이동통신에서 사용하는 다원접속(Multiple Access) 방식에 대해 설명

1. 개요

2. 다원접속

3. 다원접속기술 분류

 3.1 고정 할당 방식(Fixed)/중앙 집중 위주

    가. 주파수 분할에 의한 다원접속(FDMA, Frequency Division Multiple Access)

    나. 시분할에 의한 다원 접속(TDMA, Time Division Multiple Access)

    다. 부호분할에 따른 다원접속(CDMA)

    라. 공간분할에 의한 다원접속(SDMA)

 3.2 동적할당방식/동적 다원접속 프로토콜(Dynamic)/분산제어 위주

    가. 자원경합방식/경쟁방식(Contention Method)/임의 접근 방식(Random Access)

    나. 자원비경합방식/무경쟁 방식/제어접근방식

4. 방식별 상호 비교

5. OFDM 다중접속 방식

1. 개요

 - 이동 통신 환경에서 다중 접속방식이란 제한된 주파수를 사용하여 가급적 많은 사람이 동시에 통화할 수 있도록 하는 기지국과 가입자의 무선접속방식임

 - 이동 통신에서는 한 개의 기지국을 다수의 이동국이, 위성통신에서는 한 개의 우주국을 다수의 지구국이 통신하는 방식임

 - 디지털 통신의 다중접속(Multiple Access) 방식은 크게 FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), CDMA(Code Division Multiple Access) 등의 방식으로 나눌 수 있음

 

 

참고>전송기술

      가. 다중화(Multiplexing)

          - 공통 채널상에서 동일 방향으로 신호를 전송하기 위해 개개 채널의 신호를 결합시키는 과정

          - 하위 계층의 여러 신호들을 모아서 상위 계층의 신호로 만들어가는 과정

      나. 다중접속(Multiple Access) 

          - 주어진 시간, 공간, 코드, 주파수 등을 여러 사용자가 공동으로 사용하는 전송기술

          - 서로 다른 사용자를 구분시키기 위한 기술

      다. 이중화(Duplexing/Diplexing)

          - 단일 매체, 장치, 포트에서 동시 양방향 통신을 가능케하는 이중화

          - 전이중(Full-Duplex)과 반이중(Half-Duplex)

             전이중(Full-Duplex): 동시에 양방향으로 전송이 가능

             반이중(Half-Duplex): 한 번에 한 방향으로만 전송이 가능

          - FDD, TDD, HDD

             FDD(Frequency Division Duplexing): 주파수대역 별로 상향/하향 링크를 구분해주는 방식

 

 

             TDD(Time Division Duplexing):시간적으로 상향, 하향 링크를 구분해주는 방식

             HDD(Hybrid Division Duplexing):FDD 및 TDD 단점을 보완 혼합한 방식

  

          - Duplexer는 BPF를 Diplexer는 LPF/HPF 사용하여 송수신을 구분

 

2. 다원접속

 - 주어진 시간, 공간, 코드, 주파수 등을 여러 사용자가 공동으로 사용하는 전송기술

    (한정된 전송 자원을 다수의 노드들이 효율적으로 공평하게 공유(통신자원의 공유)

 - 서로 다른 사용자를 구분시키기 위한 기술

    (서로 다른 사용자 신호 간에 직교성을 어떻게 보장해주는가에 대한 문제) 

 - 다원 접속은 다중화(Multiplexing)의 또 다른 형태로 봄

 

3.  다원접속 기술 분류

 3.1 고정 할당 방식(Fixed)/중앙 집중 위주

    가. 주파수 분할에 의한 다원접속(FDMA, Frequency Division Multiple Access)

        - 각각의 사용자가 서로 다른 주파수를 이용하여 접속하는 기술

        - AMPS

 

 

    나. 시분할에 의한 다원 접속(TDMA, Time Division Multiple Access)

        - 각각의 사용자가 서로 다른 시간 슬롯에 할당하여 실어보내는 방식

        - 보통 TDMA는 오로지 시간 만으로 다른 사용자를 구분하기 보다, FDMA 처럼 일단 주파수로 구분하고 동일 주파수대역에서 시간으로 나누어 다중접속

        - 이동통신 GSM 방식

 

    다. 부호분할에 따른 다원접속(CDMA)

        - 각각의 사용자 신호를 서로 다른 코드를 곱하여 달리 구분

        - IS-95, CDMA2000, WCDMA

 

    라. 공간분할에 의한 다원접속(SDMA)

        - 서로 분리된 다른 공간을 다른 사용자에게 할당하는 방식

        - SDMA 방식 자체만으로 독립 사용되지 않고 FDMA, TDMA, CDMA 방식들과 연계 사용

 3.2 동적할당방식/동적 다원접속 프로토콜(Dynamic)/분산제어 위주

        - 동적할당 방식은 패킷형태로 공유되는 매체에 대한 다원접속 방식(Media Access Control)

    가. 자원경합방식/경쟁방식(Contention Method)/임의 접근 방식(Random Access)

        - 복수의 사용자들이 제한된 채널을 임의 경쟁방식으로 나누어 사 용

        - CSMA/CD(Ethernet), CSMA/CA(무선 LAN)

    나. 자원비경합방식/무경쟁 방식/제어접근방식

        - 각 단말이 채널 접근에 대한 경쟁 없음

        - 토큰 방식, 라운드로빈, 폴링 방식 등

 

.4. OFDM 다중접속 방식

 - 방송용이 아닌 셀룰러 이동통신, 무선 LAN 등에 OFDM 전송방식을 사용하는 경우에는 단일 반송파 전송방식과 마찬가지로 다수의 사용자를 위한 다중 액세스 방식이 필요

 - 대표적 방식으로는 TDMA, FDMA, CDMA가 있으며 OFDM과 이들 다중 액세스 방식을 결합하여 사용

 4.1 OFDM-TDMA

    - 각 사용자에게 시간 슬롯이 할당되고 할당된 시간동안 각 사용자는 전체 부채널을 모두 사용, 즉 한 사용자가 전체 대역폭을 모두 사용

    - 무선 LAN과 같이 독립적인 Cell 환경하에서 작은 크기의 FFT를 사용하는 경우에 유리함

 4.2 OFDM-FDMA(OFDMA)

    - 사용자가 사용할 수 있는 반송파를 동적으로 바꿔서 다수의 사용자가 동시에 통신할 수 있도록 하는 방식

    - 한 사용자가 모든 유효 부반송파를 독점하는 것이 아니라, 여러 사용자가 가능한 유효 부반송파의 집합을 서로 분할하여 사용

    - OFDMA는 매우 유연한 다원접속 방식임

    - 사용자가 원하는 전송률에 따라 부채널의 할당은 동적으로 변할 수 있다

  4.3 OFDM-CDMA

    - 각 사용자에게 고유의 확산부호 할당

    - 모든 사용자가 모든 시간과 부채널을 함께 사용토록 함

    - 다른 사용자와의 구별을 위해 직교 또는 이와 유사한 확산부호를 사용

    - 사용자가 요구하는 전송률에 따라 코드 수를 변화시킴

     

 

http://csplab.kaist.ac.kr/~khwa/ofdm.htm

 

5. 방식별 상호 비교

항목/종류	FDMA	TDMA	CDMA	OFDMA
특징	-가입자 신호는 주파수 영역에서 구분되며, 가입자는 전체 주파수 대역의 일부를 이용하여 통신하며 연속전송이 가능함	- 가입자 신호는 시간영역에서 구분되며, 각 가입자는 전체 대역을 모두 사용하나 전송은 해당 슬롯에서만 가능 - 모든 가입자는 기지국에 동기	- 가입자 신호는 코드영역에서 구분되며 각 가입자는 전체대역을 모두 사용하며, 연속전송이 가능함 - 모든 가입자는 기지국에 동기	- 사용자가 요구하는 전송률에 따라 주파수 영역서 직교 반송파의 수를 변화시켜 자원분배를 효과적으로 할 수 있음
장점	- 수신기 구조가 간단 - 각 가입자는 할당된 대역만 사용하므로 충돌과 재전송으로 인한 대역폭 낭비가 없다	- 용량이 비교적 크다(AMPS 대비 8~10배) - 통화품질이 비교적 우수 - 디지털 데이터이므로 인증 및 비화가 용이 - 전력소모가 적다(AMPS의 1/2)	- 용량이 가장크(AMPS 대비 10~15배) - 통화품질이 가장 우수(핸드오프 중 통화단절 없다) - 인증 및 비화 용이 - 용량의 조절이 가능 - 주파수 계획이 거의 필요없다 - 전력소모가 적다(AMPS의 1/3)	- 높은 주파수 효율과 대용량  - ISI에 강함  - 멀티 패스에 의한 전송특성의 열화가 적음  - SFN 구성 가능
단점	- 대역폭 낭비가 크다 - 용량이 작다(신호대 잡음비, C/I 18dB이상 필요) - 통화품질이 나쁘다 - 주파수 계획 필요하다 - 전력소모가 많다 - 인증 및 비화가 어렵다	- 수신기 구조 비교적 복잡하다(등화가 필요)  - 주파수 계획 필요하 다  (FDMA와 TDMA 혼용하므로)	- 수신기 구조가 비교적 복잡	- PAR이 커 RF 증폭기의 전력효율을 감소시킴  - 반송파의 주파수 및 위상 오프셋에 민감
시스템	AMPS	GSM	CDMA2000, WCDMA	4G

참조> CDMA의 장점

 가. 통화용량의 증가

   - 동일한 주파수를 많은 셀에서 사용할 수 있으며, 타 방식보다 간섭이 적고, 통화자가 침묵하고 있는 시간동안 전송을 중지함으로써 아날로그 방식보다 수용용량을 20배 이상 높일 수 있음

 나. 고품질의 통화서비스 제공

   - 아날로그 방식에서는 다중 경로로 들어오는 신호들이 통화에 상당히 나쁜 영향을 미치나 CDMA에서는 이러한 다중 경로 신호를 각각 분리하여 양호한 신호를 선택, 사용하므로 아날로그 방식보다 통화품질이 우수

   - 핸드오프 시 통화의 단절이 없는 소프트 핸드오프 방식을 사용하므로 통신의 품질이 양호함

 다. 뛰어난 보안성

   - 사용자마다 고유의 PN 코드를 사용하여 암호화하므로 통화 비밀을 유지할 수 있음

 라. 저전력 경량 단말기

   - 소비 전력이 아날로그에 비해 1/3수준이며, 이동 전화기가 ASIC 칩으로 이루어져 소형 경량화가 가능함

 마. 다양한 부가서비스 및 멀티미디어 서비스 구현  

 

 

 

<References>

http://www.ktword.co.kr/abbr_view.php?m_temp1=403