주파수 분할 다중화
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
주파수 분할 다중화(FDM)는 여러 개의 정보 신호를 서로 다른 주파수의 반송파 신호로 변조하여 하나의 통신 채널을 통해 전송하는 기술이다. 각 채널은 겹치지 않는 통과 대역을 가지며, 케이블 텔레비전, 전화 통신망, 라디오 방송 등 다양한 분야에서 활용된다. 20세기 전화 통신망에서 장거리 통신을 위해 사용되었으나, 현대에는 시분할 다중화(TDM)를 사용하는 디지털 전송 방식으로 대체되고 있다. FDM은 스테레오 FM 라디오, 아날로그 TV 방송, DSL 등에서도 사용되며, 여러 사용자가 통신 채널을 공유하는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 기술의 기초가 된다.
더 읽어볼만한 페이지
- 다중화 - 직교 주파수 분할 다중 접속
직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)은 여러 사용자가 동시에 데이터 전송이 가능한 다중 접속 방식으로, 낮은 전송 전력, 짧은 지연 시간, 페이딩 및 간섭에 대한 강인함, 유연한 주파수 대역 적용 등의 특징을 가지며 와이맥스, LTE, 5G NR, Wi-Fi 6 등 다양한 무선 통신 표준에 활용된다. - 다중화 - 디지털 시그널 1
디지털 시그널 1(DS1)은 1.544 Mbit/s의 대역폭을 제공하며, 24개의 DS0를 시분할 다중화 방식으로 묶어 사용하는 통신 회선이다. - 전기 통신 - 텔레비전
텔레비전은 움직이는 영상과 소리를 전기 신호로 변환하여 전송하고 수신 측에서 다시 영상과 소리로 바꾸는 기술을 이용한 매체로, 닙코프 원판을 이용한 초기 기계식 방식에서 음극선관 발명을 통해 전자식으로 발전하여 디지털 기술과 다양한 디스플레이 기술 발전을 거쳐 현재에 이르렀으며 사회, 문화, 경제적으로 큰 영향을 미치지만 건강 문제 및 부정적 콘텐츠 노출 등의 부작용도 존재한다. - 전기 통신 - 고속 패킷 접속
고속 패킷 접속(HSPA)은 3세대 이동통신(3G)의 데이터 전송 속도를 높이는 기술 집합체로, 고속 하향/상향 패킷 접속(HSDPA/HSUPA)을 통해 속도를 개선하고 다중 안테나, 고차 변조, 다중 주파수 대역 활용 등의 기술로 진화했으나, LTE 및 5G 기술 발전으로 현재는 상용 서비스가 중단되었다. - 통신공학 - 무선 통신
무선 통신은 전선 없이 전자기파 등을 이용하여 정보를 전달하는 방식으로, 마르코니의 무선 전신 실험 성공 이후 다양한 형태로 발전해왔으며, 현대 사회에서 필수적인 기술로 자리 잡았다. - 통신공학 - FM 방송
FM 방송은 주파수 변조 방식을 사용하여 음질이 좋고 잡음에 강하며 스테레오 방송과 부가 서비스를 제공하는 라디오 방송 기술이다.
| 주파수 분할 다중화 | |
|---|---|
| 주파수 분할 다중화 | |
| 개요 | |
| 유형 | 다중화 |
| 사용 | 통신 |
| 분야 | 전기통신 |
| 설명 | 여러 신호를 공통 채널로 전송하는 다중화 기법 |
| 주파수 대역 | 각 신호에 대해 다른 주파수 대역을 할당 |
| 채널 분리 | 주파수 대역 간에 충분한 간격을 유지하여 채널 간섭을 방지 |
| 주요 장점 | 주파수 자원을 효율적으로 사용 가능 |
| 역사 | |
| 사용 시기 | 전신 및 라디오 시스템에서 오래 전부터 사용 |
| 초기 적용 | 유선 통신 시스템에서도 사용 |
| 작동 원리 | |
| 주파수 대역 분할 | 각 송신기에 특정 주파수 대역을 할당 |
| 변조 | 각 송신기는 해당 주파수 대역을 사용하여 데이터를 변조 |
| 결합 | 변조된 신호들을 단일 채널에서 결합 |
| 전송 | 결합된 신호들을 공통 매체를 통해 전송 |
| 수신 | 수신기에서 주파수 필터를 사용하여 각 신호를 분리 |
| 응용 분야 | |
| 라디오 방송 | 여러 라디오 방송국이 다른 주파수를 사용하여 동시에 방송 |
| 텔레비전 방송 | 다양한 텔레비전 채널이 다른 주파수 대역으로 방송 |
| 유선 전화 | 여러 유선 전화 통화를 한 개의 케이블을 통해 전송 |
| 이동 통신 | 이동통신 시스템에서 주파수 자원을 효율적으로 사용 |
| 광섬유 통신 | 광섬유 통신에서 파장 분할 다중화(WDM)의 형태로 사용 |
| 장점 | |
| 효율적인 자원 사용 | 주파수 자원을 최대한 활용 |
| 단순한 구현 | 구현 방법이 비교적 간단하고 안정적 |
| 단점 | |
| 주파수 간섭 | 인접한 채널 간의 간섭 문제가 발생할 수 있음 |
| 대역폭 제한 | 할당된 대역폭 내에서 전송 용량이 제한될 수 있음 |
| 관련 기술 | |
| 시분할 다중화 | 시분할 다중화(TDM)는 시간 슬롯을 사용하여 다중화 |
| 파장 분할 다중화 | 파장 분할 다중화(WDM)는 광섬유 통신에서 사용 |
| 직교 주파수 분할 다중화 | 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)는 다중 반송파를 사용하여 전송 |
| 기타 | |
| 로마자 표기법 | Jupasu Bundal Dajunghwa (주파수 분할 다중화) |
2. 원리
FDM 시스템은 여러 개의 정보 신호(베이스밴드 신호)를 각각 다른 주파수의 반송파 신호로 변조하여 전송한다. 각 채널에 의해 전달되는 모든 정보는 반송파 주파수 주변의 좁은 주파수 대역인 통과 대역에 밀집된다.[1]
추가적인 베이스밴드 신호를 사용하여 다른 주파수의 반송파를 변조하면 다른 정보 채널을 생성할 수 있다. 이때, 각 채널의 통과 대역이 겹치지 않도록 반송파 간 주파수 간격을 충분히 확보해야 한다.
2. 1. 변조
FDM 시스템을 통해 전송되는 여러 개의 정보(변조) 신호는 베이스밴드 신호라고 한다. 송신단에서 각 주파수 채널에 대해 전자 발진기는 반송파 신호를 생성한다. 반송파 신호와 베이스밴드 신호는 변조기 회로에서 결합된다. 변조기는 반송파 신호의 진폭, 주파수 또는 위상을 베이스밴드 신호를 사용하여 변경하여 데이터를 반송파에 "무임승차"시킨다.
변조(혼합)를 통해 반송파와 베이스밴드 신호를 결합하면 주파수의 합(''f''C + ''f''B)과 차(''f''C − ''f''B)에서 반송파 주파수 근처의 하위 주파수가 생성된다. 변조 신호의 정보는 반송파 주파수의 양쪽에 있는 측파대에 실린다.
2. 2. 다중화 및 전송
변조된 여러 신호는 겹치지 않는 주파수 대역을 사용하여 하나의 전송 매체 (동축 케이블, 광섬유, 또는 무선)를 통해 동시에 전송된다. 각 채널의 주파수 간격은 상호 간섭을 방지하기 위해 충분히 넓게 유지된다.[1]케이블 텔레비전 시스템을 통해 전송되는 텔레비전 채널의 비디오 신호와 같이 FDM 시스템을 통해 전송되는 여러 개의 별도 정보(변조) 신호를 베이스밴드 신호라고 한다. 송신단에서 각 주파수 채널에 대해 전자 발진기는 정보를 "전달"하는 데 사용되는 단일 주파수에서 일정하게 진동하는 파형인 ''반송파'' 신호를 생성한다. 반송파 신호와 베이스밴드 신호는 변조기 회로에서 결합된다. 변조기는 반송파 신호의 진폭, 주파수 또는 위상과 같은 특정 측면을 베이스밴드 신호를 사용하여 변경하여 데이터를 반송파에 "무임승차"시킨다.[1]
변조(혼합)를 통해 반송파와 베이스밴드 신호를 결합하면 주파수의 합(''f''C + ''f''B)과 차(''f''C − ''f''B)에서 반송파 주파수 근처의 하위 주파수가 생성된다. 변조 신호의 정보는 반송파 주파수의 양쪽에 있는 측파대에 실린다. 따라서 채널에 의해 전달되는 모든 정보는 반송파 주파수 주변에 밀집된 좁은 주파수 대역에 있으며, 이를 채널의 통과 대역이라고 한다.[1]
추가적인 베이스밴드 신호를 사용하여 다른 주파수의 반송파를 변조하여 다른 정보 채널을 생성할 수 있다. 이때, 반송파는 각 채널이 차지하는 주파수 대역, 즉 별도 채널의 통과 대역이 겹치지 않도록 주파수 간격이 충분히 떨어져 있어야 한다. 모든 채널은 동축 케이블, 광섬유 또는 라디오 송신기를 사용하여 공기를 통해 전송 매체를 통해 전송된다. 채널 주파수 간격이 충분히 떨어져 있어 통과 대역이 겹치지 않는 한, 별도의 채널은 서로 간섭하지 않는다. 따라서 사용 가능한 대역폭은 각각 별도의 변조 신호를 전달할 수 있는 "슬롯" 또는 채널로 나뉜다.[1]
예를 들어, 케이블 텔레비전 시스템에서 사용하는 동축 케이블의 대역폭은 약 1000 MHz이지만 각 텔레비전 채널의 통과 대역은 6 MHz에 불과하므로 케이블에 많은 채널을 배치할 수 있다. 현대의 디지털 케이블 시스템에서는 각 채널이 다시 하위 채널로 세분화되어 최대 10개의 디지털 텔레비전 채널을 전달할 수 있다.[1]
케이블이나 광섬유 또는 라디오 수신기의 목적지 끝에서 각 채널에 대한 국부 발진기는 해당 채널의 반송파 주파수에서 신호를 생성하며, 이는 들어오는 변조 신호와 혼합된다. 주파수가 빼져서 해당 채널의 베이스밴드 신호가 다시 생성된다. 이를 복조라고 한다. 결과적으로 생성된 베이스밴드 신호는 다른 주파수에서 필터링되어 사용자에게 출력된다.[1]
2. 3. 복조
수신단에서는 각 채널에 해당하는 주파수 필터를 사용하여 원하는 신호를 분리한다. 분리된 신호는 복조를 통해 원래의 베이스밴드 신호로 복원된다. 케이블이나 광섬유 또는 라디오 수신기의 목적지 끝에서 각 채널에 대해 국부 발진기는 해당 채널의 반송파 주파수에서 신호를 생성하며, 이는 들어오는 변조 신호와 혼합된다. 주파수가 빼져서 해당 채널의 베이스밴드 신호가 다시 생성된다. 결과적으로 생성된 베이스밴드 신호는 다른 주파수에서 필터링되어 사용자에게 출력된다.3. 전화 통신망 응용
20세기 전화 회사들은 장거리 전화 연결을 위해 L-캐리어 및 유사한 동축 케이블 시스템을 사용하여 수천 개의 음성 회선을 여러 단계로 채널뱅크를 통해 다중화했다. 20세기 말까지 FDM 음성 회로는 드물어졌으며, 현대 전화 시스템은 FDM 대신 시분할 다중화(TDM)를 사용하는 디지털 전송을 채택하고 있다.
3. 1. L-캐리어 시스템
L-캐리어는 수정 필터를 사용하여 4kHz 대역폭의 음성 채널 12개를 묶어 48kHz 대역폭의 채널 그룹을 형성하는 시스템이다. 이러한 채널 그룹은 다시 상위 단계로 다중화되어 더 많은 음성 채널을 전송할 수 있었다.3. 2. 균형 전송선 케이블 시스템
비교적 짧은 거리에는 벨 시스템 K-캐리어 및 N-캐리어와 같은 균형 전송선 케이블 시스템이 사용되었다. 이러한 시스템은 4선식 회로를 사용하여 양방향 통신을 제공하고, 이중 측파대 12개 음성 채널, 그리고 나중에는 단일 측파대(SSB) 변조를 통해 24개의 음성 채널까지 다중화했으며, 몇 마일(약 10km)마다 중계기가 설치되었다.3. 3. 디지털 가입자 회선 (DSL)
20세기 후반부터 디지털 가입자 회선(DSL)은 이산 다중톤(DMT) 시스템을 사용하여 전화선을 통한 고속 데이터 통신을 제공했다.[1] DMT는 스펙트럼을 주파수 채널로 나누는 방식이다.[1]4. 기타 응용 분야
FDM은 다양한 통신 시스템에서 활용된다. 케이블 텔레비전 시스템에서는 넓은 대역폭(약 1000 MHz)을 가진 동축 케이블을 사용하지만, 각 채널의 통과 대역은 6 MHz로 좁기 때문에 케이블에 여러 채널을 배치할 수 있다. 현대 디지털 케이블 시스템에서는 각 채널을 다시 하위 채널로 나누어 더 많은 디지털 텔레비전 채널을 전송한다.
DSL은 음성과 상향 및 하향 데이터 전송에 서로 다른 주파수를 사용한다.
4. 1. 스테레오 FM 라디오
스테레오 FM 전송에서는 38kHz 부반송파를 사용하여 합성 신호의 주파수 변조 전에 좌우 차 신호를 중앙 좌우 합 채널에서 분리한다.[1]4. 2. 아날로그 TV 방송
아날로그 NTSC 텔레비전 채널은 비디오, 컬러, 오디오 신호를 각각 다른 주파수의 부반송파에 실어 전송한다.[1]4. 3. 주파수 분할 다중 접속 (FDMA)
FDMA(주파수 분할 다중 접속)는 여러 사용자가 하나의 통신 채널을 공유할 수 있도록 하는 기술이며,[1] 라디오 통신에서 서로 다른 송신기의 신호를 분리하는 데 사용된다.[1]1860년대와 70년대에 여러 발명가들이 음향 전신과 고조파 전신이라는 이름으로 FDM을 시도하였다. 실용적인 FDM은 전자 시대에 와서야 달성되었다. 한편, 그들의 노력은 전기 음향 기술에 대한 기본적인 이해를 가져왔고, 전화기의 발명으로 이어졌다.
참조
[1]
서적
Data Communications and Computer Networks
https://archive.org/[...]
Thomson Course Technology
[2]
서적
Data Communications and Computer Networks
https://archive.org/[...]
Thomson Course Technology
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com