채널화 접근
MAC 프로토콜에서 접근제어(Access Control) 방식에는 세가지 분류가 있다.
- 임의 접근 ( Random Access )
- 선택 접근 ( Selection Access )
- 채널화 접근 ( Channelization Access )
채널화 접근은 이동통신기술에서 주로 많이 사용되는 기술이다. 채널화 접근의 핵심은 하나의 채널을 여러개의 채널로 나누어서 접근을 하는것이다. 셋 다 주로 이동통신기술 WAN 에서 주로 사용된다. 2G, 3G, 4G니 하는 이동통신 기술의 가장 핵심적인 부분이라고 할 수 있다.
TDMA와 FDMA
TDMA : 다중 접근에 TDM을 도입한 것
FDMA : 다중 접근에 FDM을 도입한 것
TDMA는 단 하나의 채널을 시간을 잘게 쪼개서 각각의 지국에 할당한다. 각 시간단위의 간섭을 막기 위해, 각 지국은 전송시간 앞뒤로 매체를 비우는 보호시간(Guard Time)을 둔다.
FDMA는 주파수 대역을 잘게 쪼갠 채널을 각각의 지국에 할당한다. 각 채널의 간섭을 막기 위해 양 끝단 대역은 막아둔다. 이 대역을 보호대역(Guard Band)라고 한다.
Q ) 일반적으로 TDMA가 FDMA보다 더 빠르다는데 이유가 뭐죠? -> FDMA은 가드밴드가, TDMA는 가드타임이 필요하다. 가드타임으로 인한 전송률 저하가 가드밴드로 인한 대역폭 저하보다는 효율이 좋다고 한다. 또한 TDMA는 전체 대역폭을 각각 하나의 지국이 통채로 사용하기 때문에 노이즈에도 더 강하다. 다만 현대 LTE 기술에서는 FDMA를 개량한 기술이 사용된다. (SC-FDMA / OFDMA)
CDMA
Code-Division Multiple Access, 지국마다 지닌 고유한 코드(확산코드)를 이용해서 다중접속이 가능하게 하는 기술이다. 참고로 앞서 살펴봤던 CSMA와는 다르게 CDMA는 기본적으로 하나의 기지국이 있고
모든 지국이 하나의 채널에 동시에 송신을 해도 문제 없는 방식이다. 각 지국은 칩(Chip)이라는 고유의 코드를 이용해 인코딩하여 송신한다. 이렇게 모든 지국이 각자의 신호를 동시에 같은 채널에 실어서 보내는 것이다. 기지국은 각 자기 자신의 Chip을 이용해 해석한다.
따라서 CDMA는 TDMA, FDMA와 다르게 가드밴드와 가드타임이 필요가 없다!!
파워컨트롤
칩을 이용해서 해독을 하는 특성 덕분에 CDMA에서 기지국에는 모든 지국이 동등한 세기의 전력으로 통신을 전송받아야 한다. 만약 어떤 지국은 멀어서 신호가 미약하고, 어떤 지국은 가까이 있어서 신호가 강하다면 칩을 이용해 해독을 할 수 없게된다. 따라서 모든 기기는 기지국에 도달하는 신호의 강도가 비슷하게 되도록 조절한다. 이를 파워컨트롤이라고 한다. 즉 멀리 있는 지국은 신호를 강하게, 가까이 있는 지국은 신호를 상대적으로 약하게 보내게 해서 최종적으로 기지국에는 모든 지국들의 신호의 세기가 동일한 수준으로 들어와야 한다.
직접순열대역확산(DSSS)
대역확산?
대역확산(Spectrum Spread)은 신호를 넓은 대역에 확산시키는 기술이다. 여러 네트워크 표준에서 다양한 방식의 대역확산 기술이 사용되고 있다. 확산코드에는 여러 종류가 있는데, CDMA에서는 DSSS 방식을 사용한다. (DSSS는 WiFi나 블루투스에서도 사용되는 코드이다.)
DSSS(Direct-Sequence Spread Spectrum
DSSS는 각 지국마다 고유한 코드(확산코드라고 부른다)를 가지고 있다. 각 지국은 이 코드를 이용해 자신이 보내고자 하는 신호를 변조해서 넓은 대역의 채널에 실어보낸다.
코드의 종류도 매우 다양하다. (월시코드, PN코드, 바커코드 등등...) 두가지의 코드를 동시에 사용할 수도 있다. 예를 들어 월시코드로 우선 변조를 한 신호를 추가로 PN코드로 변조한다.
참고로 블루투스에서는 FHSS(Frequency Hopping Spread Sequence)를 함께 사용하는데, FHSS는 신호를 여러 주파수를 옮겨다니면서(호핑) 여러 대역에 확산한다.
월쉬 코드(Walsh Code)
DSSS 코드 중 하나인 월쉬 코드를 알아보자. 월쉬 코드는 각 지국의 코드가 서로 직교(내적이 0)하게끔 만든다.
Chip
코드의 각 펄스(비트)를 Chip(칩)이라고 하는데, 그래서 확산 코드를 칩 순열(Chip Sequence)이라고도 부른다.
월시코드의 규칙
- 같은 코드끼리 내적하면 코드의 길이만큼(지국의 개수) 되어야 함
why? -> 각 코드의 자리끼리 제곱했을 때 1이 되어야 하기 때문
- 다른 코드끼리 내적하면 0이 되어야 함
why? -> 다른 코드의 각 비트열을 더했을 때 0이 되어야 하기 때문
월시표
월시 코드를 자동으로 만들어주는 표가 있다. 서로 직교하는 코드를 만들어주는 월쉬 표(Walsh Table)에서 얻어지는 코드이다.
자세한 것은 아래 링크 참조
https://en.wikipedia.org/wiki/Walsh_matrix
위 방식으로 H1, H2, H4.... Hn의 월시 표를 얻을 수 있다. 행렬의 각 열이 각각 월쉬 코드가 된다.
