[DC-07] 다중화기

1. 다중화(Multiplexing)

• 하나의 통신 회선에 다수의 터미널이 공유할 수 있도록 하는 것
• 효율적인 전송을 위하여 넓은 대역폭(혹은 고속 전송 속도)을 가진 하나의 전송 링크를 통하여 여러 신호(혹은 데이터)를 동시에 실어 보내는 기술
• 다중화의 가장 큰 장점 선로의 공동 이용이 가능하므로 전송 효율이 높아짐
• 다중화를 위한 장치 다중화기, 집중 화기, 선로 공동 이용기

2. 다중화기(MUX, MUltipleXer)

• 여러 개의 터미널 신호를 하나의 통신회선을 통해 전송할 수 있도록 하는 장치
• 여러 단말기가 같은 장소에 위치하는 경우, 다중화 기능을 이용하여 전송로의 수를 감소시키기 위해 사용하는 장비
• 여러 개의 채널들이 하나의 통신 회선을 통하여 결합된 신호의 형태로 전송되고 수신 측에서 다시 이를 여러 개의 채널 신호로 분리하는 역할을 수행

3. 다중화 기법

• 주파수 분할 다중화(FDM, Frequency-Division Multiplexing) - 통신 회선의 주파수를 여러 개로 분할하는 방식

• 시분할 다중화(TDM, Time-Division Multiplexing) - 한 전송로의 데이터 전송 시간을 일정한 시간 폭(Time Slot)으로 나누어 각 부 채널에 차례로 분배하는 방식

• 부호 분할 다중화(CDM, Code-Division Multiplexing) 
• 공간 분할 다중화(SDM, Space-Division Multiplexing)

4. 주파수 분할 다중화기(FDM, Frequency Division Multiplexer)

• 통신 회선의 주파수를 여러 개로 분할하여 여러 대의 단말기가 동시에 사용할 수 있도록 하는 장치

- 주파수 분할 다중화기의 특징

• 주파수 대역폭을 작은 대역폭으로 나누어 사용
• 하나의 채널에 주파수 대역별로 전송로가 구성
• 전송하려는 신호의 필요한 대역폭보다 전송매체의 유효 대역폭이 클 때 사용
• 전송에 있어 시간의 지연 없이 실시간 전송
• 주파수 분할은 변/복조 기능도 포함하기 때문에 별도의 모뎀을 필요로 하지 않음
• 여러 개의 정보 신호를 한 개의 전송선로에서 동시에 전송 가능
• 전송매체를 지나는 신호는 아날로그 신호임
• 전호 회선에서는 1200 [baud] 이하의 비동기식에서만 이용
• 시분할 다중화 장비에 비해 가격이 쌈
• 멀티 포인트 방식 구성에 적합
• 구조가 간단하고 주로 저속도의 장비에 이용 가능
• 케이블 혹은 TV 공중파에 적용
• 채널 간의 누화(Crosstalk) 및 상호변조 잡음(Intermodulation noise)을 막기 위해(대역폭이 겹치지 않도록) 완충지역으로 보호대역(가드 밴드, Guard Band)이 필요
• 가드밴드의 이용으로 채널의 이용률이 낮아짐으로써 시분할 다중화기에 비해 비효율적

* 가드 밴드(Guard Band)

• 주파수 분할 다중화에서 인접한 채널 간의 간섭을 방지하기 위한 대역

5. 시분할 다중화기(TDM, Time Division Multiplexer)

• 통신 회선의 대역폭을 일정한 시간 폭(Time Slot)으로 분할한 것

- 시분할 다중화기의 특징

• 대역폭의 이용도가 높아 고속 전송에 용이
• 동기식 시분할 다중화기와 비동기식 시분할 다중화기가 있음

- 동기식 시분할 다중화기(STDM, Synchronous TDM)

• 전송 매체 상의 전송 프레임마다 해당 채널의 타임 슬롯이 고정적으로 할당되는 다중화 방식
• 매체의 데이터 전송률이 전송 디지털 신호의 데이터 전송을 능가할 때 사용
• 송/수신 스위치가 서로 정확히 동기 되도록 하기 위해서 이를 위한 동기 비트가 더 필요함
• 전송할 데이터가 없는 단말장치에도 타임 슬롯을 할당
• 타임 슬롯을 고정적으로 할당하여 타임 슬롯이 낭비될 수 있음

- 비동기식(통계적) 시분할 다중화기(ATDM, Asynchronous TDM)

• 사용자의 요구에 따라 타임 슬롯을 동적으로 할당하여 데이터를 전송하는 다중화 방식
• 각 채널 할당 시간이 공백인 경우(idle time) 다음 차례에 의한 연속 전송이 가능하여 전송 전달 시간을 빠르게 하는 방식
• 실제로 전송할 데이터가 있는 단말장치에만 타임 슬롯을 할당함으로써 전송 효율을 높임
• 다중화 회선의 데이터 전송률을 회선에 접속된 스테이션들의 전송률의 합보다 작게 할 수 있음
• 같은 속도일 경우 동기 시분할 방식에 비해 많은 스테이션(터미널)을 수요 할 수 있음
• 주소 회로, 흐름 제어, 오류 제어 등의 기능을 함
• 데이터를 잠시 저장할 버퍼와 주소 제어 회로 등이 별도로 필요
• 제어 회로가 복잡함
• 지능 다중화기, 통계적 시분할 다중화기라고도 불림

6. 역 다중화기(Demultiplexer)

• 두 개의 음성 대역폭을 이용하여 광대역에서 얻을 수 있는 통신 속도를 얻을 수 있는 기기

- 역 다중화기의 특징

• 여러 가지 변화에 대응해 여러 가지 전송속도를 얻을 수 있음
• 한 채널 고장 시 나머지 채널을 1/2의 속도로 계속 운영 가능
• 비용을 절감할 수 있음
• 전용회선의 고장 시 DDD망을 이용할 수 있음

7. 집중 화기(Concentrator)

• 여러 개의 채널을 몇 개의 소수 회선으로 공유화시키는 장치
• m개의 입력 회선을 n개의 출력 회선으로 집중화하는 장치(M >= N)

- 집중 화기의 특징

• 입/출력 각각의 대역폭 다름
• 입력 회선의 수는 출력 회선의 수보다 같거나 많아야 함