Transcript 주파수 분할 다중화(계속)

컴퓨터네트워크
- 6장 다중화 (물리층) -
충북대학교 컴퓨터교육과
박 찬 교수
2012년 3월 27일
6 장 다중화(Multiplexing)
• 주파수 분할 다중화(FDM)
• 파형 분할 다중화(WDM)
• 시분할 다중화(TDM)
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다중화
• 다중화 시스템 기본 형식
– 단일 데이터 링크를 통해 여러 개의 신호를 동시에 전송하기 위한 기술
다중화 (계속)
• 다중화기(Multiplexer)
– 전송 스트림을 단일 스트림으로 결합(many to one)
• 다중복구기(Demultiplexer)
– 스트림을 각각의 요소로 분리(one to many)
– 전송 스트림을 해당 수신장치에 전달
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다중화 (계속)
• 다중화의 범주
6.1 주파수 분할 다중화 (FDM)
• FDM : Frequency Division Multiplexing
• 아날로그 방식
• 링크의 대역폭이 전송되는 조합 신호의 대역폭 보다 클 때 적용할
수 있는 아날로그 기술
• 신호가 겹치지 않도록 보호대역(guard band)만큼 떨어져 있어야
한다.
주파수 분할 다중화(계속)
• FDM 처리 과정
– 각 전화기는 비슷한 범위의 주파수 대역의 신호 발생
– 이 신호는 서로 다른 반송 주파수로 변조된다(f1, f2, f3)
주파수 분할 다중화(계속)
• 다중화 풀기(Demultiplexing)
– 개개의 신호를 분리하여 수신기에 전달
주파수 분할 다중화(계속)
• 예제 1
– 음성 채널이 4KHz의 대역폭을 차지한다고 가정하자. 주파수 20에서부
터 32KHz에 걸친 대역폭을 사용하는 링크를 통해 세 개의 음성 채널을
합해서 보낸다고 가정하자. 보호대역 없이 주파수 영역에서의 형상을
보여라.
• 풀이
주파수 분할 다중화(계속)
• 예제 2
– 각각 100KHz의 대역폭을 갖는 다섯 개의 채널을 함께 다중화해서 보낸
다. 만일 서로간의 간섭을 피하기 위해 채널 사이에 10KHz의 보호대역
이 필요하다면 최소 얼마만큼의 대역폭이 필요한가?
• 풀이
– (5 X 100) + (4 X 10) = 540KHz
주파수 분할 다중화(계속)
• 예제 3
– 네 개의 디지털 데이터 채널이 1MHz의 채널을 사용하는 위성을 사용하
여 각각 1Mbps의 전송속도로 전송한다. FDM을 사용하여 적절한 형상
을 설계하라.
• 풀이
디지털 신호의 변조
• 디지털-대-아날로그 부호화 유형
–
–
–
–
ASK(Amplitude Shift Keying)
FSK(Frequency Shift Keying)
PSK(Phase Shift Keying)
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)
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디지털 신호의 변조(계속)
• 진폭편이 변조(ASK:Amplitude Shift Keying)
– 진폭이 변하지만 주파수와 위상은 변하지 않는다
디지털 신호의 변조(계속)
• 주파수 편이 변조 (FSK:Frequency Shift Keying)
– 신호의 주파수가 2진 1 또는 0에 따라 변경
디지털 신호의 변조(계속)
• 위상편이 변조 (PSK:Phase Shift Keying)
– 위상이 2진 1 또는 0에 따라 변경
디지털 신호의 변조(계속)
• 구상 진폭변조(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)
– ASK와 PSK의 조합
• 4-QAM과 8-QAM 성운
디지털 신호의 변조(계속)
• 8-QAM 신호의 시간 영역
디지털 신호의 변조(계속)
• 16-QAM 성운
주파수 분할 다중화(계속)
• 아날로그 계층구조
주파수 분할 다중화(계속)
• FDM의 다른 응용
– 라디오
• AM : 방송국당 10KHz의 대역
• FM : 방송국당 200KHz의 대역
– TV : 채널당 6MHz 대역
– 1세대 이동전화 : 사용자마다 60KHz
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6.2 파형 분할 다중화 (WDM)
• WDM : Wave Division Multiplexing
• 기본 개념은 FDM과 같으며, 광섬유 채널을 이용한 빛 신호와 연관
• WDM은 광섬유 신호를 묶기 위한 아날로그 다중화 기법이다.
파형 분할 다중화(계속)
• WDM
–
–
–
다중 빛 소스를 단일 빛으로 결합
단일 빛은 다중 빛 소스로 분리
프리즘 이용 : 임계각과 주파수 기반
6.3 시분할 다중화 (TDM)
• TDM : Time Division Multiplexing
• 송신과 수신장치에 의해 요구되는 데이터 전송률보다 전송 매체의
데이터 전송률이 클 때 적용되는 디지털 처리 기술
• TDM은 데이터를 연합하는 다중화 기술이다.
시분할 다중화 (계속)
• 시간틈새와 프레임
• TDM에서는 링크의 전송률은 n배 빠르고, 단위 기간은 n배 짧다
시분할 다중화 (계속)
• 끼워넣기(interleaving)
– 스위치가 장치들을 일정한 비율로 정해진 순서대로 이동한다
시분할 다중화 (계속)
• 예제 6
– TDM을 사용하여 네 개의 채널을 다중화한다. 각 채널이 100byte/s의
속도로 전송하고 각 채널마다 1바이트씩 다중화하는 경우에 대해 링크
상에 움직이는 프레임과 프레임의 크기와 프레임의 기간과 프레임 속도
와 링크의 비트 전송률을 보여라.
• 풀이
시분할 다중화 (계속)
• 예제 7
– 어떤 다중화기가 시간틈새마다 2비트씩 실어서 네 개의 100Kbps 채널
을 다중화한다. 임의의 네 개의 입력에 대해 해당 출력을 보여라. 프레
임의 속도는 얼마인가? 프레임의 기간은 얼마인가? 비트 전송률은? 비
트 기간은 얼마인가?
• 풀이
시분할 다중화 (계속)
• 동기화
– 프레임구성비트
시분할 다중화 (계속)
• 비트 채우기(Bit stuffing)
– 서로 다른 데이터 전송률을 갖는 장치를 동기 TDM에
연결 시 사용하는 기술
– 속도의 차이가 5:1이면 time slot의 개수도 5:1로 배정
– 서로 다른 데이터 전송률이 정수배가 되어야 함
– 정수배가 되지 않는 경우 비트 채우기 기법 사용
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시분할 다중화 (계속)
• DS(Digital Signal) 서비스
– 디지털 신호의 계층 구조
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시분할 다중화 (계속)
• T 회선(미국, 캐나다)
Service
Line
Rate (Mbps)
Voice Channels
DS-1
T-1
1.544
24
DS-2
T-2
6.312
96
DS-3
T-3
44.736
672
DS-4
T-4
274.176
4032
시분할 다중화 (계속)
• 아날로그 전송용 T 회선
시분할 다중화 (계속)
• T-1 프레임 구조
시분할 다중화 (계속)
• E 회선
– 유럽은 E 라인으로 불리는 T-라인 버전을 사용
E Line
Rate (Mbps)
Voice Channels
E-1
2.048
30
E-2
8.448
120
E-3
34.368
480
E-4
139.264
1920
시분할 다중화 (계속)
• 역TDM
시분할 다중화 (계속)
• 기타 TDM 응용
– ISDN(Integrated Service Digital Network)
– SONET(Synchronous Optical Network)
– ATM(Asynchronous Transfer Mode)
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