정보통신의 기초지식

◉ 전송의 대용량화를 위한 다중화 방법

1. 다중화(Multiplex)란 무엇인가?

음성 신호를 전기 신호로 바꿔서 전선을 통해 상대방과 연결하는 것이 통신인데, 한 가닥의 전선으로 두 사람만이 통화할 수 있다면 매우 비효율적이다. 예를 들면, 서울-부산 간을 같은 시간에 만 명이 통화하려면 1만 회선의 전선로가 필요하게 된다. 그러나 한 가닥의 전선으로 많은 사람이 통화할 수 있게 한 것이 다중화이다.

이와 같은 다중화 기술의 발전은 한 개의 전송로로 많은 양의 음성 전류를 전송하게 함으로써 전송로를 설치하는 데 드는 경비를 줄일 수 있게 하였다.

2. 아날로그 전송에 있어서 주파수 분할 다중

아날로그 전송에서 채용된 다중화 기술이 주파수 분할 다중방식(FDM: Frequency Division Multiplexing)이며, 이는 전화 회선을 다중화하기 위해 개발된 기술이다. 이 기술은 4kHz 주파수 대역을 가지는 음성 회선 한 가닥을 다른 가닥과 합쳐 꼬아 끈을 만들고, 이 끈을 다시 다른 다른 가닥과 합쳐 꼬는 방식으로 더 굵은 줄을 만드는 방식이다. 따라서 한 가닥의 밧줄 속에는 수백 내지 수천의 음성 회선을 만드는 것이 가능한데, 이 기술이 다중화 기술이다.

전화에서의 주파수 다중에 대하여 좀 더 구체적으로 말하면, 인간의 목소리는 사람에 따라서 고저에 차이가 있으나 전기 신호로 나타내면 거의 300Hz에 서 3.4kHz 대의 주파수이기 때문에 1회선 당 4kHz 대역을 필요로 한다. 따라서 같은 신호를 한 가닥의 선에 실으면 서로 충돌하기 때문에 각각의 음성을 회선 별로 다른 주파수로 변경하여 전송하고, 이를 받는 측에서 원래의 주파수로 되돌리는 방법을 사용한다. 주파수 변경은 진폭 변조를 사용하고 있다.

반송 주파수에 의해서 각기 다르게 변조된 신호는 전송로의 위에 나란히 높더라도 서로 간섭 됨이 없이 <그림 3>과 같이 세 개 전화 회선을 각각 12, 16, 20kHz 반송파에 의하여 다중화되는 것이다.

실제로는 12회선 분이 군(group)으로 다중화되고, 이 군이 5개로 다중화되어 초군(SG: Super Group)을, 초군이 다시 5개로 다중화되어 주군(MG: Master Group)으로, 주군이 다시 3개로 다중화되어 SMG(Super Master Group)로, SMG가 다시 4개로 다중화된 것이 JG(Jumbo Group)인데, 이러한 복수의 공정을 거쳐 다수 회선으로 다중화된 음성이 한 번에 전송되는 것이다.

<그림 3> 3개 전화 회선의 다중화　

3. 디지털 전송에 있어서 시분할 다중

시분할 다중(TDM: Time Division Multiplexing)이란 여러 회선으로부터 받은 디지털 신호를 한 가닥의 전송로 위에 조금씩 간격을 두고 싣는 방식이다. <그림 4>는 이 원리를 나타낸 것이며, 로터리 스위치 S1이 일정한 주기로 회전하면서 4대의 송신 단말기의 디지털 정보를 순서대로 전송로에 송신하므로 시분할 다중이 이루어진다.

<그림 4> 시분할 다중의 원리

한편, 수신측의 로터리 스위치 S2는 송신측 S1과 같은 위상과 주기로 회전하면서 각각 4대의 수신 단말기에 디지털 정보를 건네는데, 이러한 로터리 스위치에 해당하는 작용을 하는 것이 시분할 다중화 장치이다.

<표 1> 아날로그 계층화

명칭	약칭(약어명)	주파수대역(대역폭)	채널수
통화로 군 초 군 주 군 초주군 거 군	CH(channel) G(group) SG(super group) MG(master group) SMG(super master group) JG(jumbo group)	0.3 ~ 3.4kHz(3.1kHz) 60 ~ 108kHz(48kHz) 312 ~ 552kHz(240kHz) 812 ~ 2,004kHz(1,232kHz) 8,516 ~ 12,388kHz(3,872kHz) 42,612kHz ~ 59,684kHz(17,072kHz)	1 12 60 300 900 3,600

시분할 다중 기술은 본래 주파수 분할다중과 마찬가지로 한 가닥의 전송로에 많은 디지털 회선을 만들고, PCM화된 음성 정보를 전송하기 위해 개발된 기술이다. 로터리 스위치 회전 주기가 음성의 표본화 주기(1/8000Hz=125마이크로 초)로 되어 있는 다중화 기법을 PCM 다중 혹은 PCM 전송 방식이라 부른다.

로터리 스위치가 1회전하는 사이에 송신되는 데이터 모임을 프레임이라 하는데, 1프레임은 음성의 통신 회선이 되는 24개의 채널과 프레임 동기를 취하는 1비트를 포함시킨 193비트로 구성된다. 1프레임의 길이는 125마이크로초이므로 PCM 1차군의 전송 속도는 다음과 같다.

193비트*8*10³=1.544메가비트/초

4. 디지털 계층(Hierarchy)의 구성

다중 전송을 하기 위해서는 필요한 수의 회선을 모아 다중화해야 한다. 이때 한꺼번에 다중화하는 것이 아니라 체계적이고 단계적으로 다중화하여 최종적으로 큰 다중화를 얻도록 하는데, 이러한 다중화 단계를 망계층(Hierarchy) 또는 다중화 계층이라 한다.

<그림 5> 현재의 디지털 계층(다중화)

디지털 망계층의 국제 표준은 <그림 5>와 같이 유럽.북미.일본 방식인 3계열로 되어 있으며, 기준은 모두 64kbps이다. 우리나라는 유럽 방식을 따르고있으며, 기준 채널(64kbps) 30채널을 다중화한 것을 1차군, 1차군을 4 시스템으로 다중화하여 120채널로 한 것을 2차군 등 순차적으로 3~5배씩 쌓아 올리는 구조로 되어 있다.

이와 같이 세계적으로 3개의 디지털 계층 표준이 만들어져 시행되자 불편을 느끼게 되어 높은 쪽 군에서 이를 통일해 일체화된 동기 디지털 계층을 만들었다. 이는 ISDN에 맞는 네트워크 전체가 동기화 된 것을 전제로 하는 동기다중화를 기초로 하였으며, 특히 B-ISDN을 의식해서 만들었기 때문에 155.52M비트/초가 기본으로 되어 있다.

<그림 6> 주파수 분할 다중화와 시분할 다중화

※ 출처 - http://www.bazi.pe.kr/