Transcript 강의자료 6장 - 대역폭 활용

6장 대역폭 활용(다중화 및 확산)
6.1 다중화 (Multiplexing)
6.2 확산 대역 방식 (Spread Spectrum)
필요성
 Multiplexing
 여러 개의 저 대역 링크를 묶어서 하나의 큰 대역 링크로 전송
이 필요한 경우 (경제적이나 유지/관리의 이유)
 Spread Spectrum
 한 채널(무선 채널)의 대역폭을 확장(대역폭을 손해 보더라도)
하여 보안성 증가와 방해 전파가 없는 채널을 활용
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6.1 멀티플렉싱 (다중화)
 고 대역의 단일 링크를 이용하여 여러 개의 채널 신호를 동시
에 전송하는 기술
 동축케이블, 광섬유, 인공위성 마이크로링크 등의 고대역 매체
를 많이 활용
 이와 같은 고대역 매체의 대역폭의 활용도를 증가
 다중화 기술 개념
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다중화 종류
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FDM (Frequence Division Multiplexing)
 FDM (주파수 분활 다중화)
 링크의 대역폭이 전송되는 조합 신호의 대역폭 보다 클 때 적용
할 수 있는 아날로그 기술
 신호가 겹치지 않도록 보호대역(guard band)만큼 떨어져 있어
야 한다.
 FDM은 신호들을 합성하는 아날로그 다중화 기술이다.
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FDM 멀티플랙싱 과정
 각 전화기는 비슷한 범위의 주파수 대역의 신호 발생
 이 신호는 서로 다른 반송 주파수로 변조된다(f1, f2, f3)
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FDM Demultiplexing 과정
 개개의 신호를 분리하여 수신기에 전달
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예제
 <예제 6.1> 음성 채널(4 kHz), 주파수 20 ~ 32 kHz 대역폭
링크 사용하는 3개의 채널로 전송(보호 대역은 제외 가정)
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FDM 응용 예제
 <예제 6.2> 각 100 kHz 사용하는 5개의 채널을 다중해해서
전송, 각 채널 사이 10 kHz의 보호 대역 사용할 때 최소 필요
한 대역폭은?
 5 X 100 + 4 X 10 = 540, 그러므로 최소한 540 kHz 대역이 필요
하다.
 AM, FM 라디오 방송도 하나의 FDM 응용으로 볼 수 있음
 AM: 530 ~ 1700 kHz, 한 방송국 당 10 kHz 대역 할당
 FM: 88 ~ 108 MHz, 한 방송국 당 200 kHz 대역 할당
 아날로그 TV: 각 채널 당 6 MHz 대역 할당
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아날로그 전송 계층 구조
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WDM (Wavelength Division Multiplexing)
 파장 분할 다중화
 개념은 FDM과 흡사, 광섬유의 다중 전송을 위해 사용
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TDM (Time Division Multiplexing)
 시분할 다중화
 여러 개의 디지털 데이터 전송을 대역폭(전송률이 높은)이 큰
하나의 디지털 링크로 묶어서 전송하는 기술
 종류
 1) Synchronous(동기식) TDM
 2) Statistical (통계적) TDM
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동기식 TDM 개념 (1)
 개념
 Time-slot 및 Frame
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동기식 TDM 개념 (2)
 n 개의 디지털 채널(연결)를 하나의 고속 링크로 다중화로 전송하
기 위해서는 (고속 링크)의 전송률이 n 배 이상 빠르고, 비트 기간
(bit duration)은 n 배 이상 짧아야 한다.
 <예제 6.5> 앞 페이지 밑의 그림 (그림 6-13)의 각 입력 연결의 데
이터율은 1 kbps이다. 한번에 한 비트씩 다중화 될 경우, 다음의 각
단위의 기간(duration)은?
 (a) 각 입력 slot 기간: 1/1000 = 1 ms
 (b) 각 출력 slot 기간: 입력 slot 기간 X 1/3 = 1/3 ms
 (c) 출력 프레임 slot 기간: 1 ms
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예제
 <예제 6.6> 그림에서 각 (1) 각 입력 비트 기간, (2) 출력 비트 기간
, (3) 출력 비트율, (4) 출력 프레임율?
①
②
③
④
입력
출력
출력
출력
비트 기간: 1/(1 Mbps) = 1 us
비트 기간: 입력 비트 기간의 ¼: 1/4 us
비트율: 각 입력회선의 4배, 4 Mbps
프레임율: 각 입력회선의 비트율과 동일, 즉 1 M frames/s
 <예제 6.7> 생략
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TDM 구현: interleaving(끼워넣기)
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예제
 <예제 6.8> TDM 사용, 각 입력 채널은 100 bytes/s, 각 채널마다 1
byte씩 다중화를 수행, 출력 링크의 프레임 크기, 프레임 기간, 프레
임 속도, 링크 전송률은?
①
②
③
④
프레임 크기:
프레임 기간:
프레임 속도:
링크 전송률:
4 X 1 byte = 4 byte (32 bits)
매 초당 100 프레임 전송, 10 ms
100 frames/sec
(32 X 100)/sec = 3200 bps
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Empty slots (빈 슬릇)
 동기 TDM의 비효율적인 예
 발신자(입력 채널)의 전송 데이터가 없을 경우 빈 슬롯이 할당
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동기 TDM 전송률 관리 (1)
 입력 전송률과 출력 전송률이 딱 맞아 떨어지지 않을 경우
① 다단계 다중화 (multi-level multiplexing)
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동기 TDM 전송률 관리 (2)
② 복수 슬롯 할당 (multiple slot allocation)
③ 펄스 채우기 (pulse stuffing)

전송률에 맞추기 위해 공 비트 삽입, 비트 패딩, 비트 스터핑이라고도 함
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TDM 동기화
 고속 다중화의 경우 프레임의 동기화 문제가 발생할 수 있음
 Frame Synchronization (프레임 동기화) 사용
프레임 패턴 비트를 각 프레임 앞에 삽입
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예제
 <예제 6.10> 각 초당 250 문자를 생산하는 4개의 채널, slot
단위는 문자, 프레임 당 1 비트의 동기화 비트 사용
①
②
③
④
⑤
⑥
각 입력 채널 데이터 전송률: 250 X 8 = 2 kbps
각 채널의 문자 기간: 1/250 = 4 ms
프레임 속도: 250 frames/s
각 프레임 기간: 1/250 = 4 ms
각 프레임의 비트 수: 4 X 8 + 1 = 33 bits
(출력) 링크 전송률: 33 X 250 = 8250 bps
 <예제 6.11> 100 kbps 한 채널과 200 kbps 한 채널을 다중
화 하는 방법
 100 kbps 채널에 하나의 slot 할당, 200 kbps 채널에 두 개의
slot 할당해서 3 비트로 구성된 프레임을 구성
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디지털 신호 서비스 계층 구조 (1)
 DS (Digital Service) 구조
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디지털 신호 서비스 계층 구조 (2)
 T1 (아날로그 전송)
PCM
 DS 서비스와 T 회선
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디지털 신호 서비스 계층 구조 (2)
 T 회선: 북미와 한국에서 주로 사용
 E 회선: 유럽에서 주로 사용
 수년 전에는 인터넷 디지털 링크 회선도 T 회선 규격으로 임
대 되었으나 요사이는 이러한 제한이 거의 없어짐
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통계적 TDM (1)
 동기 TDM의 문제점
 입력 채널의 데이터가 없을 경우 빈 슬롯이 할당되어 대역폭 낭
비를 초래함
 트래픽(전송 데이터) 특성
 전화 등의 통신에서는 데이터 전송이 연속적(continuous)이기
때문에 동기 TDM이 적합
 컴퓨터 등에서 발생하는 데이터는 일반적으로 비연속적이고
bursty (간헐적으로 많은 데이터가 몰리는 현상)한 특성에는 동
기식 TDM이 맞지 않음
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통계적 TDM (2)
 통계적 TDM 기본 개념
 입력 채널에 데이터가 있을 때만 슬롯을 할당
 각 슬롯에 주소 지정이 필요: 주소를 위한 오버헤드 발생
 일반적으로 각 입력 채널에 버퍼를 설치하여 데이터를 임시 보
관함
 동기 TDM와 통계적 TDM의 링크 대역폭 특성
 동기 TDM:
링크 대역폭 > (채널당 최대 대역폭 X 채널 수)
 통계적 TDM: 링크 대역폭 < (채널당 최대 대역폭 X 채널 수)
 “통계적”이라는 용어가 링크 대역폭 결정을 각 입력 채널 트
래픽 특성을 통계적으로 분석하여 설정한다는 의미
 통계적 TDM을 “비동기 TDM”이라고도 함
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통계적 TDM (3)
 동기 TDM과 통계적 TDM 비교
 실제 통계적 TDM를 많이 사용하지 않음, 현재 인터넷(패킷
교환망)이 일종의 통계적 TDM이라고 볼 수 있음
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6.2 확산 대역 방식(SPREAD SPECTRUM)
 SS(Spread Spectrum) 목적
 주로 무선망에서 악의적인 snooping(염탐)과 전파 교란(군사적인 목적)
등을 방지하기 위해 사용
 기본 동작 방식
 여러 source의 데이터를 넓은 대역으로 확산(퍼트림)으로써 정당한 수신
자 외에는 데이터를 취득할 수 없도록 함
 방식
① FHSS (Frequency Hopping SS)
② DSSS (Direct Sequence SS)
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FHSS (확산 대역 방식) (1)
 발신지 신호를 M 개의 다른 반송파를 사용하여 전송함, 즉 전
송 도중에 다른 반송파 대역으로 계속 변환됨
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FHSS (확산 대역 방식) (2)
 FHSS 대역 사용 예
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FHSS 대역폭 공유 예
 FDM과 비교
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DSSS (직접 순열 확산 방식)
 각 데이터 비트를 확산코드를 사용하여 n개의 bit로 대체
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DSSS 예
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