Multiplexing

Multiplexing 다중화

• 하나의 물리적 라인이 다수개의 링크를 제공
• 여러 개의 source and destination 쌍이 하나의 물리적 링크를 공유
• 물리적 링크의 용량이 충분히 크고 이것을 n개의 source and destination에 공유
• FDM, TDM, STDM

Frequency Division multiplexing

• 주파수 대역을 나눈 것
• sub carrier frequency 서브 반송 주파수
• 시간축
• 시간을 연속적으로 사용
• transmitter에서 input이 subcarrier에 의해 modulation 한 후 합함
  • 사용되는 주파수가 다르므로 영향을 미치지 않음
• receiver에서 bandpass filter를 사용하여 측정한 대역만 출력한 후 반송주파수 사용하여 각각 디모듈레이션

Analog Carrier Systems

• AT&T : 미국
• ITU-T : 국제
• Group : 12개의 음성 채널 48kHz, 60~108kHz
• Supergroup : 5개의 그룹, 60개의 음성채널, 240kHz, 312~552kHz
• Mastergroup : 10개의 슈퍼그룹, 600개의 음성채널, 2400kHz
  • ITU-T는 5개의 슈퍼 그룹

WDM 파장분할다중화

• 주파수가 다른 여러 개의 광선
• 광섬유를 통해 다수개의 파장 전송
  • 160개로 파장 나눌 수 있음
  • 전송 속도 10Gbps
• 하나의 광섬유가 가지는 용량이 매우 큼
  • 수십 Tbps = 10^13bps
• 이용률을 높이기 위해 멀티플렉싱
• 1600Gps
• DWDM(Dense wavelength division multiplexing)
  • 파장을 조밀하게 나누는 것
  • 1 나노미터로 나눔

TDM(Time Division Multiplexing)

• 정해진 시간마다 순서가 할당됨
• 동기화
• Transmitter
  • 버퍼를 이용(메모리)
  • 디지털 데이터가 들어오면 버퍼에 넣음
  • scan operation을 통해 전송
• time slot : 각각의 할당되는 시간
• frame : slot이 모여 하나의 주기가 된 것
• Receiver

TDM Link Control

• 헤더와 트레일러가 필요 없음
• data link control protocols이 필요 없음

Frame

• 동기 맞추기 위해 프레임 앞에 동기 신호가 있음
• 101010

Pulse Stuffing

• 배수관계를 맞추기 위해 의미 없는 비트 삽입

DS-1 Transmission Format

• 동기 비트 1개
• 각각의 타임 슬롯 크기 : 8bit
• 타임 슬롯 개수 : 24
• Frame : 24*8 + 1 = 193bits
• 1초에 8000번 하나의 프레임이 나옴
• 193bits/frame * 8000frame/sec = 193*8000 bit/sec = 1.544Mbps (data rate)
• 1/8000 = 125μsec

SONET/SDH

• Synchronous Optical Network(ANSI)
• Synchronous Digital Heirarchy(ITU-T)
• Optical carrier level 1 (OC-1) 51.84Mbps
  • (9089)bit/Frame * 8000Frame/sec = 989*8000 bit/sec = 51.84Mbps

Statistical TDM

• A만 전송할 것이 있거나 B만 전송할 것이 있을 경우 문제 -> 통계적 TDM
• 타임슬롯의 주인이 없음
• 요구에 의해서 할당
• A가 전송할 데이터가 많으면 A에게 더 많이 할당
• 타임 슬롯의 주인이 시시각각 달라짐
  • 전송할 때 주소가 필요
• 오버헤드(주소 표시)가 있지만 채널을 더 효율적으로 사용 가능
  • 오버헤드 줄이는 방법
    • 상대 주소 사용
    • 가변길이코딩
• 사이즈가 일정할 때는 길이 정보 필요 없음
• 길이가 가변일 때는 길이 정보 필요

Single-server queues with constant service times and poisson (random) arrivals

• λ(도착률) -> buffer queue -> server -> μ(service rate)
• λ : 프로세스가 도착할 확률
• μ : 프로세스가 서비스를 끝내고 나가는 비율
• ρ : load 부하, 0에서 1 사이 값 λ/μ = λ*Ts          1/μ = Ts(service time)
• 통신에서 서버는 채널
• 통신망에서 손님은 frame
• 서버의 이용률
• 서버에 머무르는 customer의 수 -> 많으면 기다리는 시간 길어짐

Cable Modems

Downstream

Upstream

Cable spectrum division

• User to network data(upstream) : 5~40MHz
• Television delivery(downstream) : 50~550MHz
• Network to user data(downstream) : 550~750MHz

Asymmetrical Digital Subscriber line(ADSL)

• Access network : 전화기에서 교환기까지 subscriber line
• 전화선은 tp
• TP를 대상으로 만들어짐
• 비대칭 : downstream과 upstream에 대한 bandwidth가 다름
• Tp의 용량이 충분하지 않으므로 효율적으로 사용하기 위해
• Download가 많음
• Downstream은 크게 upstream은 작게
• Subscriber(전화기)와 network(교환기) 사이의 링크
• Tp를 위한 것
• Downstream이 더 큼
• Frequency Division Multiplexing을 사용
• 기존의 tp는 전화를 위한 것
• 기존 음성 서비스(POTS)에 영향을 미치지 않으면서 데이터 전송해야 함
• 낮은 대역에는 손을 대지 않음 데이터 서비스는 25kHz이상의 대역 사용
  • 이렇게 하기 위해 Echo cancellation, FDM사용
• 거리는 최대 5.5km
• 거리가 멀어질수록 전송속도는 낮아짐
• 거리가 멀수록 노이즈가 많음
• 전송의 퀄리티 낮아짐 -> 에러율 높아짐
• 에러를 줄이기 위해서는 한 비트 에너지를 크게 가져야 함 -> 한 비트 폭을 크게 가져야 함
  • FDM
    • 주파수 대역을 분할
    • 대역이 고정되어 있음
  • Echo cancellation
    • 에코를 제거
    • 가변적

• 장점 : 융통성이 있다.
• 단점 : 받고 싶지 않은 데이터도 받을 수 있음 -> 제거해야 함

DMT(Discrete Multitone)

• 전체대역을 작은 서브대역으로 나눈 것
• 각각의 주파수 대역에 대한 gain이 다 다름
• 신호 퀄리티와 gain이 관련 있음
• 서브 밴드의 품질이 좋은 데는 많은 비트 전송
• 품질 나쁜 데는 적은 비트 전송 (에러비율이 많으므로 속도를 줄임)
• Gain이 클수록 좋음 -> 전송 능력이 좋음
• 서브채널은 4kHz
• 각각의 서브채널을 측정해 보면 SNR이 다름
• Signal to noise rate 클수록 좋음
• 이론적으로 15Mbps 실제로는 1.5~9Mbps

xDSL

• ADSL
  • Asymmetric
  • DMT
• HDSL
  • Symmetric
• SDSL
  • Symmetric
• VDSL
  • Asymmetric
• 서비스하는 거리에 차이가 큼

FDMA

• Frequency-Division Multiple Access 하나의 기지국에 다수개의 station에 서비스
• station마다 다른 주파수를 할당받아서 접근
• 여러 개의 station이 스펙트럼을 공유하는 기술
• Base station이 주파수 할당
• 각각의 station은 다른 주파수 대역을 사용한다.
• 서브 채널이 사용되지 않으면 용량 낭비
• 서브채널과 서브채널 사이에 서로의 간섭을 피하기 위해 guard band가 필요
• 주파수를 나눠서 쓰기 때문에 오버헤드가 상대적으로 작음

TDMA

• Time-division Multiple Access
• 시간을 각각의 station에 할당
• 시간이 주기적으로 돌아옴
• 하나하나의 slot이 하나의 유적에게 할당
• 그 slot이 주기적으로 할당 => 채널
• 한 주기에 해당하는 slot의 모임을 frame
• 하나의 frame은 다수개의 slot으로 구성
• 각각의 slot은 사용자가 다름
• Logical subchannel : 시간들의 모임
• 각각의 서브채널이 station에 할당
• 각각의 station에 대해서 데이터 전송은 연속적이지 않고 burst단위로 일어남
• Guard time필요 정확한 동기가 맞지 않으므로
• Downlink 채널은 경우에 따라 분리된 주파수 대역 사용
• Uplink downlink가 같은 주파수 대역을 사용할 수 있음