Chapter 08. 멀티플렉싱

다중화기는 단일 데이터 링크를 통해 역다중화기에 연결되고, n개의 입력 라인에서 데이터를 결합(다중화)하여 높은 용량의 데이터 링크를 전송합니다.

역다중화기는 다중화된 데이터 스트림을 받아서 채널에 따라 데이터를 분리(역다중화)하고 이를 적절한 출력 라인으로 전달합니다.

FDM(Frequency Division Multiplexing, 주파수 분할 다중화)은 전송 매체의 유효 대역폭이 전송하려는 신호의 요구 대역폭을 초과할 때 가능합니다. 각 신호가 분리되어 신호의 대역폭이 중첩되지 않는다면 여러 신호를 동시에 전송이 가능함
신호는 반송파 주파수를 중심으로 특정 대역폭이 필요하는데 이를 채널이라고 하고, 간섭을 방지하기 위해 채널 간에는 사용되지 않는 스펙트럼 영역인 가드 밴드로 분리됩니다.

Analog Carrier System

장거리 링크에서 FDM 계층 구조를 사용 AT&T(미국)와 ITU-T(국제)의 변형이 존재합니다.

• Group: 12개의 음성 채널
• Super Group: 5개의 그룹 신호를 FDM으로 다중화하여 60개의 채널 지원
• Master Group: 데이터가 전송되는 범주에 맞게 적용

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

광섬유 통신에서 서로 다른 파장의 빛을 사용하여 여러 데이터 채널을 동시에 전송하는 기술

1. 서로 다른 주파수의 여러 광 빔
2. 광섬유 링크를 통해 전송
3. 다른 FDM 시스템과 유사한 아키텍처
4. 고밀도 파장 분할 다중화(DWDM) : WDM보다 더 많은 채널을 더 좁은 간격으로 사용하는 것을 의미

TDM Link Control

데이터 전송은 고정된 속도로 진행되며, 이를 관리하기 위해 TDM Link Control이 사용됩니다. TDM의 전송 방식은 헤더와 트레일러가 필요 없으며, 데이터 링크 제어 프로토콜도 필요하지 않습니다.

흐름 제어(Flow Control)

다중화된 데이터 전송은 정해진 속도로 계속 진행되며 시간은 멈추지 않고 흐름을 유지합니다.

- 고정된 데이터 속도 : 다중화된 라인의 데이터 전송 속도는 일정하게 고정되어 있음

- 한 채널의 문제에도 다른 채널 유지 : 하나의 채널 수신기가 받을 수 없더라도 나머지 채널은 영향을 받지 않고 계속 데이터를 전송

- 문제 발생 시 소스 중단 : 데이터를 수신하지 못하는 채널과 연결된 입력 소스는 데이터 전송을 멈추고, 데이터 전송을 중단한 채널의 시간 슬롯은 비어 있는 상태로 유지됨

오류 제어 (Error Control) : 오류는 개별 채널에서 감지되고 처리됩니다.

SONET/SDH

 

• SONET과 SDH는 고속 디지털 데이터를 전송하기 위해 설계된 동기식 광 네트워크 표준입니다. 이 두 표준은 광섬유 기반의 네트워크에서 데이터를 효율적으로 다중화하고 전송하기 위한 규격- SONET은 북미 표준(ANSI)이고, SDH는 국제 표준(ITU-T)입니다.
• 광섬유의 고속 전송 능력 활용

광섬유 기반의 고속 데이터 통신을 표준화한 것이다. 데이터를 효율적으로 전송 및 국제적 호환가능한 네트워크 인프라를 제공하는 것이 목적

Cable Modems : 케이블 TV 네트워크(CATV)를 활용하여 인터넷 데이터를 송수신할 수 있도록 설계된 장치

Cable Spectrum Division

 

• 헤드엔드 스케줄러 : 중앙 관리 장치로, 각 사용자(스테이션)에게 데이터 전송 권한(슬롯)을 배분
• 다운스트림 (헤드엔드 → 사용자)
  • 헤드엔드가 데이터를 사용자에게 패킷 단위로 전송
  • 각 사용자는 할당된 "미니 슬롯"을 통해 데이터를 수신
• 업스트림 (사용자 → 헤드엔드)
  • 사용자가 데이터 전송을 요청하면 스케줄러가 타임 슬롯을 배정
  • 사용자는 배정된 슬롯에서 데이터 전송
• 통계적 TDM : 대역폭과 슬롯을 사용자의 데이터 요청량에 따라 동적으로 분배

 

ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line)

ADSL은 기존의 전화선(Twisted Pair Cable)을 사용하여 고속 데이터 전송을 가능하게 하는 디지털 가입자 회선(DSL) 기술

 

• 비대칭 전송 방식: 다운스트림(네트워크 → 사용자)의 대역폭이 업스트림(사용자 → 네트워크)보다 더 큼
• 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing, FDM) 사용

Discrete Multitone (DMT)

DMT는 데이터를 전송할 때 주파수 대역을 여러 개의 서브채널(4kHz 단위)로 나누고, 각 서브채널을 통해 데이터를 동시에 전송하는 다중 반송파 변조(Multi-Carrier Modulation) 기술

 
 

• 초기 상태:
  • 주파수 대역은 여러 서브채널로 나뉘고, 초기에는 모든 주파수 대역이 동일한 비트 수를 처리한다고 가정
• 라인 게인(Line Gain):
  • 주파수에 따라 신호 감쇠(attenuation)가 발생, 낮은 주파수에서는 신호가 강하고(SNR이 높음), 높은 주파수에서는 약해짐(SNR이 낮음)
• 비트 재분배:
  • SNR이 높은 낮은 주파수 대역에는 더 많은 비트를 할당
  • SNR이 낮은 높은 주파수 대역에는 적은 비트를 할당

xDSL

기존 전화선(twisted pair cable)을 사용하여 고속 데이터 통신을 제공하는 다양한 기술을 포함하는 용어

• High Data Rate DSL(HDSL) : 2B1Q 코딩을 사용해서 dual twisted pair케이블을 활용
• Single line DSL : 2B1Q 코딩을 사용해서 dual twisted pair케이블 기반이고 에코 제거 기술을 통해 효율성을 높임
• Very Hogh Data Rate DSL(VDSL) : DMT/QAM 방식을 사용하여 높은 데이터 속도 제공

주파수 분할 다중 접속(FDMA, Frequency-Division Multiple Access)

 

• 여러 스테이션 간에 스펙트럼을 공유하기 위해 사용되는 기술
• 기지국이 사용 가능한 전체 대역폭 내에서 각 스테이션에 대역폭을 할당

 

시간 분할 다중 접속(TDMA, Time-Division Multiple Access)

 

• 단일의 비교적 큰 업링크 주파수 대역을 사용하여 시간 슬롯(sequence of time slots)을 전송
• 반복적인 시간 슬롯이 개별 가입자 스테이션에 할당되어 논리적 서브채널을 형성