데이터통신

[데이터통신 #5_1] mux

우당탕탕코딩일기 2023. 4. 10. 11:21

 여러 사람들이 동시에 같은 주파수/시간에 이야기하면 소리 간섭으로 알아듣기 어렵다. 
다른 주파수/시간에 이야기하면 이야기를 알아들을 수 있다.
 

멀티플렉싱

• 다중화
선 1개에 여러 신호를 전송하는 기술
• Input line에는 전화기, 컴퓨터 등등

 

주어진 라인 (stream) 들을 전송하는 단일 링크의 일부로 ,  하나의 링크에 여러 채널이 존재한다 .

1. FDM(주파수분할다중화)

  • 사람 목소리는 1개의 동일한 주파수 이므로, 주파수를 분할 시켜야한다.
  • 주파수 분할 기술 : 아날로그
  • 여러개의 신호를 각각의 반송 주파수에 실어보내는 반송 기술 : 라디오, TV
  • 변형하면 Wavelength-division multiplexing (WDM)

 
fdm 으로 여러개의 신호를 mux하는 과정

 
fdm 으로 하나의 신호를 여러개로 demux 과정

 
 

ex) 1MHz 대역폭으로 4개의 채널을 만들고 각 채널당 1Mbps  비트전송률을 지원하는 위성 무선링크가 있다. 각 채널은 위성단말기가 데이터전송을 한다. FDM 을 이용해서 어떻게 만들 수 있을까?

 

- 4개? 그러면 1MHz 를 4개로 조각내는 것이 FDM?

- 250KHz 4개?

- 1개의 250KHz 에서 1Mbps 를 어떻게 만들지? - 16-QAM

ex) 전화기 3600대가 있다. 이를 한국통신과 연결해야한다. 어떻게 선을 연결하지?

=> 선을 3600개 연결할수는 없으니 다중화해서 케이블을 줄이자 !

 

ex) FDM 을 이용하는 1개의 휴대폰(AMPS) 기지국에서 몇 명의 단말기를 동시에 통화가능하게 하는가?

- 가정 

사람 목소리 주파수 : 3KHz

휴대폰 1개는 FM 으로 변조를 하여 30 KHz 로 만든다.

기지국 하향 주파수 : 824 - 849 MHz

기지국 상향 주파수 : 869 - 894 MHz

제어 채널 : 43 개 사용 

 

833개 중 제어채널은 43개 즉, 790개 데이터채널

2. TDM(시간분할다중화)

  • fdm 이 아날로그 기술 이었던 반면, TDM 은 디지털 기술이다.
  • 시간을 전송단말기에 나누어주는 것이다.
  • 높은 대역폭을 공유하는 디지털 프로세스(시분할 기술 사용, 디지털전송은 대역폭이 넓어야 한다.)
  • FDM + TDM = CDMA
  • TDM은 여러 개의 저속 채널을 하나의 고속 채널로 조합한 디지털 Multiplexing기술임.
    -Frame : 각 연결의 단위결합
    -Slot : 특정 입력라인에서 데이터 전송

[링크에 있는 신호들은 입력 신호보다 시간이 3분의 1로 줄었기 때문에 속도가 3배 빠르다.]

- 예제1) 위의 그림 속 각 입력 신호가 1kbps의 속도를 가진다. 만약 시간(time slot)당 1bit가 다중화된다면,

 

Q1) 하나의 입력신호에서 시간 슬롯은 얼마인가?

송신측에서 1초에 1000개의 비트를 보내므로, 단위 시간당 1bit인 경우, 시간 슬롯은 1bit당 걸린 초(bit duration)와 같다. 즉, 1/1000 = 1ms 이다.

 

Q2) 링크의 하나의 시간 슬롯(output time slot)은 얼마인가?

위의 그림에서 링크의 타임 슬롯이 입력신호의 타임 슬롯보다 1/3 줄었기 때문에 1/3 ms 이다. (하나의 입력신호에서 시간 슬롯은 1ms이다.

 

Q3) 하나의 프레임 주기는 얼마인가?

위의 그림에서 하나의 프레임에 3개의 타임 슬롯이 들어간다. 따라서 1/3 * 3 = 1ms 이다.

 

정리 : 1kbps 이므로 1초에 1000비트 전송, 따라서 1비트 전송에 1/1000초 걸린다. 1ms 걸림. 링크의 하나의 시간슬롯은 인풋 슬롯보다 1/3 이 되었기 때문에 1/3ms이다. 하나의 프레임에 3개의 타임슬롯이 들어가므로 하나의 프레임의 주기는 1/3*3 = 1ms 이다.

 

1Mbps 4개의 채널을 1비트씩 TDM 전송한다.

1Mbps 는 1초에 1,000,000개의 비트를 전송하므로 하나의 비트에 1마이크로초 소요된다. 링크의 하나의 타임슬롯은 입력신호의 타임슬롯보다 1/4 로 줄었기 때문에 1/4마이크로초 이다.

하나의 프레임에는 4개의 타임슬롯이 들어가므로 하나의 프레임 주기는 1마이크로초 이다.

 

ex) TDM을 사용하여 5개의 채널을 다중화 한다. 각 채널이 100[byte/s]의 속도로 전송하고 각 채널마다 2[byte]씩 다중화 하는 경우 초당 전송해야 하는 프레임수와 비트 전송률[bps]은 각각 얼마인가?
<문제 해설>
프레임수 : 한 채널이 2[byte]씩 전송하므로 어느 한 채널이
100[byte]를 전송하려면 50번을 전송해야함
비트전송률 : 100[byte/s] X 5채널 = 500[byte/s]
1[byte]는 8[bit]이므로 비트전송률 = 500X8 = 4000
 

 

 

T1

-동기적 시분할
- 전화망 계층
-표준 디지털 음성 신호(PCM) 24 채널 다중화
-프레임 : 24* 8비트 + 1비트(동기신호)
-다중화 링크 전송속도 : 8000*(24*8 + 1) = 1.544Mbps

 
* PCM 변환 : 음성신호 4KHz 를 디지털 데이터로 변화하려면

Nyquist & Shannon의 정리에 의해 최대 주파수(4KHz)의 2배인 8,000개의 표본 데이터로 표본화(sampling) 해야합니다.

표본당 비트수는 8bit 이므로 => 64Kbps

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