I. 다중화기술(Multiplexing)기술의 이해
가. 다중화 기술의 정의
- 한정된 통신자원을 효율적으로 사용하는 방식으로 두 통신지점간에 저속의 데이터를 각각 전송하지 않고 다수의 저속채널을 하나의 전송로에 고속으로 보내는 방식을 말함.
- 다중화는 전송설비 투자비용 절감, 통신링크 효율을 극대화, 통신회선 설비의 단순화를 가져 옴.
나. 다중화 시스템 기본형식
1) 다중화기(MUX : Multiplexer)
- 전송 스트림을 단일 스트림으로 결합(many to one)
2) 다중복구기(DEMUX : Demultiplexer)
- 스트림을 각각의 요소로 분리(one to many)
- 전송 스트림을 해당 수신장치에 전달
다. 다중화기술의 구조도
라. 다중화 기술의 발전
1) SDM(Space division Multiplexing) : 공간 다중화방식
2) FDM(Frequency Division Multiplexing) : 주파수분할 다중화방식
3) TDM(Time Division Multiplexing) : 시분할 다중화방식
4) CDM(Code Division Multiplexing) : 코드분할 다중화방식
5) WDM(Wavelength Division Multiplexing) : 광파장분할 다중화방식
II. 다중화 방식별 특징 및 원리
가. 다중화의 범주
나. TDM (Time Division Multiplexing : 시분할 다중화방식)
1) TDM의 정의 : 한 전송로에 주어진 시간대역을 여러 타임슬롯으로 분할하여 각 채널에 배당함으로써 많은 채널이 하나의 전송회선을 공유하는 방식
2) TDM의 특징
- 채널간 간섭을 막기 위해 보호시간 필요
- 여러 다른 채널로부터 정보를 샘플링하여 채널 사이에 시차를 두어 하나의 회선으로 다수의 채널을 전송
- 실제로 전송할 데이터가 없는 채널에도 타임슬롯이 배정되어 빈 채로 전송되고 또 전송할 데이터는 자신의 타임슬롯(time slot)이 올 때까지 기다려야 함 (동기식 TDM) → 전송효율 면에서 비효율적임).
- 타이밍에 관한 정보가 필요
3) 비동기식 시분할 다중화 방식 (asynchronous TDM)
(가) 정의 : 흔히 말하는 시분할 다중화 방식을 동기식 시분할 다중화 방식이라고 하는 반면에 이 방식은 지능 시분할 다중화 방식(intelligent TDM) 또는 통계적 시분할 다중화 방식(statistical TDM)이라고도 함
(나) 특징
- 동기식 시분할 다중화가 정적 방법으로 각 채널에 타임 슬롯을 할당하는 것과는 달리 실제로 보낼 데이터가 있는 단말 장치에만 동적으로 각 채널에 타임 슬롯을 할당
- 가장 큰 장점은 실제로 보낼 데이터가 있는 단말 장치에만 타임 슬롯을 할당하므로 전송효율이 높음.
(다) 비동기식 시분할다중화와 시분할다중화의 비교
- 동기식시분할다중화
- 실제 송신할 데이터 존재의 유무에 관계없이 타임슬롯 할당하여 자원의 낭비가 일어남
- 비동기식 시분할 다중화
- 보낼 데이터가 있는 단말장치에만 타임슬롯을 할당하는 것이 장점이지만 전송사이클의 종료지점을 알 수 없으므로 별도의 프레임워크가 필요
- 임의의 한 타임 슬롯 동안의 데이터가 어느 단말 장치에서 왔는가를 예측할 수 없으므로 송신처에 대한 주소영역이 추가로 첨가되어야 함.
- 타임슬롯당 효율은 시분할 다중화 방식에 비해 약간 떨어짐 (전체적으로 동기식 시분할 다중화 방식에 비해 전체 효율은 향상 됨)
- 비동기식 시분할 다중화의 프레임구조
- 비동기식 시분할다중화 방식은 HDLC와 같은 동기프로토콜 프레임웍을 채택하여 주소영역과 데이터영역을 포함
- 단말장치의 데이타 영역은 가변적으로 조정이 가능하며,그 데이타의 송신처는 주소영역에 의해 판별됨
- 이러한 형태는 전체 시스템의 부하가 과중하지 않을 경우에 적용가능
다. FDM (Frequency Division Multiplexing : 주파수분할 다중화방식)
1) FDM의 정의 : 대역이 제한된 전송회선의 주파수 대역을 여러 개로 분할하여 각 채널에 배당함으로써 많은 채널이 하나의 전송회선을 공유하는 방식
2) FDM의 특징
- 채널간 간섭을 막기 위해 완충지역이 존재하며 이것을 채널보호 대역(guardband)이라 함.
- 채널 보호대역이 증가할수록 채널간 간섭은 줄어들지만 주파수이용 효율은 낮아짐.
- 다수의 신호원을 서로 다른 반송파로 변조하여 하나의 회선에 다수의 채널을 전송함.
- 주파수대역을 제한하는 필터 기술이 필요
3) FDM의 처리과정
- 각 전화기는 비슷한 범위의 주파수 대역의 신호 발생
- 이 신호는 서로 다른 반송 주파수로 변조된다(f1, f2, f3)
- 다중화풀기 : 개개의 신호를 분리하여 수신기에 전달
4) 기타
- 주파수분할다중화 예제
각각 100KHz의 대역폭을 갖는 다섯 개의 채널을 함께 다중화해서 보낸다. 만일 서로간의 간섭을 피하기 위해 채널 사이에 10KHz의 보호대역이 필요하다면 최소 얼마만큼의 대역폭이 필요한가?
[풀이]
(5 X 100) + (4 X 10) = 540KHz
라. WDM(Wavelength Division Multiplexing)
1) WDM의 개요
- 광신호의 주파수 특성을 이용, 광섬유의 넓은 주파수 영역을 이용하여 여러 주파수대의 신호를 동시에 전송. FDM은 파장특성을 고려하는 경우 OFDM(Optial FDM)이라고도 한다.
- WDM의 구조도
- 다중 빛 소스를 단일 빛으로 결합 - 단일 빛은 다중 빛 소스로 분리 - 프리즘 이용 : 임계각과 주파수 기반 |
2) WDM의 특징
- 단일 모드 광선로 자체에는 무한한 대역폭을 내재하고있어 네트워크 용량을 늘리기 위하여 WDM방식 사용
- 하나의 광섬유에 다수의 파장을 다중화하고 역다중화함으로써 정보를 전송하는 방식
- 저렴한 투자비용으로 대용량 트래픽을 전송할 수 있음.
- 전송되는 신호는 서로 다른 채널과의 간섭이 없으며, 속도에 독립적이며 투명하게 전송 됨.
- 파장의 길이에 따라 CWDM, DWDM, UDWDM으로 나뉨.
- 광은 200,000GHz이상의 높은 주파수 특성을 지니며 광섬유는 800 ~ 1800nm 사이에서 낮은 손실 특성
- WDM 은 일반적으로 2~8 파장대를 사용하는 점대점 전송시스템에 적용된다.
- 단일모드광선로 자체는 약 25,000GHZ의 대역폭을 지원한다. 이 대역폭은 크게 1300nm 대와 1550nm대로 구분되어 사용된다. 이때 1550nm대는 EDFA 증폭 특성과 중첩된다. 따라서 1550nm 근처 파장대에서 EDFA 를 사용하면 양 5000GHz의 대역폭을 얻어낼 수 있다.
3) WDM의 구성
(a)파장 다중화기(WDM Mux) 파장(주파수)이 다른 각 채널의 신호를 모아 하나의 광섬유로 내보내는 역할 |
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(b) 파장 역다중화기(WDM DeMux) 하나의 광섬유에서 전송된 여러 파장의 신호를 각각 분리하는 역할 |
라. CDM (Code Division Multiplexing : 코드분할 다중화방식)
1) 정의
- FDM + TDM의 혼합방식
- TDM방식에 의해 여러 신호를 전송할 시간대역에 포맷팅하고 각 시간대역에서 FDM방식에 의해 각 신호를 전송할 주파수대역에 포맷팅함
2) 특징
- spread spectrum의 원리에 기초를 둔 방식 - 신호가 정보를 전송하는데 필요한 최소대역폭보다 더 큰 대역을 가짐
- 정해진 시간대역내에서 각 시간대역마다 주파수 대역을 달리하여 신호를 전송
- 동일한 시간대역에서 동일한 주파수를 가지지만 각 신호는 서로 직교관계에 있음.
- 5MHz 이상의 채널대역폭으로 동영상정보 전송하는 WCDMA
마. SDM (Space Division Multiplexing : 공간분할 다중화)
1) 정의 : 공간적으로 분리된 채널을 단위로 다중화 하여 전송
2) 특징
- 무선은 용량을 증대시키면서 통신품질을 획기적으로 높인 스마트안테나 또는 위상배열안테나 이용 서비스영역을 여러 개의 빔으로 커버하는 다중빔화
III. 다중화 기술 비교
가. 다중화기술 별 장단점 비교
구 분 | 장 점 | 단 점 |
SDM | 전송 품질이 가장 우수 | 물리적 회선비용이 많이 필요 |
FDM (TV, RADIO) |
전송가격 저렴(간단) | 보호밴드가 필요(대역낭비) |
TDM (HDLC) |
보호밴드 불필요 | 타임슬롯 낭비(동기식) |
CDM (CDMA) |
수용용량 획기적 증가 | 구현방식 복잡 |
WDM (광통신) |
1mm간격 다수채널 가능 | 광통신에만 적용 |
나. FDM과 TDM의 액세스 방식 비교
항목 종류 |
FDMA | TDMA |
특징 | -가입자 신호는 주파수 영역에서 구분 되며, 가입자는 전체 주파수 대역의 일부를 이용 하여 통신 하며 연속 전송이 가능 함. | -가입자 신호는 시간영역에서 구분 되며, 각 가입자는 전체 대역을 모두 사용 하나 전송은 해당 슬롯에서만 가능. -모든 가입자는 기지국에 동기 |
장점 | -수신기 구조가 간단 -각 가입자는 할당된 대역만 사용 하므로 충돌과 재 전송으로 인한 대역폭 낭비가 없다. |
-용량이 비교적 크다 (AMPS 대비 8~10배) -통화 품질이 비교적 우수하다 -디지털 데이터 이므로 인증 및 비화가 용이 -전력 소모 적다 (AMPS의 1/2). |
단점 | -대역폭의 낭비가 크다. -용량이 작다 (C/I=18dB 이상 필요) -통화 품질이 나쁘다 -주파수 계획 필요하다. -전력 소모가 많다. -인증 및 비화가 어렵다. -방송 데이터 전송에 적합하지 않다. |
-수신기 구조 비교적 복잡하다(등화가 필요). -주파수 계획 필요하다. |
현 용 시스템 |
AMPS, NAMPS, TACS | GSM, D-AMPS, DCS1800 |
구분 | OTDM | OFDM | OCDM | OWDM |
다중화방법 | Time | frequency | Code를 분할 | Wavelength |
상용화 | 일부에서사용 | wdm으로 발전 | 일부 상용화 함 | 가장 많이 사용 |
구축비용 | 고가 | 경제적임 |
IV. 다중화 기술의 발전방향 및 고려사항
- 모바일 지원 문제와 초고화질의 욕구까지 단일 전송방식에서 지원하기 위한 스케일러블한 압축, 다중화, 전송기술이 등장하게 될 것임.
- 광 가입자망 구축은 초고속화, 대용량화 및 실시간화라는 시장욕구를 만족시켜 줄 뚜렷한 대안으로 부상하고 있음
- 광네트워크 기술의 진화는 광스위치 PON광터미널로 이어지는 코어망에서 가입자망까지 모두 완전 광화(AON: All Optical Network)를 추구하는 방향으로 나아갈 것
- 다른 다중화 방식에 비하여 WDM기술은 발전 속도가 매우 빨라 광소자 및 개발의 비용이 점차 줄어들고 있어 구축비용이 경제적임.
[용어/개념] Network - IP, 서브넷 마스크(Subnet Mask), 서브네팅(Sub-neting)
[FCF] Technical Introduction - 암호화 및 PKI 모듈 Part 1 ( PKI, 암호 유형, 암호화 모듈 )
[용어/개념] 파레토의 법칙(Pareto principle) / 길더의 법칙(Guilder's Law) 정의 및 소개