지금 이 순간

1. Introduction

2. 다중화의 필요성

3. 다중화 시 고려할 사항

4. 다중화의 분류

  1) 주파수 분할 다중화

  2) 시 분할 다중화

  3) 코드 분할 다중화

  4) 파장 분할 다중화

5. 다중화방식의 비교

1 Introduction

 - 분리된 두 지점 상호간에 다수개의 저속신호를 개별적으로 직접 연결하지 않고 고속신호로 변환하여 하나의 통신 채널로 전송하는 방범

 - 서로 다른 2개 이상의 신호들을 하나의 전송매체를 이용해서 동시에 전송할 수 있도록 신호를 결합/분리하는 과정

2 다중화의 필요성

  - 서로 다른 여러 정보를 하나의 전송로로 보내기 위해

  - 경제적인 정보의 전송을 위해

  - 통신 시스템을 단순화하기 위해

  - 주파수 효율성을 높이기 위해

3 다중화 시 고려할 사항

  - 수신에서 정보의 검출이 용이해야 함

  - 동일한 전송로에 많은 정보를 전송할 수 있도록 할 것

  - 시스템 구현이 간단하고 경제적일 것

  - 운용, 유지보수가 편리할 것

  - 타 통신시설 또는 다른 system과의 접속이 용이할 것

4 다중화의 종류

  - 주파수분할 다중화(FDM: Frequency Division Multiplexing)

  - 시간분할 다중화(TDM: Time Division Multiplexing)

  - 코드분할 다중화(CDM: Code Division Multiplexing)

  - 파장분할 다중화(WDM: Wavelength Division Multiplexing)

 1) 주파수 분할 다중화

   - 전송하는 각각의 정보를 주파수가 다르게 분할하여 다중화하는 것

   - 아날로그 다중통신방식에서 많이 사용

   - 정보의 양이 크면 주파수 대역폭이 많이 필요

 2) 시간 분할 다중화

   - 전송하고자 하는 각각의 정보를 시간을 다르게 분할하여 다중화

   - 정보의 양에 따라 많은 시간이 필요

   - 현재 전세계 디지털 통신의 다중화 방식으로 사용

   - 최대 40G 전송가능

    - TDM의 종류

      가. STDM(Synchronous TDM)

         - Time slot을 고정적으로 할당

         - PDH(유사동기식 다중화), SDH(동기식 다중화)

      나. ATDM(Asynchronous TDM)

         - Time slot을 동적으로 할당

         - 통계적 시분할 다중화기라고도 함(Statistical TDM)

  3)CDM(Code Division Multiplexing)

    - 코드를 다르게 하여 다중화하는 방식

    - 이동통신에서 하나의 주파수를 이용해 여러 사람이 통화할 수 있도록 하는 방식

    - 사람의 음성마다 통화자 고유의 코드를 부여하여 다중화

  4)WDM(Wavelength Division Multiplexing)

    - 광통신에서 사용되는 다중화 방식

    - 여러 개의 신호를 파장을 분할하여 다중화

    - 2.5Gbps, 10Gbps의 전송속도를 갖는 다수의 채널을 한 개의 광섬유를 통해 전송 가능

    - FDM 방식의 일종으로 볼 수 있음

    - 광수동 소자만으로 쉽게 분기, 결합 가능

    - 대용량 데이터 전송 가능하고 확장성이 좋음(파장 추가로 전송용량 증대 가능)

    - 중장거리 통신에 이용됨

5. 다중화 방식의 비교

출처

http://ko.wikipedia.org/wiki/코드분할다중접속

참조

http://www.campus21.com

1. 개요

2. 동기화의 종류

  1) 비동기식 방식

  2) 동기식 방식

3. 비동기식(유사동기식) 디지털계위(PDH)

   1) NAS

   2) CEPT 

   3) NAS와 CEPT의 비교

   4) 비동기식 다중화의 원리

4. 동기식 디지털 계위(SONET/SDH)

   1) SONET 

   2) SDH

   3) 동기식 다중화 구조

5. PDH, SONET, SDH의 비교

6. 결론

1. 개요

  - 동기란 데이터통신에서 전송매체를 통해서 전달된 정보를 정확히 읽어내기 위해 송신과 수신 시점을 맞추는 것을 뜻함

  - 디지털 다중화란 다수의 저속신호를 하나의 고속신호로 다중화하는 방법

  - 디지털 다중화를 위해서는 동기를 맞추는 것이 필수적이며, 동기는 맞추는 방식에 따라서 크게 유사동기방식(PDH:Plesiochronous Digital Hierarchy)과 동기방식(SDH:Synchronous Digital Hierarchy. SONET:Synchronous Optical NETwork)로 구분

  - 신호계위는 각종 신호의 전송로 매체의 비트속도, 교환기와의 접속, 망구성 등을 고려하여 각 국가마다 국제적인 표준을 갖고 있음

2. 동기화의 종류

  - 모든 통신장비는 동기를 맞추어야만 송수신이 가능하고, 동기를 맞추는 방식에 따라 비동기방식과 동기식 방식이 있음

  1) 비동기식 방식

     - 특별한 클럭을 제공받지 않고 송수신 장비간 동기를 맞추는 방식으로 특별한 문자열 또는 비트블럭으로 동기를 맞추는 방식

     - Start bit(열)와 Stop bit(열)이 있음

     - HDLC의 Flag 01111110, 이더넷의 preamble 7Byte

     - 문자단위 또는 프레임단위의 전송 

참조> Ethernet의 Frame 구조

  2) 동기식 방식

     - 송수신간의 클럭을 동기시키키 위해 외부클럭을 사용하는 방식

     - Start bit와 Stop bit 열이 없음

     - PDH, SDH, SONET등의 계위가 있음

3. 비동기식(유사동기식) 디지털 계위(PDH)

   - PDH(Plesiochrous Digital Hierarchy) 

   - 서로 다른 클럭원에 의하여 발생되는 입력신호들을 결합시키는 방식

   - 입력신호의 비트속도를 맞추기 위해 추가적인 bit 삽입(Bit Stuffing)

   - 북미방식(NAS)과 유럽방식(CEPT)이 있음

   - 단계별 다중화를 거쳐 고위계위로 다중화: 다중화된 신호내의 하위계위신호 추출을 위해서는 순차적으로 상위 계위신호를 해제해야하는 과정을 거쳐야 함

※참조(음성신호 sampling) 

   - 음성신호는 300~3400Hz이며, 보호대역 포함 4kHz로 해석함

   - Nyquist 표본화 이론에 따라서 2배로 표본화하면 8kHz로 sampling

   - 한 sample을 256단계로 나누어서 양자화, 즉 sample당 8개의 bit가 필요

   - 따라서 8000samples/sec*8bits/sample=6400 bits/sec, 다시 말하면 한 개의 음성채널의 전송속도는 64kbps이다

  1) NAS(North America Standard, 북미방식)

    - Frame 구조

   - 표본화 주파수: 8000Hz(125㎲ 주기)

    - 프레임당 타임슬롯(채널) 수:24개

    - 타임슬롯(채널) 당 비트수: 8비트

    - 프레임당 비트수: (8bits * 24채널)+1=193bits

    - 출력 비트율(속도): 193bits/frame*8000frame/sec = 1.544Mbps

   2) CEPT(유럽방식)

    - frame 구조

     - 표본화 주파수: 8000Hz(125㎲ 주기)

     - 총 채널 수: 32개 수용(정보 채널 30개+동기 채널 1개(time slot 0)+신호 채널 1개(time slot 16))

     - 타임슬롯(채널) 당 비트수: 8비트

     - 프레임당 비트수: 8bits*32channel=256bits

     - 출력 비트율(속도): 256  bits/frame+8000 frame/sec = 2.048Mbps 

    3) NAS와 CEPT 비교  

    4) 비동기식 다중화의 원리

      - 여러 개의 하위 계위 신호를 각각의 크기에 맞는 상자에 각자 담아 이것을 모아서 보다 큰 상자인 중간 계위신호에 담고 다시 중간 계위 신호를 모아 보다 큰 상장에 담는 과정을 순차적으로 진행하여 다중화

4. 동기식 디지털 계위(SONET/SDH)

  - 기존 디지털 다중화 계위(PDH)는 각 나라별로 서로 다른 계위를 사용하고 있음

  - PDH는 동기를 맞추기 위해 Stuffing bit를 추가해야 하고, 단계별 다중화를 거쳐 고위계위로 다중화하는 단점이 있음

  - 이를 보완하기 위해 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)가 제안됨

  - 각종 계위 신호들은 STM-n 신호로 일단계 다중화

  - SONET(Synchronous Optical Network): 북미를 중심으로 제안

  - SDH: SONET을 기초로한 세계적인 동기식 전송방식

  - SONET/SDH는 광케이블을 통해 다양한 종류의 디지털 통신 서비스를 전송하기 위한 동기식 네트워크 표준 규격

 1) SONET

   - 북미를 중심으로 제안된 동기식 전송 방식

   - SONET의 기본 전송단위인 STS(Synchronous Transport Signal)-1은 90byte*9행의 2차원 논리적 배열구조를 가지는 프레임

   - 전체 810Byte 영역에서 36Byte는 프레임이 올바른 전송에 필요한 프로토콜 오버헤드

   - 상기와 같은 프레임이 초당 8000번(125㎲) 전달되기 때문에 STS-1의 전송속도는 8000 frames/sec*810 bytes/frame*8bits/byte=51.84Mbps

   - SONET이 Gigabit급 이상의 전송속도를 가지기 위해서는 이와 같은 프레임들이 커다란 하나의 프레임으로 다중화되어야 한다

   - 다중화는 STS-1 프레임 단위로 이루어지고 다중화된 프레임은 STS-3, STS-12등과 같이 다중화에 포함된 STS-1 프레임의 수로 표시한다. 

  2) SDH

    - SONET을 기초로 한 세계적인 동기식 전송 방식

    - 프레임(125㎲ 단위) 구조는 270byte*9행으로 이루어져 있으며 전송속도는 8000frames/sec*2430bytes/frame*8bits/byte=155.52Mbps이다

https://nets.ucar.edu/nets/presentations/sonet/sonet-13.html

   - SOH(Section Overhead): STM-n 신호가 구성될 마지막 단계에 삽입, 재생기, 다중화기 구간에서 삽입, 추출

   - RSOH(재생기구간 오버헤드): 프레임 정렬, 오류감시

   - MSOH(다중화기구간 오버헤드): 오류감시, 구간 APS(자동보호절체)

   - AU Pointer: AU로 정렬할 때 추가하는 포인터(TU 또는 AU 프레임 내에 VC가 시작되는 주소 지정)

   - POH(Path Overhead): VC 신호가 구성될 때마다 삽입, 해당 VC가 조성되는 점과 해체되는 점 사이의 Ene-to-End 통신을 위해 사용

   - STM-1 payload capacity:9행*260bytes = 149.760Mbps

  3) 동기식 다중화 구조

     - 동기식 신호를 구성하는 단위들은 아래와 같다. 
       (1) C(Container) : 동기식 다중화 구조를 구성하는 기본신호 단위로 Palyload에 들어갈 최소 정보단위이다.
           PHD신호를 수용하기 위한 콘테이너는 C11, C12, C2, C3, C4가 있고 ATM Cell들은 C4에 매핑된 후  동기식 다중화된다. 
       (2) VC(Virtual container) : POH와 Payload로 구성된다. VC1, VC2는 저위 VC이고 VC3, VC4는 고위 VC이다. 
       (3) TU(Tributary Unit) : 저위 VC를 고위 VC로 다중화할 때 사용하며 Payload 와 TU포인터로 구성된다.  
       (4) TUG : TU 한 개 이상 결합한 것으로 Byte Interleaving방식으로 다중화한다. Interleaving이란 brusty한 에러를 분산시켜 robust한다. 
       (5) AU(Administrative Unit) : 고차 VC를 전송하는 단위로 Payload와 AU Pointer로 구성된다.  
       (6) AUG : AU 신호들이 한 개 이상 결합한것  
       (7) STM-n : 동기식 다중화 구조의 최종신호 단위로서 실제 동기식 전송망에 전송되는 신호이다. STM-n은 AUG를 n개 바이트 교직 다중화(BIM) 시킨 후 SOH를 더하여 만들어진다.  

 각종 계위 신호들은 STM-n 신호로 다중화 시키는 과정을 동기식 다중화라고 하며, C, VC로의 매핑, TU, AU로의 정열, TUG AUG로의 다중화, 포인터 처리를 통하여 이루어진다. 
       (1) 매핑(Mapping) :  PDH계 Data를 해당 VC에 싣는 과정으로 비동기식 신호를 동기식 구조로 맞추는 일이다.  
       (2) 정렬(Aligning) : 프레임 어긋남(Frame Offset)에 관한 정보를 반영하면서 VC를 TU 또는 AU에 싣는 과정 
       (3) 포인터 처리 : VC를 TU 또는 AU에 정렬시키면서 프레임 어슷남 정보를 포인터에 기록하는 것 
       (4) 다중화 : TU가 TUG로, AU가 AUG로 적응되는 과정

  - A conceptual diagram of the STM-1 frame can be seen below. This diagram shows how a Container-4 maps into a Virtual Container-4 and how a VC-4 subsequently maps into an Administrative Unit-4 and then into an STM-1 frame 

      http://www.ece.uvic.ca/~elec499/2001a/group04/sdh_brief_overview.html

  5. PDH, SONET, SDH의 비교

     - SDH는 기존의 북미시과 유럽식의 디지털 계위를 대부분 수용해서 STM-n 신호로 디지털 계위의 통합이 이루어졌다

     - one step multiplexing과 Overhead의 체계적 활용으로 통신망의 운용관리 및 유지보수 업무를 원활하게 수행 가능

     - Pointer를 몇 차례 삽입하여 범세계적인 통신망의 동기화를 꾀했다

1. 개요

2. 표본화

3. 표본화 정리

4. 양자화

5. 양자화 잡음비 개선 방법

6. 양자화 방식의 종류

7. 부호화

1. 개요

 - PCM(Pulse Code Modulation)은 음성파형을 최고 주파수의 2배 이상의 속도로 표본화하고, 표본값의 진폭을 양자화 과정을 거쳐 이산적인 양자화 레벨에 가장 가까운 레벨로 근사화 시킨 후 8개 비트로 부호화하는 과정

Analogue signal →  LPF → Sampling → 압축기 → 양자화 → 부호화 → 재생중계기 → 복호화 → 신장기 → 여파기 → Analogue signal

2. 표본화

   - 연속 신호를 일련의 표본(이산 시간 신호)으로 바꾸는 과정

3. 표본화 정리

  - 원 신호의 최대주파수가 fm일 때, 2fm 이상으로 표본화(fs)하여 송신하면 수신측에서 표본 추출된 신호로부터 원신호를 정확하게 재생이 가능  

     (c) fs = 2fm

     (d) fs < 2fm  : Aliasing 발생, 원신호 복구 불가

 4. 양자화

 - 연속적인 진폭값을 유한한 수의 진폭값에 대응, 즉 연속적으로 변화하는 어떤 값을 불연속적인 대표값으로 나타내는 값

 - 이 과정에서 양자화된 파형과 원파형의 오차가 발생되는데 이 오차를 양자화 잡음이라고 함

    양자화 잡음= Q(양자화 파형)-S(원파형), PCM의 주된 잡음 

 - 양자화 스텝사이즈가 작으면 작을수록 양자화 잡음은 줄어들게 되지만 입력신호 전 범위를 양자화하는데 필요한 스텝수가 많아지게 되므로 부호화 비트수가 많아지게 된다.

 - 양자화 레벨 M=2^n(n: bit 수)

 - 양자화 잡음 전력 N=∇^2/12(∇: 양자화 스텝폭)

 - 양자화 잡음비 S/N=6n+1.8[dB](n: bit 수)

    1bit 증가할 때 6[dB] 증가, '6dB 법칙'

5. 양자화 잡음비 개선 방법

 - Oversampling(Sampling 주파수를 Nyquist율보다 높여서 양자화 한다)

 - 양자화 스텝수 M을 증가시킨다. 다시 말하여 스텝사이즈를 줄인다.(스텝수를 2배할 때마다 S/N비는 6dB 개선)

 - 비선형 양자화를 행한다.

   (입력 신호 레벨이 작을 때는 양자화 스텝 사이즈를 작게, 입력 신호 레벨이 클 때는 양자화 스텝 사이지를 크게 하는 방식)

 - 압신방식(진폭이 적은 곳은 신장, 진폭이 큰 곳은 압축)을 사용함으로써 비선형 양자화와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 

 * Oversampling의 효과

   가. 개요

      - Oversampling이란 Nyquist 주파수(fs=2fm)보다 훨씬 높은 주파수로 표본화하는 것을 말하며 이미 Sampling된 신호를 다시 Sampling 하는 것

         [실례]

          가령 CD의 경우 44.1kHz, DVD의 경우 48kHz로 샘플링되어 있는데 이것을 재생할 경우 sampling이 clock 신호를 제거하기 위해 출력단에 아날로그 LPF가 필요함

          하지만 fs/2가 되는 주파수에서(가령 44.1kHz의 경우 22.05kHz)에서 샤프한 LPF를 구성하는 것은 상당히 높은 차수의 필터가 요구됨

          그래서 44.1kHz로 된 신호의 중간에 두 샘플링 신호의 평균값이 되는 신호를 넣어주면 원신호에 대해 2배의 sampling rate가 됨

     - Oversampling은 오차를 없애기 위해 표본화를 할 때 아나로그 파형의 최고 주파수로 표본화하지 않고  일반적으로 2.56배 정도로 표본화함

  나. Oversampling의 효과

     - 양자화 잡음 경감

     - 표본화된 PAM 신호의 간격이 넓어 완만한 차단 특성을 갖는 필터 사용이 가능해지므로 필터 구현이 용이

     - 2배의 주파수로 Oversampling하면 양자화 잡음의 스펙트럼이 2배로 넓게 퍼져서 양자화 신호대 잡음비가 3dB 개선

       S/N=6n+1.8+10logd[dB](n: bit 수, d:oversampling 계수)

6. 양자화 방식의 종류

 6.1 선형 양자화

     - 입력 신호 레벨에 관계없이 동일한 스텝 사이즈로 양자화

 6.2 비선형 양자화

     - 작은 신호 레벨은 작은 스텝 사이즈로, 큰 신호 레벨은 큰 스텝 사이즈로 양자화

 6.3 적응 양자화

     - 입력 신호의 기울기에 따라 양자화 스텝사이즈의 크기를 증가 또는 감소시키는 방식

     - ADM, ADPCM에 적용

     - S/N 양호해지나 시스템 구성 복잡

 6.4 Dither 장비

     - 양자화 간격의 1/3보다 작은 백색잡음을 삽입하여 양자화 왜곡을 경감시키는 기술

[참고] 

 디더링이란?

     양자화가 진행되는 동안 시간 도메인에서 충분히 빠른 속도로 샘플링하면 웨이브폼 정보를 거의 완벽하게 보존할 수 있을 것입니다. 진폭 도메인에서 디더링을 통해 웨이브폼 정보의 대부분을 보존할 수 있습니다.

http://www.ni.com/white-paper/3016/ko/

1.개요

2. 고효율 PCM

3. DPCM

 3.1 개요

 3.2 DPCM의 구성도

4. DM(Deltal Modulation, 델타변조)

  4.1 개요

  4.2 DM 구성도 및 파형

  4.3 특징

5. Adaptive DPCM, DM

6. 상호비교

1. 개요

  - 아날로그 신호를 표본화, 양자화, 부호화하여 디지털 데이터로 변환하는 것을 PCM(Pulse Code Modulation)이라고 함

  - PCM은 64kbps 속도로 광대역성을 가짐

  - PCM 신호 전송 시 전송 효율을 높이기 위해 DPCM, DM을 사용함

2. 고효율 PCM

  - DPCM, DM, ADPCM, ADM

  - bps=fs*n, n을 낮추므로써 전송 용량을 낮추고자 함

  - sample 당 비트수: PCM(8bits)

                               DPCM(4bits)----->ADPCM

                               DM(1bit)----->ADM

3. DPCM

 3.1 개요

  - DPCM은 실제 표본값과 예측된 표본값의 차이만을 부호화하여 정보량을 감소시킴

  - 차만을 양자화하기 때문에 양자화 Step가 줄어들어 정보량이 줄어듬

  - 음성과 영상신호는 데이터간 상관성이 높아 DPCM 적용 시 효율적인 특성 결과를 얻게 됨

  - DPCM의 성능 개선을 위해 적응형 양자화기와 적응형 예측기를 사용한 ADPCM이 사용됨

 3.2 DPCM의 구성도

<참조> http://linecard.tistory.com/24

4. DM(Deltal Modulation, 델타변조)

  4.1 개요

  - 순시 진폭값과 예측값과의 차이를 1bit 부호화로 처리하여 정보전송량을 크게 줄임

  - 차분신호 ∇t가 단지 1비트로 부호화되는 가장 간단한 DPCM 형태임

  - DM은 현재의 표본값에서 이전 표본값을 뺀 차동신호가 (+)이며 '1'로 (-)이면 '0'으로 부화화하는 방 식

  - 1bit 양자화기를 사용하기 때문에 양자화 잡음을 줄이기 위해 Oversampling 한다

    (음성의 경우 DPCM fs=8kHz, DM fs=16kHz)

  4.2 DM 구성도 및 파형

  - DM 구성도는 DPCM과 동일(단지 DM에서는 1bit 양자화기, DPCM에서는 4bit 양자화기)

  - 델타 변조기의 파형

     아날로그 파형이 급격하게 변하는 경우 그 변화를 추적할 수 없을 때 경사 과부하 잡음(Slope Overload Noise)

                             완만하게 변화할 경우 입상(Granular) 잡음이 발생

  4.3 특징

    -  델타 변조는 정보량을 상당히 줄일 수 있고(많은 정보를 압축), 회로구성이 간단하여 신뢰성이 높음

    - 전송 중의 에러에 대단히 강하여 BER이 10^-1~10^-2 정도로 저하되어도 음성통신 가능

5. Adaptive DPCM, DM

  - DPCM, DM 방식의 성능을 개선하기 위해 적응형 양자화기와 적응형 예측기를 사용하는 고효율 PCM 방식

  - 입력신호의 기울기가 커지면, 양자화 Step Size 증가시킨다(경사 과부하 잡음 감소)

  - 입력신호의 기울기가 작아지면, 양자화 Step Size 감소시킨다(입상 잡음 감소)

6. 상호비교