다중화 ( Multiplexing , FDM , TDM , SynchronousTDM , AsynchronousTDM)

정보 전송의 다중화

 

다중화 ( Multiplexing )

1.     전송로 하나에 데이터 신호 여러 개를 중복시켜 고속 신호 하나를 만들어 전송하는 방식

2.     전송로의 이용 효율이 매우 높아진다 .

3.     다중화 장치 ( MUX , Multiplexer )

ㄱ.   여러 개의 신호를 동시에 하나의 채널을 통해 직렬로 전송하는 장치이며 , 정적인 ( 단순히 여러 개의 신호를 묶는다는 의미 ) 공동 이용 장치이다.

 

예를 들자면 다음과 같다 .

넓은 고속도로에 1~4차선 까지 뚫려 있고 , 자동차들은 이 도로를 통해 빠르게 지나간다.

위에서 차선은 채널로 비유할 수 있고 , 자동차는 어떤 통신회선(도로)을 통해 지나가는 신호라고 생각하면 쉽다.

넓은 대역폭을 여러개의 좁은 대역폭으로 나누어서 사용하는 것을 다중화 라고 한다.

다중화는 크게 주파수 분할 다중화 , 시분할 다중화로 나뉜다.

주파수 분할 다중화 ( Frequency Division Multiplexing , FDM )

1.     전송되어야 하는 신호들의 대역폭을 합한 것보다 링크의 대역폭이 클 때 적용할 수 있는 아날로그 기술로써 , 한 전송로의 대역폭을 여러 개의 작은 채널로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용하는 방식이다 .

2.     하나의 전송로 대역폭을 작은 대역폭 여러 개로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용할 수 있게 하는 방식

3.     정보를 똑같은 시간에 전송하려고 별도의 주파수 채널을 설정해 이용한다.

4.     채널 간에 상호 간섭을 막으려면 보호 대역 ( guard Band ) 이 필요하다.

5.     구조가 간단하므로 비용이 저렴하고 , 사용자가 추가하기 쉽고 , 각 사용자의 단말기에서 사용하는 코드와는 상관없이 다중화가 가능하다 .

6.     Tv방송 or CATV 에 사용된다 .

--> 똑같은 시간내에 대역폭 ( 주파수 ) 을 작은 여러개의 대역폭으로 나눔으로써 여러 단말기가 동시에 접속이 가능하게 된다.

--> 즉 , 채널이 여러개가 생성이 되므로 , Tv방송에 적합하다 . 끊김없이 재생이 되는게 이러한 원리이다 . 

--> 예를 들자면 , 우리가 Tv를 볼 때 리모콘으로 채널을 돌리면 바로 방송을 볼 수 있는 것이 이러하다 .

주파수 분할 다중화 과정

1.     각 송신측 장치들은 각기 유사한 주파수 영역의 신호를 만들어 낸다 .

2.     이 유사한 신호들은 다중화기 내부에서 제각기 다른 반송주파수로 변조된다.

3.     그 결과 만들어진 신호들은 하나의 복잡신호로 합쳐져서 이 신호를 수용하기에 충분한 대역폭을 가진 매체를 통해 전송된다

--> 위의 그림을 요약해 보자면 , 아까 위에서 본 여러개의 채널로 비유를 해 보겠다. 

--> 각각의 채널은 각기 유사한 주파수 영역의 신호를 만들어 낸다 , 이 신호를 다중화기 내부에서 제각기 다른 반송주파수로 변조가 된다 

--> 각기 다른 반송주파수로 변조된 신호들은 하나의 복잡신호로 합쳐져서 마지막 그림이 나올수 있게 되는 것이다 .

주파수 분할 다중화 복구 과정

1.     다중 복구기는 다중화된 신호를 구성요소의 신호들로 분리해내기 위해 일련의 필터들을 사용한다 .

2.     각 개별적인 신호를 넘겨받은 복조기는 반송파로부터 신호만을 분리하여 수신 장치로 보낸다

--> 필터 ( Filter ) 를 사용해서 다중화된 신호를 구성요소의 신호들로 분리를 하고 , 분리한 신호들을 복조기를 통해서 신호만을 분리하여

--> 수신 장치로 보낸다.

 

 

시분할 다중화 ( Time Division Multiplexing , TDM )

1.     전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯 (Time Slot)으로 나눈 채널에 할당하여 채널 몇 개가 한 전송로의 시간을 분할해서 사용

2.     링크의 높은 대역폭을 여러 연결이 공유할 수 있도록 하는 디지털 과정

--> 같은 대역폭내에서 시간으로 나눈 채널에 할당하여 시간을 분할해서 사용한다.

FDM 에서는 대역의 일부를 공유한다면 TDM은 시간을 공유한다.

FDM 에서와 마찬가지로 같은 링크가 사용되지만 , 링크는 주파수가 아닌 시간별로 구획된다.

 

--> 한 정송로내에서 시간을 분한해서 시간슬롯을 나누어 채널을 할당한다 . 

동기식 시분할 다중화 ( Synchronous TDM )

1.     전송로 대역폭 하나를 시간 슬롯으로 나눈 채널에 할당함으로써 채널 몇 개가 전송로 1개의 시간을 분할하여 사용한다 .

2.     비트 단위의 다중화에 사용

3.     시간 슬롯의 낭비가 심한 단점이 있다 ( 전송할 데이터가 없어도 채널에 할당 , 시간폭을 배정하기 때문이다 )

 --> 1~4 사이클이 도는데 , 중간에 전송할 데이터가 없어도 채널에 할당을 하는 것이다 , 이렇게 되면 시간 슬롯의 낭비가 심해진다.

비동기식 시분할 다중화 ( Asynchronous TDM )

1.     통계적 시분할 다중화 방식 or 지능형 다중화 방식이라고도 한다.

2.     실제로 전송 요구가 있는 채널에만 시간 슬롯을 동적으로 할당하여 전송 효율을 높이는 방법

3.     접속에 필요한 시간이 길고 , 버퍼 기억 장치와 주소 제어 장치 등 다양한 기능이 필요하여 가격이 비싸다 .

--> 1~4사이클이 돌면서 시간폭을 동적으로 사용한다 . 굳이 전송할 데이터가 없는데 할당할 필요가 없기 때문이다.

--> 시간을 동적으로 사용하여서 전송 효율이 높아진다 .

--> 그렇지만 접속에 필요한 시간이 길고 , 다양한 기능이 필요해서 가격이 비싸다.

 

TDM은 하나의 Multiplexing 쪽에서 다른 하나는 Demultiplexing하는 쪽에서 매우 빠르게 돌고 있는 스위치로 표현이 가능하다.

스위치들은 서로 동기화되어 같은 속도로 서로의 반대 방향으로 돈다 .

다중화기 쪽에서는 스위치가 연결의 앞에서 열리게 되며, 그 연결이 경로의 한 단위를 전송할 수 있는 기회를 얻는다.

이 과정을 끼워 넣기 ( interleaving ) 라고 한다.

Demultiplexing을 하는 쪽에서는 스위치가 연결 앞에서 열리게 되며 , 그 연결이 경로로부터 한 단위를 받을 기회를 얻는다

다음 그림은 동기식 시분할 다중화 이다 ( STDM ) 

--> 할당된 타임 슬롯에 데이터의 전송 유무와 상관없이 모든 패킷에 동일한 타임 슬롯을 할당하게 된다.

--> 이 점은 타임 슬롯의 낭비를 초래하게 된다 . 

다음 그림은 비동기식 시분할 다중화이다.

STDM 와는 다르게 , 실제로 전송이 필요한 채널에만 타임 슬롯을 설정한다. A1 --> B1 --> A2 가 오는 것이 그러하다.

동일 시간동안 많은양의 데이터를 전송할 수 있고 , 대역폭의 낭비를 최소화할 수 있다.

전송과정에서 통계적 추측 및 오류의 분포 등을 알수 있기 때문에 적절한 방지책을 세울수 있게 된다.

하지만 , STDM에 비하여 접속 시간이 길고 , 다양한 기능이 있어서 가격이 비싸다는 단점이 있다 .

STDM 시스템은 해당 소프트웨어가 한번 할당하면 비교적 수행하기가 쉽다 . 

하지만 ATDM 시스템은 사용하지 않는 타임 슬롯을 재할당할수 있으나 , 복잡하다 .