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중계기

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목차

1. 개요

중계기는 전기 통신 분야에서 신호를 증폭, 복원하거나 디지털 신호를 재전송하는 장치를 의미한다. 아날로그 중계기는 아날로그 신호를 처리하고, 디지털 중계기는 디지털 신호를 처리하며, 재생기는 디지털 신호의 재타이밍 및 재동기화를 수행한다. 중계기는 OSI 모델의 물리 계층에서 작동하며, 이더넷, 전화, 무선 통신 등 다양한 분야에서 사용된다. 특히 무선 중계기는 통신 범위를 확장하는 데 중요한 역할을 하며, 방송 중계소, 마이크로웨이브 중계, 셀룰러 중계기 등으로 구분된다.

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중계기
지도 정보
기본 정보
유형전자 장치
기능신호 증폭 및 전송
목적신호 도달 범위 확장
용도통신 시스템
네트워크
무선 통신
광섬유 통신
상세 정보
구성 요소수신기
증폭기
송신기
작동 방식수신된 신호를 증폭하여 재전송
전원 공급별도의 전원 필요
양방향 중계기양방향 통신 가능
기술적 측면
주파수특정 주파수 대역에서 작동
증폭률신호 강도 증폭
지연 시간신호 처리 및 전송 시 발생하는 지연
대역폭처리 가능한 주파수 범위
입력 임피던스입력 신호에 대한 저항
출력 임피던스출력 신호에 대한 저항
통신 시스템
이동 통신기지국과 단말기 사이의 신호 중계
무선 LAN무선 신호 도달 범위 확장
위성 통신위성과 지상국 간의 신호 중계
광섬유 통신광 신호 손실 감소
해저 케이블해저 케이블의 신호 중계
기타 정보
이점신호 감쇠 감소, 도달 범위 확장, 통신 품질 향상
주요 형태아날로그 중계기
디지털 중계기
광 중계기
네트워크 환경네트워크 범위 확장 및 효율성 향상
추가 정보
사용 분야방송
데이터 통신
무선 통신
레이더
군사 통신
관련 기술
증폭기신호 강도 증가 장치
변환기신호 형태 변경 장치
주파수 변환기신호 주파수 변경 장치

2. 종류

중계기는 OSI 모델의 물리 계층에서 동작하며, 신호를 증폭하여 도달 범위를 확장한다.

전기 통신 분야에서 중계기는 크게 아날로그 방식과 디지털 방식으로 나뉜다.[10]

컴퓨터 네트워크 분야에서 중계기는 OSI 참조 모델의 물리 계층으로 취급된다. 중계기는 유선 통신의 전기 신호, 광 신호, 무선 신호를 처리한다.

2. 1. 통신 방식에 따른 분류

전기 통신 분야에서 중계기는 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

  • 입력 신호를 아날로그 방식으로 증폭하는 장치
  • 디지털 입력 신호를 증폭, 성형, 재타이밍하여 재전송하는 장치[10]


중계기가 처리하는 신호에는 유선 통신의 전기 신호, 광 신호, 무선 신호가 있다.

2. 2. 신호 처리에 따른 분류

중계기는 처리하는 데이터의 종류에 따라 다음 두 가지 유형으로 나눌 수 있다.

  • '''아날로그 중계기''': 오디오 신호처럼 전압 또는 전류가 신호의 진폭에 비례하는 아날로그 신호 형태로 데이터를 전송하는 채널에서 사용된다. 주파수 분할 다중화(FDM)를 사용하여 여러 신호를 전송하는 트렁크 라인에서도 사용된다. 아날로그 중계기는 선형 증폭기로 구성되며, 회선의 주파수 및 위상 왜곡을 보상하기 위해 전자 필터를 포함할 수 있다.[10]
  • '''디지털 중계기''': 이진 디지털 신호로 데이터를 전송하는 채널에서 사용되며, 데이터는 비트 1과 0을 나타내는 두 가지 값만 가질 수 있는 펄스 형태이다. 디지털 중계기는 신호를 증폭하고, 펄스의 재타이밍, 재동기화 및 재형성을 수행할 수도 있다. 재타이밍 또는 재동기화 기능을 수행하는 중계기를 '''재생기'''라고 부를 수 있다.[10]

2. 3. 이더넷 중계기 (Repeater Hub)

이더넷에서 중계기는 10BASE-2, 10BASE-5, 10BASE-T 시대에 보급된 장비이다. 중계기는 여러 세그먼트 사이에서 전기 신호를 그대로 중계하는 역할을 하며, 데이터 해석이나 교통 정리는 하지 않는다. 따라서 중계기로 연결된 세그먼트는 단일 충돌 도메인을 구성한다.[10]

10BASE-T에서 중계기는 허브(공유 허브) 형태였으며, 한 포트에서 들어온 신호를 증폭하여 다른 모든 포트로 전송하는 기능을 가졌다.

3. 전화 중계기

전화 중계기는 전화선의 전화 신호 도달 거리를 늘리는 데 사용된다.


  • '''육상 중계기'''


주로 장거리 통화를 전달하는 중계선에서 가장 자주 사용된다. 한 쌍의 전선으로 구성된 아날로그 전화선에서, 육상 중계기는 트랜지스터로 만들어진 증폭 회로로 구성되며, 직류 전원으로부터 전력을 사용하여 선로의 교류 오디오 신호의 전력을 증가시킨다. 전화는 이중(양방향) 통신 시스템이기 때문에, 전선 쌍은 각 방향으로 하나씩 두 개의 오디오 신호를 전달한다. 따라서 전화 중계기는 양방향이어야 하며, 피드백을 일으키지 않고 양방향으로 신호를 증폭해야 하므로 설계가 상당히 복잡해진다. 전화 중계기는 최초의 중계기 유형이었으며, 증폭의 최초 응용 사례 중 일부였다. 1900년에서 1915년 사이에 전화 중계기의 개발은 장거리 전화 서비스를 가능하게 했다. 현재 대부분의 통신 케이블은 광 중계기(아래 참조)를 사용하는 광섬유 케이블이다.

전자 증폭기의 발명 이전에는 기계적으로 결합된 탄소 마이크로폰이 전화 중계기의 증폭기로 사용되었다. 20세기 초에 음극 저항 수은 램프가 증폭될 수 있다는 사실이 밝혀졌고, 이것들이 사용되었다.[3] 1916년경 오디오 진공관 중계기의 발명은 대륙 횡단 전화 통화를 실용적으로 만들었다. 1930년대에는 하이브리드 코일을 사용하는 진공관 중계기가 일반화되어 더 가는 전선을 사용할 수 있게 되었다. 1950년대에는 음(-)임피던스 이득 장치가 더 인기를 얻었고, E6 중계기라는 트랜지스터 버전이 디지털 전송의 저렴한 비용으로 모든 음성대역 중계기가 구식이 되기 전에 벨 시스템에서 사용된 마지막 주요 유형이었다. 주파수 호핑 중계기는 20세기 중반부터 후반까지 주파수 분할 다중화 시스템에서 일반적이었다.

  • '''해저 케이블 중계기'''


해저 케이블 중계기는 수중 해저 통신 케이블에 사용되는 전화 중계기의 한 유형이다.

4. 무선 중계기

무선 중계기는 무선 신호의 수신 범위를 확장하는 데 사용된다. 1899년 에밀 구아리니-포레시오(Emile Guarini-Foresio)가 실제로 작동하는 최초의 무선 중계기 시스템을 발명했다.[2]

무선 중계기는 일반적으로 무선 수신기와 무선 송신기가 연결되어 구성된다. 수신된 신호는 증폭되어 다른 주파수로 재전송되어 장애물 너머까지 수신 범위를 확장한다. 듀플렉서를 사용하면 중계기가 동시에 수신과 송신을 위해 하나의 안테나를 사용할 수 있다.

무선 중계기의 종류는 다음과 같다.

종류설명
방송 중계소, 재방송국, 변환기라디오 또는 텔레비전 방송국의 수신 범위를 확장하는 데 사용되는 중계기이다. 2차 라디오 또는 텔레비전 송신기로 구성되며, 주 송신기의 신호는 종종 임대 전화선이나 마이크로웨이브 중계를 통해 전달된다.
마이크로웨이브 중계특수한 점대점 통신 링크이다. 시선 거리 내에 있는 다른 중계소로부터 마이크로웨이브 빔을 통해 정보를 수신하는 마이크로웨이브 수신기와, 다른 마이크로웨이브 빔을 통해 다음 중계소로 정보를 전달하는 마이크로웨이브 송신기로 구성된다. 마이크로웨이브 중계소 네트워크는 전화 통화, 텔레비전 프로그램 및 컴퓨터 데이터를 대륙 규모의 지역에 걸쳐 한 도시에서 다른 도시로 전송한다.
수동 중계기신호를 증폭할 필요가 없을 때 마이크로웨이브 빔을 다른 방향으로 반사하는 평평한 금속 표면으로 구성된 마이크로웨이브 중계기이다. 언덕이나 산을 넘어 마이크로웨이브 중계 신호를 전달하는 데 사용된다.
셀룰러 중계기제한된 지역에서 휴대 전화 수신을 증폭하는 무선 중계기이다. 이 장치는 가장 가까운 기지국으로부터 신호를 수신하는 지향성 안테나, 증폭기 및 근처 휴대 전화로 신호를 재전송하는 로컬 안테나를 갖춘 소형 셀룰러 기지국과 같이 작동하며, 종종 도심 사무실 건물에서 사용된다.
디지피터(Digipeater)패킷 라디오 네트워크의 중계 노드이다. 저장 및 전달 기능을 수행하여 한 노드에서 다른 노드로 정보 패킷을 전달한다.
아마추어 무선 중계기아마추어 무선 운영자가 VHF 및 UHF에서 지점 간으로는 어려운 지역에서 쌍방향 통신을 가능하게 하는 데 사용한다. 이러한 중계기는 개별 운영자 또는 클럽에서 설치 및 유지 관리하며, 일반적으로 라이선스를 받은 모든 아마추어가 사용할 수 있다. 언덕이나 산 정상은 중계기를 설치하는 데 적합한 위치이며, 광범위한 지역에서 사용성을 극대화할 수 있다.



무선 중계기는 일반적으로 시선 전파를 사용하는 시스템에서 통신 범위를 개선한다. 중계기가 없으면 이러한 시스템은 지구의 곡률과 지형이나 높은 건물의 차단 효과로 인해 범위가 제한된다. 언덕이나 높은 건물에 있는 중계기는 서로의 시선 범위를 벗어난 국이 안정적으로 통신할 수 있도록 한다.[5]

무선 중계기는 또한 한 세트의 무선 주파수에서 다른 세트의 무선 주파수로 변환할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 다른 공공 서비스 기관(예: 도시의 경찰 및 소방 서비스 또는 인접한 경찰서)이 상호 운용할 수 있도록 한다. 또한 공중 전화망[6][7] 또는 위성 네트워크(BGAN, INMARSAT, MSAT)에 링크를 제공하여 소스에서 대상까지의 대체 경로를 제공할 수 있다.[8]

일반적으로 중계소는 주파수 A에서 수신하고 주파수 B에서 송신한다. 모든 이동국은 채널 B에서 신호를 수신하고 채널 A에서 송신한다. 종종 중계소는 송신과 수신에 동일한 안테나를 사용하며, "듀플렉서"라고 하는 고선택 필터를 사용하여 미약한 수신 신호를 수십억 배 더 강력한 송신 신호와 분리한다.

중계기 시스템의 휴대용 장치에는 단일 채널에서 직접 이동국 간 작동을 허용하는 "통화 채널"이 제공될 수 있다. "통화 채널"은 중계기 출력 주파수일 수 있으며, 중계기는 출력 주파수의 신호를 재전송하지 않는다.[9]

참조

[1] 서적 A Hand-book of the Electro-Magnetic Telegraph https://archive.org/[...] D. Van Nostrand
[2] 논문 First Antennas for Relay Stations http://www.slyusar.k[...] 2015-04-24
[3] 서적 Wireless: From Marconi's Black-Box to the Audion https://books.google[...] MIT Press
[4] 간행물 Telegraphie ohne Draht. Eine Studie http://www.slyusar.k[...] 1898-01-16
[5] 웹사이트 Radio Awareness about Communications Systems - HOW DO REPEATER SYSTEMS WORK? http://www.taitradio[...] taitradioacademy.com 2014-10-22
[6] 웹사이트 Radio Interoperability Communications Systems https://basecampconn[...] basecampconnect.com
[7] 웹사이트 Radio Interoperability - TELEPHONE INTERCONNECT https://www.codanrad[...] codanradio.com
[8] 웹사이트 Tactical Voice Communications Solutions for HLD/HLS http://www.c-at.com/[...] c-at.com
[9] 서적 Land mobile radio systems - 2nd ed. Improving and Extending Area Coverage PTR Prentice Hall
[10] 웹사이트 Repeater http://www.standarde[...] Electrical Engineer Standard Dictionary


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