[NW] 다중화 (주파수 분할 다중화)

 

다중화

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링크는 제한된 대역폭을 가지며, 대역폭을 효율적으로 사용하는 것은 중요하다.

따라서 몇 개의 저대역 채널을 묶어서 하나의 더 큰 대역의 채널을 만들 필요가 있다.

 

대역폭을 활용하는 방법은 다중화와 확장이 있다.

 

다중화에서 목표는 효율성이며, 여러 개의 채널을 모아 하나의 채널을 만드는 것이다.

 

두 장치를 연결하는 매체의 대역폭이 두 장치가 필요로 하는 대역폭보다 클 경우,

언제든지 링크를 공유할 수 있다.

 

이처럼 다중화는 단일 링크를 통하여 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있도록 한다.

 

 

 

다중화된 시스템에서는 n 개의 장치가 단일 링크의 대역폭을 공유한다.

왼편에 있는 4개의 장치는 전송할 데이터 스트림을 다중화기로 보내고,

다중화기는 스트림들을 1개의 스트림으로 조합한다. (다-대-일)

송신단은 이 스트림을 다중복구기(DEMUX, demultiplexer)로 보내고,

다중복구기는 이 스트림을 각 요소별로 분리하여 해당 선로로 보낸다. (일-대-다)

 

 

링크는 물리적 경로를, 채널은 주어진 한 쌍의 장치들 사이의 전송을 위한 하나의 경로이다.

하나의 경로에는 여러 개의 채널이 있을 수 있다.

 

 

신호는 주파수 분할 다중화(FDM), 시분할 다중화(TDM), 파장 분할 다중화(WDM)

세 가지 기법을 사용하여 다중화한다.

 앞의 두 가지는 아날로그 신호, 세 번째 것은 디지털 신호를 위한 것이다.

 

 

주파수 분할 다중화

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주파수 분할 다중화(FDM, frequency-division multiplexing)는 전송되어야 하는 신호들의 대역폭을 합한 것보다

링크의 대역폭이 클 때 적용할 수 있는 아날로그 기술이다.

 

 

 

FDM은 아날로그 신호를 조합하는 아날로그 다중화 기술이다.

 

 

다중화 과정

 

 

각 소스는 유사한 주파수 범위의 신호를 만든다.

이 유사한 신호들은 다중화기 내부에서 다른 반송 주파수로 변조된다(f1, f2, f3).

그 결과 만들어진 변조 신호들은 하나의 복합 신호로 결합되어

이 신호를 수용하기에 충분한 대역폭을 가진 매체 링크를 통해 전송된다.

 

 

다중화 복구 과정

 

 

다중 복구기는 다중화된 신호를 구성 요소의 신호들로 분리해내기 위해 일련의 필터들을 사용한다.

각 개별적인 신호를 넘겨받은 복조기는 반송파로부터 신호만 불리하여 수신 장치로 보낸다.

 

 

음성 채널이 4kHz의 대역폭을 차지하고, 주파수 20kHz에서부터 32kHz에 걸친 대역폭을

사용하는 링크를 통해 3개의 음성 채널을 합해서 보낸다고 하자.

 

 

 

각각 100kHz의 대역폭을 갖는 5개의 채널을 함께 다중화해서 보낸다.

만일 서로 간의 간섭을 피하기 위해 채널 사이에 10kHz의 보호 대역이 필요하다면

최소 5 X 100 + 4 X 10 = 540kHz의 대역폭이 필요하다.

 

 

채널들은 신호가 겹치지 않게 하기 위해 사용하지 않는 대역폭만큼 서로 떨어져야 한다.

이 대역폭을 '보호 대역'이라 한다.

 

 

4개의 디지털 데이터 채널이 1MHz의 채널을 사용하여 각각 1Mbps의 전송속도로 전송한다면

아래와 같이 설계할 수 있다.

 

 

1MHz를 4개의 채널로 나누면 각각 250kHz 대역폭을 갖을 수 있다.

 

 

아날로그 반송파 구조

 

낮은 대역폭의 회선들을 높은 대역폭의 회선들로 다중해 왔는데

같은 방법으로 많은 교환회선 또는 전용회선들이 적은 수의 더 큰 채널로 합쳐질 수 있다.

 

 

 

 

위의 아날로그 계층구조에서는 12개의 음성채널이

1개의 더 높은 대역폭을 갖는 회선으로 다중화되어 그룹을 형성한다.

 

계층 시스템 중 하나는 그룹, 상위그룹, 주 그룹, 초대형 그룹으로 구성된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

* 해당 글은 '데이터통신과 네트워킹' 책을 참고하여 작성하였습니다. 출처: 데이터통신과 네트워킹 5 (Forouzan)