Chapter 6. 대역폭 활용(BandWidth Utilization) : 다중화와 스펙트럼 확장(Multiplexing and Spreading)¶

0절. 대역폭 활용

1절. 다중화

1절 - 1. FDM

1절 - 2. WDM

2절. 대역 확산 방식

0절. 대역폭 활용¶

대역폭 활용¶

특정 목적을 위해 이용 가능 대역폭을 효율적으로 사용

달성 목표	사용 요소
효율	다중화(Multiplexing)
프라이버시 & 방해전파 방지	스펙트럼 확장(Spectrum Spreading)

1절. 다중화¶

다중화(Multiplexing)¶

단일 링크로 여러 신호를 동시에 전송하는 기술
n개의 장치가 단일 링크 대역폭 공유

상황 예시	결과
링크 대역폭 > 연결된 장치들이 필요한 대역폭	여분의 대역폭 낭비
매체 대역폭 > 두 장치가 필요한 대역폭	항상 n개 장치가 단일 링크의 대역폭 공유 가능

다중화 시스템 기본 형식¶

단일 데이터 링크를 통해 여러 개의 신호를 동시에 전송하기 위한 기술

구성 요소	영문 약어	영어	설명
다중화기	MUX	Multiplexer	전송 스트림을 단일 스트림으로 결합(MTO : Many To One)
다중복구기	DEMUX	Demultiplexer	스트림을 각각의 요소로 분리(OTM : One To Many) 전송 스트림을 해당 수신장치에 전달
링크	.	Link	물리적인 경로
채널	.	Channel	한 쌍의 장치 간 전송을 위한 하나의 경로

다중화 범주¶

1절 - 1. FDM¶

주파수 분할 다중화(FDM : Frequency Division Multiplexing)¶

신호들을 합성하는 아날로그 다중화 기술
전송되어야 하는 신호들의 대역폭 합보다 링크의 대역폭이 클 때 적용 가능
전송될 신호는 서로 다른 주파수의 Carrier Frequency로 변환
변환된 신호들을 합쳐 하나의 Composite Signal로 만든 후 전송
신호가 겹치지 않도록 보호 대역(Guard Band)만큼 간격 필요

다중화 과정¶

각 소스는 유사한 주파수 범위의 신호 생성
신호들은 다중화기 내부에서 각기 서로 다른 반송 주파수로 변조(f1, f2, f3)
생성된 변조 신호들은 하나의 복합 신호로 결합
신호 수용 가능한 대역폭을 가진 매체 링크로 전송

다중화 복구 과정(Demultiplexing)¶

필터를 사용해 다중화된 신호를 구성요소의 신호들로부터 분리
개별적 신호를 넘겨받은 복조기는 반송파로부터 신호만 분리 후 수신 장치로 전달

아날로그 반송파 구조¶

전화 회사에서 사용하는 방식
낮은 대역폭 회선들을 높은 대역폭 회선들로 다중화
아날로그 회선에서 FDM 사용

FDM 응용¶

종류	응용 형태
라디오	AM : 530 ~ 1,700 kHz, 방송국 당 10kHz FM : 88 ~ 108 MHz, 방송국 당 200kHz
TV	54 MHz ~ 88 MHz(ch.2 - 6), 174 MHz ~ 216 MHz(ch.7 - 13) 채널 당 6 MHz
1 세대 이동전화	FDM의 BW : 10 * BW / 음성 신호의 BW : 3 kHz 사용자마다 60 kHz 수신 : 30 kHz / 발신 : 30 kHz

1절 - 2. WDM¶

파장 분할 다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing)¶

광섬유 신호 조합을 위한 아날로그 다중화 기법
광 == 빛 채널 이용 : 빛으로 된 신호 전송
광섬유
고속 데이터 전송률 이용을 위해 설계
데이터 전송률 : 금속 전송 매체에 비해 높음
Multiple light source 사용 => 하나의 signal light로 혼합(prism 사용)
개념적으로 FDM과 동일

다중 빛 소스를 단일 빛으로 결합
단일 빛은 다중 빛 소스로 분리

1절 - 3. TDM¶

동시 시분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing)¶

여러 개의 저속 채널을 하나의 고속 채널로 조합하는 디지털 다중화 기법
동기식 TDM
통계식 시분할 다중화
높은 링크 대역폭을 여러 연결이 공유하는 디지털 처리 방식
다른 발신지로부터 디지털 데이터를 하나의 시간 공유 링크로 통합

동기식 TDM¶

시간 틈새(time-slot)와 프레임(frame)
Time slot
여러 개를 Frame 단위로 group : 하나의 Frame 형성
duration : T/n
n 개의 input : 최소한 n time slot으로 frame 구성

끼워넣기(Interleaving)¶

하나는 다중화기 쪽에서 다른 하나는 다중화 복구 장치 쪽에서 매우 빠르게 도는 교환기
일정한 속도로 회전하는 switch와 동일한 개념
교환기가 연결 앞에서 열리고 연결이 경로에 한 단위를 전송할 기회를 획득하는 과정
일정한 순서, 일정한 rate로 데이터 전송
비어있는 time slot 발생

빈 틈새(Empty Slots)¶

동기식 TDM은 효율적 X
발신자가 전송할 데이터가 없으면 빈 틈새 생성

데이터 전송률 관리 : 입력 측 데이터율이 상이한 경우 해결 방법¶

1. 다단계 다중화(Multilevel Multiplexing)¶

입력 데이터 전송률이 다른 값들에 비해 정수 배만큼 빠를 경우 사용하는 기술

2. 다중-틈새 할당(Multiple-Slot Allocation)¶

단일 입력 회선에 1개보다 많은 틈새 할당

3. 펄스 채워 넣기(Pulse Stuffing)¶

가장 높은 데이터율의 입력 회선을 주 데이터율로 설정
낮은 데이터율의 입력 회선에 공 비트 끼워넣기
비트 패딩
비트 채워 넣기

프레임 동기화(Frame Synchronization)¶

다중기와 다중화 복구 장치 사이 동기화

프레임 구성 비트(Framing Bits)¶

1개 이상의 비트를 각 프레임 앞에 끼워 넣기
Mux와 Demux 간 Synchronization 중요
모든 프레임에서 Time Slot Order 일치
적은 양의 추가 정보만 필요
각 프레임의 시작점에서 필요한 Synchronization Bits
1 bit/frame(0과 1 반복 : 01010101...)

디지털 신호 서비스¶

서비스	회선	전송률(Mbps)	음성 채널
DS-1	T-1	1.544	24
DS-2	T-2	6.312	96
DS-3	T-3	44.376	672
DS-4	T-4	274.176	4032

디지털 신호 제공을 위해 전화회사에서 T line(T-1 ~ T-4) 사용
T line
- 디지털 라인이지만 아날로그 신호 사용 가능
- Analog Signal => Sampling => Time Division Multiplexed

아날로그 전송용 T 회선¶

디지털 데이터, 음성, 비디오 신호 등의 전송을 위해 설계
아날로그 신호 표본 채집 후 시분할 다중화된다면 아날로그 전송(일반 전화통화)을 위해 사용

T-1 프레임 구조¶

E 회선 전송 속도¶

유럽에서 사용 : E 라인

회선	전송률(Mbps)	음성 채널
E-1	2.048	30
E-2	8.448	120
E-3	34.368	480
E-4	139.264	1920

동기식 시분할 다중화(Synchronous TDM)¶

2nd Generation Cellular Phone 회사들이 Synchronous TDM을 사용
각 밴드에 6명의 사용자 수용 가능
30 KHz * 6명 time slot
빈 슬롯 존재 가능성 => 효율 낮음

통계식 시분할 다중화(Statistical TDM)¶

슬롯 수가 input보다 적음
mux에서 input의 데이터 존재 여부 조사 후 없을 경우 다음 input에 데이터 삽입

특징	설명
Addressing	N개의 입력라인에 대해서 최소 n bit의 address 필요(\(n = log_2N\) )
Slot Size	데이터 크기와 어드레스 크기 비율의 합리성(데이터 크기 > 어드레스 크기)
No Synchronization Bit	동기화 비트 없음
BandWidth	통계 값에 의해 link 용량 결정(link 용량 < 각 채널 용량 합)