보호 구간
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1. 개요
보호 구간은 디지털 통신 시스템에서 데이터 손실을 방지하고 간섭을 줄이기 위해 사용되는 기술이다. OFDM(직교 주파수 분할 다중화)에서 각 심볼의 시작 부분에 추가되어 에코를 처리하며, TDMA(시 분할 다중 접속)에서는 타임슬롯의 끝에 위치하여 데이터 손실을 막고 다른 사용자의 타임슬롯을 보호한다. 보호 구간의 길이는 채널 효율성과 보호 기능 간의 균형을 이루며, DVB-T, IEEE 802.11, ISDB-T와 같은 다양한 통신 시스템에서 활용된다.
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| 보호 구간 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 신호 간섭 완화 기술 |
| 다른 이름 | 보호 시간 (Guard time) |
| 기술적 세부 사항 | |
| 역할 | 다중 경로 페이딩(Multipath fading) 및 시간 지연 확산(Time Delay Spread)에 의한 ISI (Inter-Symbol Interference) 방지 OFDM 시스템에서 중요한 역할 |
| 사용 예 | 지상파 디지털 TV 방송 무선 LAN (IEEE 802.11a) |
| 원리 | |
| 작동 방식 | 각 OFDM 심볼 앞에 추가되는 특정 시간 간격 심볼의 유효 구간을 확장하여 이전 심볼에서 오는 간섭을 흡수 |
| 길이 | 일반적으로 유효 심볼 기간의 일정 비율 (예: 1/4, 1/8, 1/16, 1/32) 다중 경로 지연 확산의 예상 최대값을 초과하도록 설계 |
| 삽입 방법 | 순환 접두사(Cyclic Prefix) 사용: 심볼의 끝 부분을 복사하여 가드 인터벌에 삽입 |
| 장단점 | |
| 장점 | ISI 감소 시스템 성능 향상 |
| 단점 | 전송 효율 감소 (가드 인터벌 동안에는 유용한 정보 전송 불가) 가드 인터벌이 너무 길면 오버헤드 증가 |
| 관련 기술 | |
| 관련 기술 | OFDM |
2. 디지털 통신 시스템에서의 활용
보호 구간은 다양한 디지털 통신 시스템에서 활용된다. 보호 구간은 채널의 지연 확산보다 약간 길게 설정하는 것이 이상적이다.[1]
| 시스템 | 설명 |
|---|---|
| D-AMPS | 북미를 중심으로 사용되는 2세대 이동 통신 |
| DVB-T | 유럽 및 오세아니아를 중심으로 사용되는 지상파 디지털 텔레비전 방송 |
| IEEE 802.11 | 무선 LAN 규격 중 하나 |
| ISDB-T | 일본 및 남미를 중심으로 사용되는 지상파 디지털 텔레비전 방송 |
2. 1. 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM)
OFDM에서 각 심볼의 시작 부분에는 보호 구간이 앞에 온다. 에코가 이 구간 내에 있으면 데이터는 보호 구간 외부에서만 해석되므로 수신기가 실제 데이터를 안전하게 디코딩하는 데 영향을 미치지 않는다.[1]보호 구간이 길어지면 더 먼 거리의 에코를 허용할 수 있지만 채널 효율성이 감소한다. 예를 들어, DVB-T에서 보호 구간은 심볼 기간의 1/32, 1/16, 1/8 또는 1/4로 사용할 수 있다. 가장 짧은 간격(1/32)은 가장 낮은 보호 기능을 제공하고 가장 높은 데이터 속도를 제공하며, 가장 긴 간격(1/4)은 가장 높은 보호 기능을 제공하지만 가장 낮은 데이터 속도를 제공한다. 이상적으로 보호 구간은 채널의 지연 확산 바로 위로 설정된다.[1]
2. 2. 시 분할 다중 접속 (TDMA)
TDMA에서 각 사용자의 타임슬롯은 보호 구간으로 끝나며, 동일한 타임슬롯 내에서 데이터 손실을 방지하고 전파 지연으로 인해 발생하는 간섭으로부터 다음 사용자의 타임슬롯을 보호한다. GSM과 같은 TDMA 시스템 사양에서는 보호 기간이 타임슬롯의 끝에 위치하도록 정의된다.보호 기간이 길어지면 더 먼 거리의 에코를 허용할 수 있지만 채널 효율성이 감소한다. 예를 들어, DVB-T에서 보호 구간은 심볼 기간의 1/32, 1/16, 1/8 또는 1/4로 사용할 수 있다. 가장 짧은 간격(1/32)은 가장 낮은 보호 기능을 제공하고 가장 높은 데이터 속도를 제공하며, 가장 긴 간격(1/4)은 가장 높은 보호 기능을 제공하지만 가장 낮은 데이터 속도를 제공한다.
2. 3. 보호 구간의 길이와 채널 효율성
OFDM에서 각 심볼의 시작 부분에는 보호 구간이 있다. 에코가 이 구간 내에 있으면, 데이터는 보호 구간 외부에서만 해석되므로 수신기가 실제 데이터를 안전하게 디코딩하는 능력에 영향을 미치지 않는다.TDMA에서 각 사용자의 타임슬롯은 보호 구간으로 "끝"난다. 따라서 보호 구간은 동일한 타임슬롯 내에서 데이터 손실을 방지하고, 전파 지연으로 인해 발생하는 간섭으로부터 다음 사용자의 타임슬롯을 보호한다. TDMA 타임슬롯이 OFDM과 마찬가지로 보호 구간으로 시작한다고 잘못 생각하는 경우가 많다. 그러나 GSM과 같은 TDMA 시스템의 사양에서는 보호 기간이 타임슬롯의 끝에 위치하도록 정의된다.[1]
보호 기간이 길어지면 더 먼 거리의 에코를 허용할 수 있지만 채널 효율성이 감소한다. 예를 들어, DVB-T에서 보호 구간은 심볼 기간의 1/32, 1/16, 1/8 또는 1/4로 사용할 수 있다. 가장 짧은 간격(1/32)은 가장 낮은 보호 기능을 제공하고 가장 높은 데이터 속도를 제공하며, 가장 긴 간격(1/4)은 가장 높은 보호 기능을 제공하지만 가장 낮은 데이터 속도를 제공한다. 이상적으로, 보호 구간은 채널의 지연 확산 바로 위로 설정된다.[2]
3. 802.11 보호 구간
IEEE 802.11 OFDM에서 사용되는 표준 심볼 보호 구간은 0.8μs이다. 데이터 속도를 높이기 위해 802.11n은 선택적으로 0.4μs 보호 구간을 지원한다. 이는 데이터 속도를 11% 향상시킨다. 커버리지 영역을 늘리기 위해 IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)는 선택적으로 0.8μs, 1.6μs, 3.2μs 보호 구간을 지원한다.
보호 구간이 짧아지면 채널의 지연 확산이 보호 구간을 초과하거나 송신기와 수신기 간의 타이밍 동기화가 정확하지 않을 때 패킷 오류율이 높아진다. 특정 링크에 짧은 보호 구간이 유용한지 판단하는 계획을 개발할 수 있다. 복잡성을 줄이기 위해 제조업체는 일반적으로 장치가 최고 데이터 속도로 실행될 때 최종 속도 적응 단계로만 짧은 보호 구간을 구현한다.[1]
4. 통신 시스템 예시
OFDM에서 각 심볼의 시작 부분에는 보호 구간이 앞에 온다. 에코가 이 구간 내에 있으면 데이터는 보호 구간 외부에서만 해석되므로 수신기가 실제 데이터를 안전하게 디코딩할 수 있다.
TDMA에서 각 사용자의 타임슬롯은 보호 구간으로 "끝"난다. 따라서 보호 구간은 동일한 타임슬롯 내에서 데이터 손실을 방지하고, 전파 지연으로 인해 발생하는 간섭으로부터 다음 사용자의 타임슬롯을 보호한다. TDMA 타임슬롯이 OFDM과 마찬가지로 보호 구간으로 시작한다고 잘못 생각하는 경우가 많지만, GSM과 같은 TDMA 시스템의 사양에서는 보호 기간이 타임슬롯의 끝에 위치하도록 정의된다.
보호 기간이 길어지면 더 먼 거리의 에코를 허용할 수 있지만 채널 효율성이 감소한다. 이상적으로 보호 구간은 채널의 지연 확산 바로 위로 설정된다.[1]
- D-AMPS
- DVB-T
- IEEE 802.11
- ISDB-T
4. 1. D-AMPS
D-AMPS는 북미를 중심으로 사용되는 2세대 이동 통신 시스템이다.[1]4. 2. DVB-T
DVB-T는 유럽 및 오세아니아를 중심으로 사용되는 지상파 디지털 텔레비전 방송이다. DVB-T에서 보호 구간은 심볼 기간의 1/32, 1/16, 1/8 또는 1/4로 사용할 수 있다. 가장 짧은 간격(1/32)은 가장 낮은 보호 기능을 제공하고 가장 높은 데이터 속도를 제공하며, 가장 긴 간격(1/4)은 가장 높은 보호 기능을 제공하지만 가장 낮은 데이터 속도를 제공한다.[1]4. 3. IEEE 802.11
IEEE 802.11 OFDM에서 사용되는 표준 심볼 보호 구간은 0.8 μs이다. 데이터 속도를 높이기 위해 802.11n은 선택적으로 0.4 μs 보호 구간을 지원하도록 추가되었으며, 이는 데이터 속도를 11% 향상시킨다. 커버리지 영역을 늘리기 위해 IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)는 선택적으로 0.8 μs, 1.6 μs 및 3.2 μs 보호 구간을 지원한다.보호 구간이 짧아지면 채널의 지연 확산이 보호 구간을 초과하거나 송신기와 수신기 간의 타이밍 동기화가 정확하지 않을 때 패킷 오류율이 높아진다. 특정 링크에 짧은 보호 구간이 유용한지 판단하는 계획을 개발할 수 있다. 복잡성을 줄이기 위해 제조업체는 일반적으로 장치가 최고 데이터 속도로 실행될 때 최종 속도 적응 단계로만 짧은 보호 구간을 구현한다.[1]
4. 4. ISDB-T
ISDB-T는 일본 및 남미를 중심으로 사용되는 지상파 디지털 텔레비전 방송 방식이다.참조
[1]
서적
Next Generation Wireless LANs
Cambridge University Press
2008
[2]
문서
[3]
웹사이트
地上デジタルテレビジョン放送の伝送方式
http://www.arib.or.j[...]
電波産業会
2011-06-25
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