용어 정리
Simplex
- 단방향 통신 가능
- TV
Half Duplex
- 양방향 통신이 가능하지만, 양방향 동시 통신은 불가능. 한번에 한 방향으로만 통신 가능
- 무전기
Full Duplex
- 동시에 양방향 통신도 가능
- 휴대폰
전송 매체 공유의 필요성
통신을 지원하는 모든 단말이 직접 연결되어야 한다면?! N개의 통신 단말이 있다고 한다면, nC2 = n(n-1) / 2 개의 링크가 필요합니다. 이는 상당히 복잡하고, 비효율적인 방법입니다. 따라서 링크를 공유하여 필요한 자원을 줄이기 위해 전송 매체의 공유가 필요합니다.
Multiplexing
Point-to-Point 매체의 공유를 위한 방법입니다.
이런 느낌으로, MUX를 사용하여 여러 input 들을 하나의 거대한 링크를 통해 전송합니다. DEMUX 에서는 받은 데이터를 다시 나누어 전달합니다.
Multiplexing 타입
크게 3가지 타입이 존재합니다.
FDM
Frequency Division Multiplexing 입니다. 주파수를 분할하여 전송합니다. 앞서 캐리어의 주파수를 다르게 하여 하나의 매체로 여러 데이터를 전송하는 과정이 바로 FDM을 이용한 방법이었습니다.
TDM
Time Division Multiplexing 입니다. 시간을 쪼개어 데이터를 전송합니다. TDM은 다시 2가지 방법이 있습니다.
- Synchronous TDM
- Statistical (Asynchronous) TDM
CDM
Code Division Multiplexing 입니다.
FDM (Frequency Division Multiplexing)
주파수 분할 다중화 기법입니다. 캐리어의 주파수를 다르게 하여 여러 데이터를 하나의 매체로 전송합니다. 이때, 각 주파수가 겹치면 안되기 때문에 주파수들 사이에는 Guard Band 를 두어 겹침을 방지합니다. FDM은 아날로그 신호 를 사용합니다.
그리고 Fixed Allocation 방식을 사용합니다. 하나의 주파수 대역폭을 채널이라고 하는데, 전제 주파수 범위를 채널로 나누고 만약 해당 채널로 보낼 데이터가 없다고 하더라도 해당 채널을 빈 데이터로 보냅니다. 효율이 조금 떨어질 수도 있습니다.
FDM의 대표적인 예시는 통화입니다. 주파수 대역폭을 각 전화별로 할당받아 발신자는 해당 주파수 영역으로 전송하고, 수신자는 해당 주파수 대역폭의 필터를 사용하여 신호를 받습니다.
가드 밴드를 이용한 문제입니다. 가드밴드는 두 주파수 대역폭 사이에 존재하는 빈 대역폭 입니다. n개의 채널이 있다면, 가드 밴드는 n-1 개가 존재하게 됩니다.
라디오도 대표적인 예시입니다. FM 라디오는 88.1MHz 를 시작으로 200kHz마다 하나의 채널이 존재합니다. 왜 200인가 ?! 라고 한다면,
라디오 데이터 전송을 위해 +- 75kHz의 대역폭을 사용합니다. 그리고 가드 밴드를 위해 양 끝에 25kHz의 대역폭을 사용하여 최종적으로 하나의 채널은 200kHz 만큼의 대역폭을 사용하게 됩니다.
WDM (Wavelength Division Multiplexing)
광통신 케이블에서 서로 다른 빛의 파장에 데이터를 담아 하나의 빛으로 통신하는 방법입니다. 현재의 초고속 인터넷을 가능하게 한 기술입니다. (개념은 FDM과 비슷합니다. 단지 빛을 이용할지 전파를 이용할지의 차이 뿐입니다)
Synchronous TDM (Time Division Multiplexing)
디지털, 아날로그 신호를 시간 단위로 분할한 채널에 실어서 보내는 방식입니다. 아날로그도 사용은 하나, 일반적으로 디지털 신호를 위해서 주로 사용합니다.
이 경우에도 Fixed Allocation 이 적용되어 채널은 보낼 데이터가 없어도 사라지지 않고 할당됩니다.
전송 과정입니다. MUX는 여러개의 인풋을 단위 시간마다 자르고 해당 내용을 하나의 프레임에 담아 전송합니다. 이때 입력/출력 rate를 계산할 수 있어야 합니다.
이 예제를 살펴보면,
- 입력은 총 1Mbps씩 4개의 입력이 들어옵니다. 인풋은 개수에 상관없이 1마이크로초 마다 들어옵니다.
- 출력은 1마이크로초 마다 1개의 프레임이 출력됩니다. 1개의 프레임에는 총 4비트의 정보가 있으므로, 1/4 마이크로초 마다 1개의 데이터가 전송됩니다.
- 입력과 출력의 데이터 양은 동일해야 합니다. 따라서 입력 = 4Mbps 이므로 출력 = 4Mbps 이어야 합니다.
- 출력 프레임의 속도는 입력 속도와 동일합니다. 따라서 1Mfps(frame per second) 입니다.
Synchronous TDM의 단점
빈 슬롯이 있더라도, 빈 채널의 형태로 데이터를 전송합니다! 따라서 Resource allocation 관점에서는 별로 좋지 못한 방법입니다.
Statistical/Asynchronous TDM
효율 증가를 위해서 필요할 때, 슬롯을 동적으로 할당하여 전송하는 방식입니다. 이 방식으로 인코딩을 할 경우,
이런 느낌으로, 비동기 방식을 사용하면 Statistical Gain 이 생깁니다. 그리고 de-multiplexing을 위한 추가적인 control information (header) 를 필요로 합니다.
하지만, 이 방식은 갑작스럽게 많은 데이터가 몰릴 경우, 딜레이 혹은 딜레이가 처리 용량을 넘어서서 데이터 드랍이 발생할 수도 있습니다.
