디지털 통신에서 Line Coding을 고르는 기준
Line Coding의 신호 변환 방식과 NRZ, AMI, Manchester, MLT-3의 특성, DC Component와 Baseline Wandering 대응 방식을 정리한다.
2026-08-14 · 최초 발행 2025-08-10
비트열을 전송 가능한 신호로 바꾸는 과정
Line Coding은 컴퓨터 안의 0과 1 비트 시퀀스를 물리적 전송 매체로 전달할 수 있는 디지털 신호로 바꾸는 방식이다. 데이터 전송에서 신뢰성을 확보하고 수신 측의 클럭 동기화를 유지하려면 신호의 전압 레벨과 전이 규칙을 함께 설계해야 한다.
이 과정에서는 대역폭 효율, 오류 감지 및 수정, 신호 간섭도 고려 대상이 된다. 특히 신호 평균 전압과 기준선이 흔들리는 문제를 다루기 위해 여러 코딩 방식이 발전해 왔다.
전압 레벨과 전이 방식에 따른 분류
Unipolar는 하나의 전압 레벨과 0 전압을 사용한다. Polar는 서로 반대인 두 전압 레벨을 사용하며, Bipolar는 양·0·음의 세 레벨을 조합한다. Multilevel과 Multitransition은 심볼당 정보량이나 전이 규칙을 활용해 신호 특성을 조절하는 방식이다.
단순한 레벨 표현부터 양극성 신호까지
Unipolar NRZ
Unipolar 방식은 보통 양의 전압과 0 전압만 사용한다. NRZ는 비트 기간 동안 신호 레벨을 유지하며, 비트 1에는 양의 전압을, 비트 0에는 0 전압을 할당한다.
구현이 간단하고 대역폭 효율이 좋다는 장점이 있지만, DC Component가 발생한다. 긴 0 또는 1 시퀀스에서는 동기화 문제도 생길 수 있다. 100Mbps 이더넷 초기 버전에서 사용됐다.
Polar 계열
Polar 방식은 양과 음의 반대 극성 전압을 사용한다. NRZ-L은 비트 1을 양의 전압, 비트 0을 음의 전압으로 표현한다. NRZ-I는 비트 1에서 전압 레벨을 반전하고 비트 0에서는 현재 레벨을 유지한다. RZ는 각 비트 기간 중간에 0 전압으로 복귀한다.
NRZ-L은 해석이 직관적이고, NRZ-I는 노이즈에 강하다. RZ는 클럭 복구에 유리하다. 반면 NRZ-L은 노이즈에 취약하며, NRZ-I와 NRZ-L에는 DC Component가 존재한다. RZ는 더 많은 대역폭을 요구한다. RS-232 직렬 통신에서는 NRZ-L 변형이 사용된다.
Bipolar 방식
Bipolar는 양·0·음의 세 전압 레벨을 쓴다. AMI는 비트 0을 0 전압으로 보내고, 비트 1은 양과 음의 전압을 교대로 사용한다. Pseudoternary는 그 반대로 비트 1을 0 전압으로 보내며 비트 0에 양과 음의 전압을 교대로 쓴다.
양과 음의 전압을 번갈아 사용하므로 평균 전압이 0이 되어 DC Component가 없다. 오류 감지와 동기화에도 유리하다. 다만 0 비트가 연속되면 클럭 복구 문제가 발생할 수 있다. T1 회선에는 AMI 변형이, ISDN 기본 액세스에는 Pseudoternary가 사용된다.
평균 전압과 기준선이 무너질 때
DC Component
DC Component는 신호의 평균 전압이 0이 아닐 때 생기는 직류 성분이다. 이 성분이 있으면 변압기를 통한 신호 전송이 어렵고, 장거리 전송의 전력 손실이 증가할 수 있다. 다중화 시스템에서는 간섭도 문제다.
Bipolar 코딩으로 양과 음 전압을 교대해 평균을 0으로 맞출 수 있다. 긴 동일 비트 시퀀스를 막는 스크램블링도 대응 방법이다. 8B/10B 인코딩은 8비트 데이터를 10비트 코드로 변환해 DC 균형을 유지한다.
Baseline Wandering
Baseline Wandering은 신호의 평균 레벨이 시간에 따라 변하는 현상이다. 연속된 동일 비트 패턴과 AC 커플링 회로의 RC 시정수가 원인이 된다. 수신 측은 임계값을 잡기 어려워지고, 비트 오류율과 클럭 복구 문제가 뒤따를 수 있다.
Manchester 인코딩은 각 비트 기간 안의 전이를 보장한다. 4B/5B 코딩은 연속된 0 비트를 제한하며, MLT-3 코딩은 다중 레벨 전이로 신호 특성을 개선한다.
심볼과 전이를 활용하는 방식
Multilevel
2B1Q는 2개의 이진 비트를 1개의 4진 심볼로 바꾸고 4가지 전압 레벨을 사용한다. ISDN과 HDSL에서 사용된다.
MLT-3는 +V, 0, -V의 세 전압 레벨을 사용한다. 비트 1이 오면 다음 레벨로 순환 전이하고, 비트 0에서는 현재 레벨을 유지한다. 100BASE-TX 이더넷에서 사용된다.
Multitransition
Manchester 인코딩은 비트 0에 고-저 전이를, 비트 1에 저-고 전이를 사용하며 각 비트 기간 중간에 항상 전이가 발생한다. 10BASE-T 이더넷과 IEEE 802.3에서 사용된다.
Differential Manchester는 각 비트 기간 시작 시 항상 전이한다. 비트 0에는 비트 기간 중간의 추가 전이가 있고, 비트 1에는 중간 전이가 없다. 토큰링 네트워크에서 사용된다.
통신 제약에 맞춰 선택하는 기준
Line Coding은 필요한 대역폭과 데이터 속도의 관계, 클럭 복구의 용이성, 전송 오류 탐지 가능 여부를 함께 본다. 외부 간섭에 대한 노이즈 내성도 중요하다.
구현 복잡성은 하드웨어와 소프트웨어 설계에 영향을 준다. 배터리로 구동하는 장치라면 전력 요구사항 역시 신호화 방식 선택의 조건이 된다.
전송 기술에서의 사용 방식
이더넷에서는 10BASE-T에 Manchester 인코딩, 100BASE-TX에 MLT-3 코딩, 1000BASE-T에 PAM-5 5-레벨 펄스 진폭 변조가 쓰인다.
디지털 가입자 회선에서는 ADSL이 DMT(Discrete Multi-Tone) 변조를, HDSL이 2B1Q 코딩을 사용한다. 광섬유 통신에서는 기가비트 이더넷과 파이버 채널에 8B/10B 인코딩이, 10 기가비트 이더넷에 64B/66B 인코딩이 사용된다. 무선 통신의 BPSK, QPSK, QAM 같은 디지털 변조 기법에도 Line Coding 원리가 적용된다.
IoT와 5G를 포함한 통신 환경에서는 데이터 전송 신뢰성, 대역폭 효율성, 전력 효율성 사이의 균형이 신호화 방식을 고르는 기준이 된다.