편파 정합과 안테나 임피던스 정합을 가정합니다. Gt, Gr는 선형 이득이며 dBi 값을 그대로 대입하지 않습니다. 위성 링크에서는 큰 안테나 이득과 정확한 지향, 지연 관리가 중요합니다.
Pr_dBm = Pt_dBm + Gt + Gr - Lpath - Lmisc
Pt, Pr는 dBm, 안테나 이득 Gt, Gr는 dBi, 경로·케이블 등의 손실은 dB로 넣습니다. 전력비 dB와 절대 전력 dBm을 구분해 더하고 뺍니다.
코드워드 사이의 최소 거리 dmin가 클수록 더 많은 비트 오류를 고칠 수 있습니다. LDPC와 Polar 코드는 현대 셀룰러망의 대표 부호입니다.
전파가 거리 R만큼 퍼지며 생기는 기본 손실입니다. 주파수가 높아져 파장 λ가 짧아지면 같은 거리에서도 링크 예산이 더 빡빡해집니다.
열잡음원과 부하가 정합된 경우의 가용 잡음 전력입니다. N은 W, T는 K, B는 등가 잡음 대역폭 Hz입니다. 대역폭을 넓히면 잡음 전력도 함께 커집니다.
N_dBm ≈ -174 + 10log10(B/1 Hz) + NF
290 K 잡음원의 가용 잡음 전력 밀도는 약 -174 dBm/Hz입니다. B는 등가 잡음 대역폭, NF는 dB 단위 잡음지수입니다. 이 식의 N_dBm은 수신기 입력으로 환산한 잡음이며 NF를 이미 포함합니다.
γ = 10^(γ_dB/10), γ_dB = 10log10(γ)
섀넌 용량, BER, QAM 근사식에는 보통 선형 SNR을 넣습니다. 사용자가 dB 값을 그대로 대입하지 않도록 카드에 변환식을 함께 둔 것이 PDF의 핵심 보완점입니다.
Pmin_dBm = N_dBm + SNR_req,dB
앞 카드의 N_dBm에는 NF가 들어 있으므로 다시 더하지 않습니다. 290 K 기준으로 풀어 쓰면 -174 + 10log10(B/1 Hz) + NF + SNR_req,dB입니다. 요구 BER과 검파 방식에 맞는 SNR을 사용하고 구현 손실·간섭은 별도로 반영합니다.
단말이나 반사체가 움직이면 수신 주파수가 살짝 밀립니다. 고속열차, 차량, 위성 링크에서는 채널 추정과 동기화 설계가 중요해집니다.
베이스밴드: fs > 2B, 일반 실수 신호: fs > 2fmax
대역제한 실수 신호의 기본 저역통과 표본화에서는 최고 주파수 성분의 두 배보다 큰 표본화 주파수를 사용합니다. 대역통과 샘플링에는 별도 조건이 있으며 실제 설계에서는 필터 전이대역 여유를 둡니다. 복소 I/Q에서는 중심 주파수 주변 전체 대역폭과 샘플레이트를 연결합니다.
fs,IQ ≥ B, ΔfFFT = fs/N
RTL-SDR 같은 수신기는 중심 주파수 주변을 복소 베이스밴드로 내려서 봅니다. 그래서 실수 표본화의 2배 규칙과 달리, I/Q 샘플레이트는 관측 대역폭과 직접 연결됩니다.
Δf = fs/N, Pxx[k] = |X[k]|²/(Nfs)
이 PSD 식은 N개 실제 표본, 직사각 창, 무정규화 DFT의 양측 스펙트럼 기준이며 단위는 입력 단위의 제곱/Hz입니다. 다른 창은 창 에너지로 보정하고, 실수 신호의 단측 PSD는 DC·나이퀴스트 성분을 제외하고 두 배로 합니다. 제로 패딩은 bin 간격을 줄이지만 실제 두 신호를 구분하는 해상도를 높이지는 않습니다.
AWGN에서 이상적인 동기 검파를 하는 비부호화 BPSK의 식입니다. Eb는 비트 에너지, N0는 잡음 전력 밀도이며 그 비는 선형값을 넣습니다. 실제 페이딩·동기 오차·채널 부호화가 있으면 BER 모델이 달라집니다.
Pb ≈ [4/k](1-1/√M) Q(√(3kEb/((M-1)N0)))
AWGN, 이상적인 동기 검파, Gray mapping, 높은 SNR에서 쓰는 비부호화 사각 QAM의 근사식입니다. k=log2 M이며 같은 BER에서 QAM 차수가 커지면 더 높은 Eb/N0가 필요합니다.
EVM_rms = √(Σ|ek|² / Σ|sk|²), SNR ≈ 1/EVM²
실제 심볼점의 오차를 기준 심볼의 평균 전력으로 정규화한 지표입니다. 비상관 잡음이 지배적일 때 SNR을 거칠게 추정할 수 있습니다. 식의 EVM은 백분율이 아닌 비율이며 5%는 0.05를 넣습니다.
분모는 원하는 신호 i를 제외한 간섭원과 잡음만 포함하며 전력·이득은 선형값입니다. 실제 셀룰러망에서는 이웃 셀 간섭이 큰 제한이 되기도 하며, 빔 관리와 전력 제어가 SINR을 높이는 데 쓰입니다.
파장 성분마다 도착 시간이 달라지면 펄스가 넓어져 심볼 간 간섭이 생깁니다. 장거리 광전송에서는 분산 보상과 코히어런트 수신이 중요합니다.
포아송 도착, 지수분포 서비스 시간, 서버 1개인 M/M/1 모델에서 λ < μ일 때의 대기+처리 평균 시간입니다. 큐에서 기다리는 시간만 구하면 Wq = W - 1/μ입니다. 모든 네트워크 지연에 그대로 적용할 수 있는 식은 아닙니다.
D = Tproc + Tqueue + Ttx + Tprop, RTT ≈ 2Doneway
게임 핑이나 화상회의 지연은 처리, 큐, 전송, 전파 지연의 합입니다. RTT ≈ 2Doneway는 왕복 경로와 지연이 대체로 대칭일 때의 근사입니다.
BDP = R · RTT
링크가 꽉 차려면 왕복시간 동안 날아가 있어야 하는 데이터량이 충분해야 합니다. TCP window, 위성 인터넷, 고속 백본 성능을 설명할 때 자주 쓰입니다.
고장 사이 평균 시간과 복구 시간을 함께 보는 지표입니다. 통신사는 이중화, 자동 절체, 우회 라우팅으로 가용도를 끌어올립니다.
이 식의 ρ는 결합전하를 포함한 전체 전하 밀도입니다. 물질의 자유전하로 쓰는 거시적 식은 ∇·D = ρfree입니다. 전하 분포는 안테나, 전송선, 반도체 접합의 전기장과 전위를 결정합니다.
자기 단극자는 관측되지 않으며 자기력선은 닫힌 루프를 이룹니다. 코일, 변압기, RF 인덕터의 자속 해석이 이 성질에서 출발합니다.
시간에 따라 변하는 자기장이 회전하는 전기장을 만듭니다. 무선 전파, 유도 결합, 트랜스포머와 스위칭 전원 잡음의 기본 원리입니다.
진공 형태의 식이며 물질 안에서는 전체 미시적 전류를 써야 합니다. 거시적 매질에서는 ∇×H = Jfree + ∂D/∂t를 사용합니다. 변위전류 항은 시간에 따라 변하는 전기장과 자기장의 연결을 나타냅니다.
균일·선형·등방성의 무손실 매질에서의 위상속도입니다. 손실이나 분산이 있으면 위상속도와 군속도를 구분하고 복소 전파상수로 계산합니다.
시간영역 실수 벡터 E, H의 순간 전력 흐름 밀도이며 단위는 W/m²입니다. 피크값 페이저의 시간평균은 ⟨S⟩ = ½ Re(E×H*)입니다. 안테나 방사와 도파관에서 에너지 흐름을 해석하는 데 씁니다.
전압과 전류가 선로를 따라 시간과 공간의 함수로 퍼진다는 모델입니다. 고속 디지털 신호, 동축 케이블, RF 피드라인에서는 회로가 아니라 파동으로 봐야 합니다.
선로가 무한히 길 때 입력에서 보이는 임피던스입니다. 50 Ω RF, 75 Ω 영상 케이블, 100 Ω 차동선로 설계의 기준입니다.
부하 임피던스가 선로와 맞지 않으면 신호가 되돌아옵니다. 반사는 RF 출력 손실뿐 아니라 고속 디지털의 링잉과 아이 다이어그램 열화를 만듭니다.
안테나와 급전선의 정합 상태를 숫자로 보여줍니다. 값이 1에 가까울수록 반사가 적고 송신 전력이 부하로 잘 전달됩니다.
S11 = Γin; RL = -20log10|Γ|; ML = -10log10(1-|Γ|²)
다른 포트를 기준 임피던스로 정합 종단했을 때 S11은 입력 반사계수입니다. 반사손실 RL과 부정합손실 ML은 서로 다른 값입니다. 위 ML은 실수 기준 임피던스의 수동 부하에 입사한 전력 중 반사되지 않은 비율로 정의한 양의 손실이며, 송신원·부하의 다중 반사는 별도 해석이 필요합니다.
δ = √(2/(ωμσ)), Rs = √(πfμ/σ)
주파수가 높아질수록 전류는 도체 표면에 몰립니다. 동축 케이블, PCB 마이크로스트립, 안테나 도체 손실이 고주파에서 커지는 이유입니다.
한 노드로 들어오고 나가는 전류의 합은 0입니다. 집적회로 내부의 바이어스, 증폭기 입력, 전원망 해석의 가장 기본적인 보존 법칙입니다.
저항과 커패시터가 만드는 충전·방전 시간 척도입니다. 디지털 회로의 상승 시간, 저역통과 필터, 디바운싱, 센서 인터페이스의 속도를 결정합니다.
인덕터와 커패시터가 에너지를 주고받으며 특정 주파수에 민감해지는 지점입니다. RF 필터, 발진기, 안테나 매칭 회로에 쓰입니다.
입력이 주파수별로 얼마나 증폭·감쇠·위상 지연되는지 나타냅니다. 아날로그 필터, 오디오, RF 프론트엔드, 제어 회로를 같은 언어로 해석하게 합니다.
PN 접합은 순방향 전압이 커질 때 전류가 지수적으로 증가합니다. 정류기, 검파기, ESD 보호, LED와 포토다이오드 해석의 기본 모델입니다.
열평형 반도체에서 전자 농도와 정공 농도의 곱은 고유 캐리어 농도의 제곱입니다. 도핑을 하면 한 캐리어가 늘고 다른 캐리어는 줄어듭니다.
σ = q(nμn + pμp), ρ = 1/σ
전자와 정공이 모두 전류를 운반합니다. 도핑 농도와 이동도 변화가 웨이퍼 저항, 소자 온저항, RF 손실에 어떻게 나타나는지 연결해 줍니다.
전기장은 캐리어를 한쪽으로 끌고, 농도 차이는 캐리어를 퍼뜨립니다. 포토다이오드 응답, 접합 소자 속도, RF 프론트엔드의 잡음과 응답 시간 해석에 중요합니다.
Dn/μn = Dp/μp = kT/q
열평형에서 확산계수와 이동도는 열전압으로 연결됩니다. 드리프트와 확산이 따로 노는 현상이 아니라 같은 통계 물리에서 나온다는 걸 보여줍니다.
WKB 조건을 만족하는 1차원 장벽의 지배적인 지수항 근사입니다. 적분은 V(x) > E인 구간의 두 전환점 사이이며, κ(x) = √[2m(V(x)-E)]/ℏ입니다. 같은 장벽 높이에서 폭이 좁아지면 터널링이 커지며 소자의 누설과 메모리 동작에 연결됩니다.
접합 주변에서 자유 캐리어가 비어 있는 영역의 폭입니다. 역바이어스가 커질수록 공핍층이 넓어져 접합 커패시턴스와 항복 특성이 바뀝니다.
Vbi = VT ln(NA ND / ni²)
p형과 n형을 붙이면 페르미 준위가 맞춰지면서 내부 전기장이 생깁니다. 이 전위 장벽이 공핍층, 다이오드 전류, 접합 커패시턴스의 기준점입니다.
BJT는 베이스-이미터 전압으로 컬렉터 전류를 제어하는 전류 증폭 소자입니다. 아날로그 증폭, 전류 미러, 밴드갭 기준전압에 자주 쓰입니다.
입력 전압 변화가 출력 전류 변화로 바뀌는 비율입니다. 같은 전류에서 BJT는 높은 gm을 얻기 쉬워 저잡음 증폭기에 강점이 있습니다.
ID ≈ 0.5 μCox(W/L)VOV²(1+λVDS)
장채널 NMOS의 강반전 근사로 VOV = VGS-Vth > 0, VDS ≥ VOV일 때 사용합니다. Cox는 단위 면적당 산화막 정전용량입니다. 기본식은 채널 길이 변조를 무시하고, 아래의 (1+λVDS)는 그 영향을 근사한 보정항입니다. 단채널 소자에는 속도 포화 등 추가 모델이 필요합니다.
균일한 p형 기판의 장채널 NMOS에서 VSB=0인 문턱전압 근사입니다. φF = (kT/q)ln(NA/ni) > 0의 크기 규약을 쓰며 Cox는 단위 면적당 정전용량입니다. 바디 바이어스가 있으면 바디 효과를 추가해야 합니다.
gm ≈ 2ID/VOV, fT ≈ gm/[2π(Cgs+Cgd)]
gm 식은 장채널 강반전 포화 모델의 근사입니다. fT는 단락 전류 이득의 크기가 1이 되는 주파수이며 회로의 실제 사용 대역폭과 같지는 않습니다. 오른쪽 식은 기생저항 등 고주파 효과를 단순화한 소신호 근사입니다.
CMOS 회로는 스위칭할 때 부하 커패시턴스를 충전·방전하며 전력을 씁니다. 클럭 주파수와 전원전압을 낮추는 이유가 이 식에 들어 있습니다.
Pstatic = Ileak VDD
미세공정에서는 스위칭하지 않아도 누설전류 때문에 전력이 소모됩니다. 모바일 SoC와 대형 서버 칩에서 전원 차단, 바디 바이어스, 문턱전압 선택이 중요한 이유입니다.
트랜지스터 온저항과 부하 커패시턴스가 클수록 게이트가 늦게 전환됩니다. 배선 RC, 팬아웃, 셀 크기가 칩 속도를 결정합니다.
NAND는 모든 불 대수 함수를 만들 수 있는 범용 게이트입니다. 실제 CMOS에서는 PMOS 병렬, NMOS 직렬 구조로 구현됩니다.
¬(A·B)=¬A+¬B, ¬(A+B)=¬A·¬B
NAND와 NOR만으로도 모든 논리를 만들 수 있는 이유입니다. CMOS 게이트를 PMOS pull-up과 NMOS pull-down 네트워크로 바꿀 때 기본 변환 규칙이 됩니다.
동기식 논리회로가 안정적으로 동작하려면 한 클럭 안에 플립플롭 출력, 조합논리, 다음 플립플롭 준비 시간이 모두 들어와야 합니다.
tcq,min + tcomb,min ≥ thold + tskew
너무 빠른 경로도 문제가 됩니다. 데이터가 다음 플립플롭에 너무 빨리 도착하면 hold violation이 생기며, 클럭을 느리게 해도 자동으로 해결되지 않습니다.
심볼에 따라 반송파 진폭을 바꿉니다. OOK는 1일 때 켜고 0일 때 끄는 단순한 ASK로 RFID, 광통신, 저전력 무선에 쓰입니다.
비트나 심볼에 따라 서로 다른 주파수를 사용합니다. 진폭 변화에 둔감해 저전력 무선, 원격 계측, 초기 모뎀에서 널리 쓰였습니다.
h = 2ΔfTb, b(t) ∈ {−1,+1}, ∫₋∞∞g(t)dt = 1
FSK 데이터 파형을 가우시안 필터로 부드럽게 만들어 대역 밖 방사를 줄입니다. Δf는 Hz 단위 주파수 편이, g는 DC 이득 1의 필터, Tb는 비트 시간이며 초기 위상은 0으로 둡니다. Bluetooth Basic Rate와 LE 1M/2M/Coded 데이터 PHY는 GFSK와 BT=0.5를 사용합니다.
Δf는 중심에서 한쪽 주파수까지의 편이입니다. 두 톤의 간격은 2Δf=1/(2Tb)이고 변조지수는 h=0.5입니다. 연속 위상과 일정한 포락선을 가진 FSK의 한 형태이며 GMSK의 기반입니다.
MSK 앞단에 가우시안 필터를 넣어 스펙트럼을 좁히며 GSM에서 사용됩니다. B는 필터의 3 dB 대역폭, Tb는 비트 시간이며 무차원 BT는 대역폭과 심볼 간 간섭의 절충을 정합니다.
비트 0과 1을 180도 위상 차이로 보냅니다. 구조가 단순하고 잡음에 강해 위성, 심우주, 저속 제어 채널에서 기본 기준으로 쓰입니다.
네 위상점에 2비트를 담습니다. LTE, 5G, 위성 통신에서 낮은 SNR 조건이나 제어 채널에 자주 쓰이는 견고한 변조입니다.
위상 원 위에 M개의 심볼을 배치합니다. 8-PSK처럼 차수가 올라가면 효율은 좋아지지만 위상 잡음과 동기화 오차에 민감해집니다.
여러 반지름과 위상에 심볼을 배치합니다. 위성 방송 표준에서 고차 변조를 구현할 때 증폭기 비선형성에 QAM보다 유리한 경우가 있습니다.
데이터에 고속 칩 시퀀스를 곱해 대역폭을 넓힙니다. 간섭에 강하고 코드 동기화로 여러 사용자를 구분할 수 있어 GPS와 초기 CDMA에 쓰였습니다.
시간에 따라 주파수가 선형으로 변하는 처프 신호를 씁니다. 긴 거리와 낮은 전력에 강해 LoRa 같은 LPWAN 기술의 핵심입니다.
심볼 진폭을 여러 레벨로 바꾸는 베이스밴드 변조입니다. 이더넷의 PAM-4처럼 고속 유선 링크에서 같은 심볼 속도로 더 많은 비트를 보냅니다.
펄스의 위치로 정보를 표현합니다. 평균 전력이 제한되는 광통신, 적외선 통신, 심우주 링크에서 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
Device physics to networks
Study path
Maxwell 방정식은 전파와 안테나를 설명하고, 전송선로 이론은 회로와 전자기장을 연결합니다. 반도체 물리는 그 신호를 증폭·검파·샘플링하는 소자를 설명합니다.
Reference library
필요한 자료만 하나씩 내려받을 수 있게 분리했습니다. 전자기학은 전파와 회로의 기반, 양자역학은 반도체와 소자 물리의 기반, 백과사전은 넓은 개념을 빠르게 훑는 용도입니다.
Mathematical appendix
중등 수학에서 대학 공학수학까지 자주 다시 찾는 공식들을 전공서적 부록처럼 묶었습니다. 수식 표기는 가능한 한 그리스 문자와 아래첨자를 사용하고, 벡터와 장량은 bold italic 규칙으로 읽히도록 정리했습니다.
ax² + bx + c = 0, a≠0 → x = [-b ± √(b² - 4ac)]/(2a)(a+b)² = a² + 2ab + b²aⁿaᵐ = aⁿ⁺ᵐ, (aⁿ)ᵐ = aⁿᵐlog(ab)=log a + log b, log(aᵏ)=k log aVieta: x₁+x₂=-b/a, x₁x₂=c/ax² + y² = r², (x-h)² + (y-k)² = r²a² + b² = c²기울기 m = (y₂-y₁)/(x₂-x₁)삼각형 넓이 = 1/2 ab sin C타원: x²/a² + y²/b² = 1sin²θ + cos²θ = 1, e^{jθ}=cosθ + j sinθsin(a±b)=sin a cos b ± cos a sin bcos(a±b)=cos a cos b ∓ sin a sin b√(a²-x²): x=a sinθ√(a²+x²): x=a tanθ, √(x²-a²): x=a secθaₙ = a₁ + (n-1)d, Sₙ = n(a₁+aₙ)/2aₙ = a₁rⁿ⁻¹, Sₙ = a₁(1-rⁿ)/(1-r), r≠1Σk = n(n+1)/2, Σk² = n(n+1)(2n+1)/6aₙ = paₙ₋₁ + qaₙ₋₂ → λ² - pλ - q = 0Fₙ = Fₙ₋₁ + Fₙ₋₂, F₀=0, F₁=1d(fg)/dx = f'g + fg', d(f∘g)/dx = f'(g)g'∫u dv = uv - ∫v du∫f'(g(x))g'(x) dx = f(g(x)) + C∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n+1)+C, n≠-1∫e^{ax} dx = e^{ax}/a + C, a≠0f(x)=Σₙ₌₀∞[f⁽ⁿ⁾(a)/n!](x-a)ⁿ (테일러 급수가 f에 수렴하는 범위)eˣ = 1 + x + x²/2! + x³/3! + …sin x = x - x³/3! + x⁵/5! - …cos x = 1 - x²/2! + x⁴/4! - …(1+x)^α = 1 + αx + α(α-1)x²/2! + … (|x|<1)A𝐱 = λ𝐱, det(A-λI)=0실수 벡터: 𝐚·𝐛 = ||𝐚|| ||𝐛||cosθ||𝐱||₂ = √(Σ|xᵢ|²)A⁻¹ = adj(A)/det(A), det(A)≠0최소제곱: AᴴA𝐱 = Aᴴ𝐛 (ᴴ: 켤레전치, 실수에서는 ᵀ)E[X]=Σx p(x), Var(X)=E[X²]-E[X]²P(A|B)=P(B|A)P(A)/P(B), P(B)>0N(μ,σ²): f(x)=1/(σ√2π) exp[-(x-μ)²/(2σ²)]z=(x-μ)/σ독립·동일분포 표본평균 표준오차 = σ/√ny' + p(x)y = q(x) → (μy)' = μqμ(x)=exp(∫p(x)dx)𝓛{f'} = sF(s)-f(0)𝓛{e^{at}} = 1/(s-a), Re(s)>Re(a)𝓛{f*g}=F(s)G(s)X(ω)=∫x(t)e^{-jωt}dt, x(t)=1/(2π)∫X(ω)e^{jωt}dωDFT: X[k]=Σₙx[n]e^{-j2πkn/N}컨볼루션: y(t)=∫x(τ)h(t-τ)dτParseval: ∫|x(t)|²dt = 1/(2π)∫|X(ω)|²dωsinc(x)=sin(πx)/(πx), sinc(0)=1 (연속 확장)u(t-a)=0 (t<a), 1 (t≥a), d u(t)/dt = δ(t)∫₋∞∞δ(t-a)dt = 1∫₋∞∞f(t)δ(t-a)dt = f(a) (f가 a에서 연속)𝓛{δ(t-a)} = e^{-as}, a>0u(t-a)f(t-a) ↔ e^{-as}F(s)∇·𝐃 = ρfree, ∇×𝐇 = 𝐉free + ∂𝐃/∂t∇×(∇φ)=0, ∇·(∇×𝐀)=0∇²φ = ∇·∇φ𝐒 = 𝐄×𝐇∫∇·𝐅 dV = ∮𝐅·d𝐀z = re^{jθ}, |z|=√(a²+b²), ∠z=atan2(b,a)1/j = -jV = IZ, Z_R=R, Z_L=jωL, Z_C=1/(jωC)P_avg = 1/2 Re{VI*} (피크값 페이저; RMS는 1/2 생략)Q ≈ ω₀/Δω (고립된 공진의 3 dB 대역폭 근사)L_dB = 10log₁₀(P₂/P₁), V_dB = 20log₁₀|V₂/V₁| (전력비와 같으려면 동일 저항)dBm = 10log₁₀(P/1mW)k = 1.380649×10⁻²³ J/Kc = 299792458 m/s진공: λ = c/f; 매질: λ = v_phase/f; ω = 2πfE = ℏω = hf, p = ℏk, λ = h/piℏ∂ψ/∂t = Ĥψnᵢ² = np (열평형·비축퇴 반도체)V_T = kT/qI = I_S(e^{V/(nV_T)}-1)Γ(z)=∫₀∞t^{z-1}e^{-t}dt (Re z>0), Γ(n+1)=n! (n=0,1,…)B(x,y)=Γ(x)Γ(y)/Γ(x+y)erf(x)=2/√π ∫₀ˣe^{-t²}dtx²y''+xy'+(x²-ν²)y=0: J_ν, Y_ν가 기본해 (x>0)(1-x²)y''-2xy'+ℓ(ℓ+1)y=0: P_ℓ는 한 해계단 함수와 임펄스는 회로 스위칭, 라플라스 변환, 샘플링 이론에서 자주 등장합니다. 삼각함수와 포물선은 진동, 위상, 최적화, 에너지 곡선의 가장 기본적인 모양입니다.
Animated signal lab
같은 메시지라도 진폭, 주파수, 위상, 부반송파 중 무엇을 바꾸는지에 따라 전송 파형과 수신 난이도가 달라집니다.
RTL-SDR receiver lab
FFT는 복조 전 RF 스펙트럼입니다. 캡처 또는 예시 그래프를 실행하면 선택한 모드에 맞는 복조 후 미리보기를 표시합니다.
수신기가 잡은 복소수 샘플입니다. I와 Q가 함께 움직이면 위상과 진폭 정보를 볼 수 있습니다.
FSK는 조건에 따라 두 주파수 상태가 두 봉우리처럼 보일 수 있고, GFSK는 가우시안 필터링 때문에 더 부드러운 스펙트럼으로 보입니다. 실제 모양은 심볼레이트, 주파수 편이, 필터링, FFT 설정에 따라 달라집니다.
Moongchi FM radar
서버의 RTL-SDR로 88.0–108.0 MHz를 훑어 강한 FM 방송 후보 5개를 찾습니다. Arduino 내장 LED는 스캔 상태를 표시하는 선택 기능입니다.
스캔을 실행하면 상대 전력이 높은 순서로 표시됩니다.
Moongchi RF shadow
강한 FM 신호의 세기 변화를 계속 관찰해 사람이나 문이 지나가며 생기는 전파 반사 변화를 찾습니다. 음성은 듣거나 저장하지 않고 상대 신호 세기만 측정합니다.
탐지를 시작하면 기준 신호를 학습한 뒤 기준선에서 벗어나는 순간을 표시합니다.
x축은 주파수, y축은 전력입니다. 높은 봉우리는 그 주파수 근처에 강한 신호가 있다는 뜻이고, 봉우리 폭은 대역폭과 관련됩니다.
안테나로 들어온 RF 신호를 I/Q 디지털 샘플로 바꿉니다. 웹페이지는 이 샘플에 FFT를 적용해 주파수별 전력으로 보여줍니다.
공개 HTTPS 페이지가 사용자의 USB를 직접 제어하는 것은 브라우저 권한과 WebUSB 지원 여부에 따라 제한됩니다. 현실적인 구조는 각 PC에서 127.0.0.1 로컬 브리지를 실행하고, 허용 origin, CORS, 토큰 인증을 둔 API로 연결하는 방식입니다.
LAN camera relay
Bambu Lab A1의 카메라 스트림은 외부에 직접 노출하지 않고, NAS의 중계 서버가 읽은 뒤 이 웹사이트의 보호된 페이지로 전달합니다. 프린터 제어 기능은 넣지 않았고 실시간 확인만 할 수 있습니다.
Networked game lab
CSO SGP private server
CSO 서버는 플레이어 입력, 위치, 피격 판정, 방 상태를 짧은 주기로 교환하는 실시간 네트워크 응용입니다. 패킷 지연, NAT, 포트포워딩, 서버 재시작, 봇 정책 같은 요소를 통신공학 관점에서 관찰할 수 있습니다.
End-to-end route
음성, 영상, 센서값을 압축해 필요한 비트 수를 줄입니다.
오류 정정을 위한 여분의 비트를 넣어 잡음에 견딜 수 있게 합니다.
비트를 심볼과 파형으로 바꾸고 시간, 주파수, 공간 자원을 배정합니다.
감쇠, 페이딩, 간섭, 지연을 겪으며 수신기에 도착합니다.
수신 신호에서 심볼을 추정하고 오류를 고쳐 원래 데이터를 복원합니다.
Real networks
SK Telecom, KT, LG U+는 국내 이동통신과 유선 백본, 5G 상용망을 운영하는 대표 사업자입니다.
Verizon, AT&T, T-Mobile은 전국 단위 셀룰러망과 기업용 연결 서비스를 제공하는 주요 사업자입니다.
NTT Docomo, KDDI, SoftBank, Rakuten Mobile은 고밀도 도시망과 5G 서비스를 운영합니다.
China Mobile, China Telecom, China Unicom은 거대한 가입자 규모와 광범위한 무선·유선 인프라를 보유합니다.
Deutsche Telekom, Vodafone, Orange, Telefónica는 여러 국가에 걸친 이동통신·브로드밴드 서비스를 제공합니다.
Singtel, Telstra, Reliance Jio, Bharti Airtel은 해저케이블, 모바일, 기업망을 결합해 대규모 서비스를 운영합니다.
Starlink, SES, Intelsat, Eutelsat은 지상망이 닿기 어려운 지역과 해상·항공 연결에 중요한 역할을 합니다.
해저케이블, 인터넷 교환 지점, CDN, 데이터센터 사업자는 사용자가 체감하는 지연과 안정성에 직접 영향을 줍니다.