다중화 (Multiplexing)

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다중화 (Multiplexing)

• 단일 링크를 통하여 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있도록 하는 기술
• 링크의 대역폭이 필요 대역폭보다 크다면 여분의 대역폭은 낭비되는 것
• $n$개의 장치가 단일 링크의 대역폭을 공유
  • 넓은 대역폭을 여러개의 좁은 대역폭으로 나누어서 사용하는 것을 다중화라고 한다. 
• 다중화 시스템 기본 형식
  • 다중화기(MUX, multiplexer) 전송: 전송 스트림을 단일 스트림으로 결합 (many to one)
  • 다중복구기(DEMUX, Demultiplexer): 스트림을 각각의 요소로 분리, 전송 스트림을 수신자에게 전달
  • 링크(Link): 물리적인 경로
  • 채널(Channal): 한 쌍의 장치간에 전송을 위한 하나의 경로
• 주파수 분할 다중화(FDM)
• 파장 분할 다중화(WDM)
• 시분할 다중화(TDM)

주파수 분할 다중화 (FDM, Frequency Division Multiplexing)

• 전송되어야 하는 신호들의 대역폭을 합한 것보다 링크의 대역폭이 클 때 적용할 수 있는 아날로그 기술
• 신호가 겹치지 않도록 보호 대역(guard band)만큼 떨어져 있어야 한다.
• 다중화 과정
  1. 각 소스는 유사한 주파수 범위의 신호를 생성
  2. 각 신호들은 다중화기 내부에서 서로 다른 반송 주파수로 변조
  3. 각 변조 신호들을 하나의 복합 신호로 결합
  4. 이 신호를 수용할 수 있는 대역폭을 가진 매체 링크를 통해 전송
• 다중화 복구 과정
  • 필터를 사용하여 다중화된 신호를 구성요소의 신호들로 분리
  • 각 신호는 복조기 내에서 반송파로부터 신호만 분리하여 수신 장치로 전달

아날로그 반송파 구조

• 전화 회사에서 사용하는 방식
• 낮은 대역폭 회선들을 높은 대역폭 회선들로 다중화 
• 아날로그 회선에서는 FDM이 사용

 

파장 분할 다중화 (WDM, Wavelength Division Multiplexing)

• 광섬유의 고속 데이터 전송률을 이용하기 위한 설계
• 광섬유의 데이터 전송률은 금속 전송 매체에 비해 높음 
• FDM보다 높은 주파수 사용
• 광섬유 신호를 조합하기 위한 아날로그 다중화 기법
• 다중화 과정
  • 다중 빛 소스를 단일 빛으로 결합
  • 단일 빛은 다중 빛 소스로 분리 

WDM의 다중화

 

동시 시분할 다중화 (TDM, Time Division Multiplexing)

• 높은 링크 대역폭을 여러 연결이 공유하는 디지털 처리방식
• 다른 발신지로부터의 디지털 데이터를 하나의 시간 공유 링크로 통합
• 여러 개의 저속 채널을 하나의 고속 채널로 조합하는 디지털 다중화 기술

동기식 TDM

• 시간 틈새(time-slot)
• 프레임(frame)
• 끼어넣기(interleaving)
  • 다중화기 쪽과 다중화 복구장치 쪽에서 매우 빠르게 도는 교환기 2개로 표현
  • 교환기는 연결 앞에서 열리게 되며, 그 연결이 경로에 한 단위를 전송할 기회를 획득하는 과정 
• 빈 틈새(Empty slots)
  • 발신자가 전송할 데이터가 없다면 해당 틈새가 비게 됨
  • 동기식 TDM은 그렇게 효율적이지 않음!
• 입력 측 데이터들이 서로 다른 경우 해결 방법
  • 다단계 다중화
  • 다중-틈새 할당
  • 펄스 채워넣기

다단계 다중화 (Multi-level multiplexing)

• 입력의 데이터 전송률이 다른 것들에 비해 정수 배만큼 빠를 때 사용되는 기술
• MUX를 통한 데이터율 통합으로 입력 데이터 통일

다중 틈새 할당 (Multiple-slot allocation)

• 단일 입력 회선에 1개보다 많은 틈새를 할당하는 것
• DEMUX를 통한 데이터율 분할로 입력 데이터 통일

펄스 채워넣기 (Pulse stuffing)

• 가장 높은 데이터율의 입력 회선을 주 데이터율로 하고, 그보다 낮은 데이터율에는 공 비트(empty bit)를 채워 넣는 것
• 비트 패딩, 비트 채워넣기라고도 함 

프레임 동기화 (Frame synchronization)

• 다중화기와 다중화 복구 장치 사이의 동기를 맞추는 것
• 프레임 구성 비트(framing bits): 1개 이상의 비트를 각 프레임의 앞에 끼워 넣는 것 

디지털 신호 서비스

아날로그 전송용 T 회선

• 디지털 데이터, 음성 또는 비디오 신호를 전송하기 위한 설계
• 아날로그 신호가 일단 표본 채집된 후, 시분할 다중화된다면 아날로그 전송
• 일반 전화통화

통계식 시분할 다중화

• 입력 회선이 전송할 데이터가 있는 경우에만 출력 프레임의 틈새를 할당