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누화

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목차

1. 개요

누화는 통신 케이블 내에서 신호 간의 원치 않는 간섭 현상을 의미하며, 특히 꼬임쌍선 케이블에서 두 전선 쌍 사이의 전자기 간섭으로 발생한다. 누화는 근단 누화(NEXT), 전력합 근단 누화(PSNEXT), 원단 누화(FEXT) 등으로 구분되며, NEXT 값이 높을수록 누화 거부 능력이 커진다. 누화는 오디오, 무선 통신, 집적 회로, 3D 디스플레이 등 다양한 분야에서 발생하며, 채널 분리도 저하, 고스팅 효과 등 문제를 야기한다. 누화 방지를 위해 연선 사용, 쉴드선 사용, 동축 케이블 사용 등의 대책이 사용된다.

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누화

2. 통신 케이블에서의 누화

통신 케이블에서 누화는 주로 꼬임쌍선에서 발생하는 전자기 간섭을 의미한다. 인접한 전선 쌍을 통과하는 신호는 서로 상호 작용하며 자기장을 생성하여 간섭을 유발한다. 이때 간섭을 일으키는 쌍을 '방해 쌍', 간섭을 받는 쌍을 '피해 쌍'이라고 부른다.

과거 아날로그 방식의 전화 교환기가 사용되던 1970~1980년대에는 음성 신호가 구리 케이블을 통해 장거리를 전송되면서, 인접 케이블과의 전자기적 간섭으로 인해 음성이 다른 쪽으로 누설되어 청취 및 상호 통화가 가능해지는 통신 장애인 "누화"가 발생하기도 했다. 1980년대 초반에는 117 시보 서비스에서 동시에 전화를 건 사람들끼리 대화가 가능해지는 현상이 드물게 발생하기도 했다.

ADSL이 도입될 당시에는 ISDN과의 주파수 대역 중첩으로 인한 누화 문제가 우려되었으나, Dual BitMap 기술을 통해 문제를 해결하고 서비스 양립을 가능하게 했다.[7]

21세기 현재는 디지털 교환기와 공중 전화망의 디지털화로 인해 음성 신호에서의 누화는 드물지만, GHz 대역의 고주파 신호를 사용하는 디지털 통신에서는 신호 파형 간섭으로 인한 장애가 발생할 수 있으며, 이것이 현대의 일반적인 누화 현상이다.

2. 1. 누화의 종류



전기 신호는 전송로를 따라 전송되는 동안 감쇠하기 때문에 송신단 측에서 큰 전압이었던 신호도 수신단 근처에서는 작은 전압이 된다. 누화에서는 원인 측의 전압이 클수록 장애 측으로 전달되어 기전되는 전압도 커지기 때문에 원인 측이 송신단에 가까울수록 문제는 커진다. 반대로, 장애 측의 전압이 클수록 원인 측에서 들어오는 전압의 영향은 비교적 작아지므로, 장애 측이 송신단에 가까울수록 문제는 작아진다. 이러한 점들로부터 누화가 발생하는 위치에 따라 진정한 장애가 되는 것과 실제로는 장애가 되지 않는 것으로 나뉜다.

  • '''원단 누화 (FEXT, Far End Crosstalk)'''


원인 측과 장애 측이 송신단으로부터 비슷한 거리에 있거나, 원인 측이 송신단에서 멀리 떨어져 있고 장애 측이 송신단에 가까운 경우에 발생한다. 원단 누화는 영향이 비교적 작다.[7]

  • '''근단 누화 (NEXT, Near End Crosstalk)'''


원인 측이 송신단에 가깝고 장애 측이 수신단에 가까운 경우에 발생한다. 근단 누화는 비교적 큰 문제가 된다.[8][9]

구조화된 케이블링에서 누화는 일반적으로 나란히 실행되는, 차폐되지 않은 꼬임쌍선에서 다른 꼬임쌍선으로의 전자기 간섭을 의미한다. 인접한 전선 쌍을 통과하는 신호는 서로 상호 작용하여 인접한 쌍에 간섭을 유도하는 자기장을 생성한다. 간섭을 일으키는 쌍을 ''방해 쌍''이라고 하고, 간섭을 경험하는 쌍을 ''피해 쌍''이라고 한다.

  • '''근단 누화 (NEXT)''': NEXT는 케이블이 누화를 거부하는 능력을 측정하는 척도이므로, NEXT 값이 높을수록 국소 연결에서 누화 거부 능력이 커진다. 이는 케이블 내 두 신호 간의 간섭이 간섭하는 송신기와 동일한 케이블 끝에서 측정되기 때문에 ''근단''이라고 한다. 주어진 케이블 유형의 NEXT 값은 일반적으로 데시벨/피트 또는 데시벨/1000피트로 표현되며, 전송 주파수에 따라 다르다. 케이블링에 대한 일반 사양(예: CAT 5)에는 일반적으로 최소 NEXT 값이 포함된다.[3]

  • '''전력합 근단 누화 (PSNEXT, Power Sum Near End Crosstalk)'''


PSNEXT는 4쌍 케이블(예: Category 6 케이블)에서 네 번째 쌍에 영향을 미치는 3개의 전선 쌍의 NEXT의 대수 합으로, 모든 인접 쌍의 누화 기여의 합을 포함하는 NEXT 측정이다.[3] PSNEXT 테스트 프로세스는 모든 쌍 대 쌍 누화 조합을 측정하고 각 쌍에 대한 모든 값을 합산하는 것으로 구성된다. 이 사양은 테스트 중인 쌍에 대한 여러 인접 쌍의 전송 효과를 직접적으로 해결하기 위해 개발되었으며, 모든 연결 하드웨어 및 관련 통신 케이블과 관련이 있다.

100 MHz를 초과하는 케이블링 대역폭(Category 5 케이블 대역폭)은 기가비트 이더넷이 Cat 6을 통해 4개의 모든 전선 쌍을 동시에 양방향으로 사용하므로 PSNEXT를 고려하는 것이 더 중요해진다. 추가적인 전선 쌍 사용과 증가하는 대역폭은 NEXT를 억제할 필요성을 증가시킨다.

  • '''원단 누화 (FEXT)''': FEXT는 간섭하는 송신기에 관하여 케이블의 먼쪽 끝에서 측정된 케이블의 두 쌍 사이의 간섭을 측정한다.[3]

  • '''등가 레벨 원단 누화 (ELFEXT)''': ELFEXT는 감쇠 보상과 함께 FEXT를 측정한다.[3]

  • '''외부 누화 (AXT, Alien Crosstalk)''': AXT는 동일한 케이블에 포함된 신호와 반대로, 관심 있는 케이블에 가깝게 라우팅된 다른 케이블로 인해 발생하는 간섭이다.[5]

2. 2. 누화 방지 대책

누화를 방지하기 위한 대책으로는 다음과 같은 방법들이 있다.

  • 연선 (꼬임쌍선): 평행한 두 가닥의 전선을 사용하는 대신, 두 신호선을 가볍게 꼬아 전자기 방사의 방향을 주기적으로 역전시키는 방법이다. 4가닥 꼬임선을 평행하게 묶는 경우에는 서로 꼬는 간격을 다르게 하여 주기성이 동일하지 않도록 해야 한다. 다수의 꼬임선을 사용할 때는 계획성이 요구된다. LAN 배선에 사용되는 비차폐 연선 케이블(UTP)이 대표적인 예시이다. 연선이라고도 불린다.

  • 쉴드선: 신호선 외부에 절연체를 거쳐 금속망과 같은 전자기 쉴드를 갖춘 쉴드선을 사용하여 전자기적 영향을 줄이는 방법이다. 일반적으로 쉴드는 접지되어 전위를 안정화시키지만, 접지점을 잘못 선택하면 쉴드가 안테나가 되어 노이즈를 방사하는 역효과가 발생할 수 있다. 이는 누화와는 별개의 문제이다. 쉴드를 설치하지 않으면 효과가 떨어진다.[10] 높은 주파수의 신호는 효과적으로 차폐되지만, 낮은 주파수에서는 자기장을 투과시키는 비율이 높아진다. 일반적으로 신호는 높은 주파수를 사용하므로 쉴드선이 유효하다.

  • 동축 케이블: 중심의 내부 도체 주위에 일정한 거리를 유지하며 실드가 되는 외부 도체를 갖춘 케이블이다. 누화를 포함한 내노이즈성이 높고 고주파 특성도 뛰어나 고속 전송로에서 널리 사용된다. 특성 임피던스에 따라 50Ω이나 75Ω 등의 종류가 있다.

  • 플랫 케이블: 근단 누화의 영향이 트위스트선보다 적다고 알려져 있다.[9]

3. 오디오에서의 누화

스테레오 오디오 재생에서 누화는 한 프로그램 채널에서 다른 채널로 신호가 새는 현상을 말하며, 채널 분리도와 스테레오 이미징을 떨어뜨릴 수 있다. 믹싱 콘솔과 스튜디오 피드 간의 누화는 서로 매우 다른 프로그램이나 자료를 전송할 가능성이 크기 때문에 훨씬 더 눈에 띄는 문제이다.

누화는 전기적 현상이며 누화 측정을 통해 수치화할 수 있다. 오디오 시스템에서 누화 측정을 수행하여 한 채널에서 다른 채널로 새는 신호의 양을 결정한다. 독립 방송국(Independent Broadcasting Authority, IBA)은 누화 측정에 사용하기 위한 가중 곡선을 발표했는데, 이는 서로 다른 주파수의 주관적인 가청성에 적절한 중요성을 부여한다. 국제 표준이 없는 상황에서 IBA가 사라졌음에도 불구하고 여전히 사용되고 있다.[1]

독립 방송국(Independent Broadcasting Authority, IBA)의 누화 가중 곡선


오늘날의 디지털 오디오 시스템에서는 스테레오 시스템의 우수한 누화 성능을 달성하는 것이 어렵지 않지만, 비닐 레코드와 FM 라디오에서는 -30 dB[2] 이하로 유지하기 어렵다.

4. 기타 누화

통신 또는 전화에서 누화는 다른 사람의 연결에서 새어 나오는 음성이나 대역 내 신호 톤의 조각으로 종종 구별된다.[6] 연결이 아날로그인 경우 꼬임쌍선 케이블을 사용하여 누화를 줄일 수 있다. 또는 신호를 디지털 형식으로 변환할 수 있는데, 이는 일반적으로 누화에 덜 민감하다.

무선 통신에서 누화는 종종 동일 채널 간섭으로 표시되며 인접 채널 간섭과 관련이 있다.

집적 회로 설계에서 누화는 일반적으로 신호가 다른 근처 신호에 영향을 미치는 것을 의미한다. 일반적으로 결합은 용량성이며 가장 가까운 이웃에 적용되지만, 다른 형태의 결합과 멀리 떨어진 신호에 미치는 영향도 때때로 중요하며, 특히 아날로그 설계에서 중요하다. 이 문제를 측정하고 방지하는 데 사용되는 도구는 신호 무결성을, 집적 회로 기판을 통해 전달되는 누화에 대한 내용은 기판 결합을 참조하면 된다. 간격을 늘리고, 배선을 재정렬하고, 차폐하는 것이 가장 일반적인 다양한 수리 솔루션이다.

전장 광학적 간섭 단층 촬영에서 "누화"는 고도로 산란된 물체로 인해 여러 개의 산란된 광자가 이미지 평면에 도달하여 간섭 길이 내에서 샘플 깊이와 일치하는 경로 길이를 이동한 후 일관된 신호를 생성하는 현상을 의미한다.

입체 3D 디스플레이에서 누화는 왼쪽 및 오른쪽 이미지 채널의 불완전한 격리를 의미하며, 이로 인해 하나의 채널이 다른 채널로 스며들어 이중 노출과 같은 현상을 일으켜 고스팅 효과를 생성한다.

참조

[1] 웹사이트 LearnEMC Web Site: Common-Impedance Coupling http://learnemc.com/[...]
[2] 서적 Electromagnetic Compatibility for Device Design and System Integration Springer 2009
[3] 웹사이트 Category 5 / 5E & Cat 6 Cabling Tutorial and FAQ's http://www.lanshack.[...] lanshack.com 2013-01-05
[4] 웹사이트 Component Level PowerSum Compliance and RJ21X Connectivity Solutions (Superior Modular Products White paper) http://www.superiorm[...] 2008-09-13
[5] 웹사이트 Eliminating alien crosstalk http://www.comnews.c[...] Communications News 2009-02
[6] 웹사이트 crosstalk (XT) https://www.its.bldr[...] 2018-03-26
[7] 웹사이트 【特別企画】知っておきたいADSL接続サービスの基礎 https://bb.watch.imp[...] 2021-02-11
[8] 서적 通信の最新常識 日本実業出版社 2003-08-10
[9] 웹사이트 CAT6ケーブルとは https://www.sanwa.co[...] 2022-09-06
[10] 웹사이트 LANケーブルの正しい使い方 https://xtech.nikkei[...] 2022-09-06


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