8장 대역폭 활용: 다중화와 스펙트럼확장

8장 대역폭 활용: 다중화와 스펙트럼확장 8.1 다중화 8.2 다중화 유형 8.3 다중화 응용: 전화시스템 8.4 요 약

대역폭 활용은 특정 목적을 달성하기 위해 이용 가능한 대역폭을 효율적으로 사용하는 것이다 대역폭 활용은 특정 목적을 달성하기 위해 이용 가능한 대역폭을 효율적으로 사용하는 것이다. 효율은 다중화(multiplexing)를 통해 달성할 수 있으며, 프라이버시와 방해전파 방지는 스펙트럼 확장(Spectrum Spreading)을 통해 달성한다.

8.1 다중화 두 장치를 연결하는 매체의 전송 용량이 두 장치가 필요로 하는 전송 용량보다 클 경우에는 언제든지 그 링크를 공유할 수 있다. 이처럼 다중화(multiplexing)는 단일 링크를 통하여 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있도록 해주는 기술이다. 데이터통신과 전기통신이 증가함에 따라 통신량도 증가한다.

8.1 다중화(계속) 다중화 대 비 다중화

8.1 다중화 (계속) 다중화기(MUX, Multiplexer) 다중화 복구기(DEMUX, Demultiplexer) 전송 스트림을 단일 스트림으로 결합(many to one) 다중화 복구기(DEMUX, Demultiplexer) 스트림을 각각의 요소로 분리(one to many) 전송 스트림을 해당 수신장치에 전달 경로(path) 물리적인 경로 채널(Channel) 한 쌍의 장치간에 전송을 위한 하나의 경로

8.2 다중화 유형 다중화 유형

8.2 다중화 유형(계속) 주파수 분할 다중화(FDM : Frequency-Division Multiplexing) 링크의 대역폭이 전송되는 조합 신호의 대역폭 보다 클 때 적용할 수 있는 아날로그 기술

8.2.1 주파수 분할 다중화 FDM 처리 과정 각 전화기는 비슷한 범위의 주파수 대역의 신호 발생 이 신호는 서로 다른 반송 주파수로 변조된다(f1, f2, f3)

8.2.1 주파수 분할 다중화 (계속) FDM 다중화 처리, 주파수 영역

8.2.1 주파수 분할 다중화(계속) 다중화 복구기(Demultiplexer) 개개의 신호를 분리하여 수신기에 전달

8.2.1 주파수 분할 다중화(계속) FDM 다중화 복구과정, 주파수 영역

8.2.1 주파수 분할 다중화(계속) 예제 : 유선 케이블 TV 방송 동축 케이블은 대략 500MHz정도의 대역폭을 가짐 그러므로 83개의 채널을 전송

8.2.2 시분할 다중화 시분할 다중화(TDM: Time-Division Multiplexing) 송신과 수신장치에 의해 요구되는 데이터 전송률보다 전송 매체의 데이터 전송률이 클 때 적용되는 디지털 처리 기술

8.2.2 시분할 다중화 (계속) TDM 구현 방법 동기(Synchronous) TDM 전송할 데이터 있는 장치든, 없는 장치든 동일한 시간 틈새를 갖는 다중화 비동기(Asynchronous) TDM

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 프레임(Frame) 시간 틈새는 프레임으로 그룹화 한다 프레임은 시간 틈새의 완전한 하나의 주기로 구성

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 동기 TDM

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 끼워넣기(interleaving) 스위치가 장치들을 일정한 비율로 정해진 순서대로 이동한다

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 동기 TDM, 다중화 복구(역다중화) 과정

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 프레임 구성 비트 시간 틈새를 정확하게 분리할 수 있도록 들어오는 스트림의 동기화를 맞추기 위한 정보(01010101…)

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 동기 TDM 예제

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 비동기 TDM

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 비동기 TDM 프레임의 예제 a. 경우 1 : 3개의 라인 데이터 전송

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 비동기 TDM 프레임의 예제 a. 경우 1 : 3개의 라인 데이터 전송

8.2.2 시분할 다중화 (계속) c. 경우 3 : 5개 라인 모두 데이터 전송

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 주소지정과 오버헤드 역다중화(Inverse Multiplexing) 비동기 TDM에서는 반드시 데이터 앞에 반드시 주소지정을 해야함, 이는 오버헤드가 됨 역다중화(Inverse Multiplexing) 하나의 고속 회선에서 데이터 흐름을 받아서 총 데이터 속도의 손실 없이 동시에 여러 개의 저속 회선으로 전송될 수 있도록 분할하는 과정

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 다중화와 역다중화

8.2.2 시분할 다중화 (계속) 왜 역다중하가 필요한가? [예] 서로 다른 데이터 전송 속도가 요구되는 데이터, 음성, 미디어를 보내고자 할 때 [예] Voice – 64 Kbps link Data – 128 Kbps link Video – 1,544 Mbps link

8.2.3 파형 분할 다중화 WDM : Wavelength-division Multiplexing 기본 개념은 FDM과 같으며, 광섬유의 고속 전송률을 이용하기 위해 설계

8.2.3 파형 분할 다중화(계속) WDM 다중 빛 소스를 단일 빛으로 결합 단일 빛은 다중 빛 소스로 분리 프리즘 이용 : 임계각과 주파수 기반

8.3 다중화 응용 : 전화 시스템 전화 망

다중화 응용(계속) 공중망 사업자 서비스와 계층구조

다중화 응용(계속) 아날로그 서비스

다중화 응용(계속) 아날로그 교환 서비스 집에서 사용되는 다이얼 전화 서비스(가입자 회선) 공중 교환 전화망(PSTN : Public Switched Telephone Network)

다중화 응용(계속) 아날로그 전용 서비스(Analog Leased Service) 전용선을 소비자에게 제공, 다른 전화기와 영구적으로 연결

다중화 응용(계속) 아날로그 계층구조

다중화 응용(계속) 디지털 서비스 장점 아날로그 서비스보다 잡음에 덜 민감함 비용이 싸다

다중화 응용(계속) 교환/56 서비스 아날로그 교환 회선의 디지털 버전 56Kbps이상의 데이터 전송률 허용

다중화 응용(계속) DS(Digital Signal) 서비스 디지털 신호의 계층 구조

다중화 응용(계속) 디지털 신호 서비스 DS-0 : 64Kbps 단일 디지털 채널 DS-1 : 1,544Mbps, 64Kbps 24개 + 오버헤드 8Kbps DS-2 : 6,312Mbps, 64Kbps 96개 +오버헤드 168Kbps DS-3 : 44,376Mbps, 64Kbps 672개 +오버헤드1,368Mbps DS-4 : 274,176Mbps, 64Kbps 4032개 + 오버헤드16,128Mbps

다중화 응용(계속) T 회선(미국, 캐나다)

다중화 응용(계속) 아날로그 전송을 위한 T 회선

다중화 응용(계속) T-1 프레임 구조

다중화 응용(계속) 분할 T-1 회선

다중화 응용(계속) E 회선 유럽은 E 회선이라는 T-회선 버전을 사용

다중화 응용(계속) 그 밖의 다중화 서비스 ISDN(Integrated Service Digital Network) 프레임 중계(Frame Relay) SONET(Synchronous Optical Network) ATM(Asynchronous Transfer Mode)

8.3 확산 대역 방식 확산 대역 방식(SS: SPREAD SPECTRUM)에서 서로 다른 소스로부터 오는 신호를 보다 큰 대역폭에 맞추기 위해 조합하지만, 목적은 엿듣기와 도청을 막기 위한 것이다. 이 목적을 달성하기 위해 확산 대역 기술에 여분의 정보를 추가한다.

8.3 확산 대역 방식(계속) 무선 통신 응용을 위해 설계 여분의 정보 추가

8.3.1 주파수 뛰기 대역 확산 방식 FHSS: Frequency hopping spread spectrum

8.3.1 주파수 뛰기 대역 확산 방식(계속) FHSS에서 주파수 선택

8.3.1 주파수 뛰기 확산 대역 방식(계속) FHSS 사이클

8.3.1 주파수 뛰기 확산 대역 방식(계속) 대역폭 공유

8.3.2 직접 순열 확산 방식 DSSS: Direct Sequence Sprad Spectrum 각 데이터 비트를 확산코드를 사용하여 n개의 bit로 대체

8.3.2 직접 순열 확산 방식(계속) DSSS 예

8.4 요 약 Q & A

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