다중접속

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 다중 접속 방식의 분류
3. 채널 할당 방식
4. 반송파당 채널 할당 방식
5. 각 방식의 비교
6. 응용 분야별 정의
7. 혼합 방식의 활용
참조

1. 개요

다중 접속은 여러 사용자가 하나의 통신 채널을 공유하여 데이터를 전송하는 기술을 의미한다. 다중 접속 방식은 주파수 분할 다중 접속(FDMA), 시분할 다중 접속(TDMA), 코드 분할 다중 접속(CDMA), 공간 분할 다중 접속(SDMA), 임의 접속 등으로 분류된다. 이러한 기술들은 유선 및 무선 통신, 위성 통신, 셀룰러 네트워크 등 다양한 분야에서 활용되며, FDMA와 TDMA를 결합한 GSM, CDMA와 CSMA/CA를 결합한 IEEE 802.11b 등 혼합 방식도 사용된다.

더 읽어볼만한 페이지

다중접속 - 주파수 분할 다중 접속
주파수 분할 다중 접속(FDMA)은 여러 사용자가 주파수 대역을 나누어 사용하는 다중 접속 방식으로, 각 사용자에게 고유한 주파수 슬롯을 할당하며 아날로그 및 디지털 신호 모두에 사용 가능하다.
다중접속 - SC-FDMA
SC-FDMA는 단일 반송파 전송 방식과 주파수 분할 다중 접속 방식을 결합한 기술로, 낮은 피크 대 평균 전력비와 용이한 등화 등의 장점을 가지고 있다.
매체 접근 제어 - 알로하넷
알로하넷은 1968년 하와이 대학교에서 개발된 초기 컴퓨터 네트워킹 설계로, 무선 장비를 사용하여 하와이 제도의 사용자들을 연결하고 공유 매체를 통한 전송, 충돌 감지 및 재전송 체계 등의 기술을 도입하여 이더넷 및 Wi-Fi 네트워크 발전에 기여했다.
매체 접근 제어 - MAC 주소
MAC 주소는 네트워크 장치를 식별하는 고유한 48비트 식별자로, IEEE 802 MAC 주소로 알려져 있으며, 최근 스푸핑 악용 및 개인 정보 보호를 위한 랜덤화 기술이 논의되고 있다.
이동 통신 표준 - 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.
이동 통신 표준 - 노르딕 모바일 텔레폰
노르딕 모바일 텔레폰(NMT)은 1981년 스웨덴과 노르웨이에서 상용화된 아날로그 이동 통신 시스템으로, 450MHz와 900MHz 주파수 대역을 사용했으며 GSM 등장으로 쇠퇴했다.

다중접속
개요
정의	여러 터미널이 하나의 매체를 통해 통신하는 방법
관련 용어	다중 접속
방식
아날로그 변조	AM FM PM QAM 공간 변조 단측파대 변조
회선 교환	TDM FDM / WDM 다중 사용자 MIMO 편광 분할 다중화 공간 다중화 궤도 각운동량 다중화
통계적 다중화	패킷 통신 동적 TDM FHSS DSSS OFDMA 단일 반송파 FDMA 다중 반송파 코드 분할 다중 접속

2. 다중 접속 방식의 분류

다중 접속 방식은 다양한 기준으로 분류될 수 있다. 다니엘 미놀리(Daniel Minoli)는 다중 접속 방식을 주파수 분할 다중 접속(FDMA), 시분할 다중 접속(TDMA), 코드 분할 다중 접속(CDMA), 공간 분할 다중 접속(SDMA), 임의 접속의 다섯 가지 주요 유형으로 분류했다.^[2] 라파엘 롬(R. Rom)과 모세 시디(M. Sidi)는 프로토콜을 ''충돌 회피 접속 프로토콜'', ''알로하 프로토콜'', ''반송파 감지 프로토콜''로 분류했다.^[3]

통신 핸드북(Terplan and Morreale, 2000)에서는 다음과 같이 MAC 범주를 제시했다.^[4]

고정 할당: TDMA, FDMA+WDMA, CDMA, SDMA
요구 할당(DA)
예약: DA/TDMA, DA/FDMA+DA/WDMA, DA/CDMA, DA/SDMA
폴링: 일반화된 폴링, 분산 폴링, 토큰 패싱, 암묵적 폴링, 슬롯형 접속
임의 접속(RA): 순수 RA (ALOHA, GRA), 적응형 RA (TRA), CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA

일반적으로 채널 접속 방식은 다음과 같이 분류된다.^[1]^[5]^[6]

2. 1. 기본 방식

주파수 분할 다중 접속(FDMA)은 서로 다른 데이터 스트림에 서로 다른 주파수 대역을 제공하는 주파수 분할 다중화(FDM) 방식을 기반으로 하는 가장 표준적인 아날로그 시스템이다.^[1]^[5]^[6] FDMA에서는 주파수 대역이 서로 다른 노드 또는 장치에 할당된다. FDMA 시스템의 예로는 각 전화 통화에 특정 업링크 주파수 채널과 다른 다운링크 주파수 채널이 할당되었던 1세대 1G 휴대폰 시스템이 있다. 각 메시지 신호(각 전화 통화)는 특정 반송 주파수에서 변조된다.

파장 분할 다중화(WDM)를 기반으로 하는 파장 분할 다중 접속(WDMA)은 서로 다른 데이터 스트림이 광섬유 통신에서 서로 다른 색상을 얻는 관련 기술이다. WDMA의 경우, 버스 또는 허브 네트워크의 서로 다른 네트워크 노드는 서로 다른 색상을 얻는다.^[7]

직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 방식은 FDMA의 발전된 형태이며, 4G 셀룰러 통신 시스템 등에서 사용된다. OFDMA에서 각 노드는 여러 개의 부반송파를 사용할 수 있으므로 서로 다른 사용자에게 서로 다른 서비스 품질(서로 다른 데이터 속도)을 제공할 수 있다. 사용자에게 부반송파를 할당하는 것은 현재의 무선 채널 상태와 트래픽 부하에 따라 동적으로 변경될 수 있다. 단일 반송파 FDMA(SC-FDMA) (선형 사전 부호화 OFDMA(LP-OFDMA))는 단일 반송파 주파수 영역 등화(SC-FDE)를 기반으로 한다.

시분할 다중 접속 (TDMA) 채널 접속 방식은 시분할 다중화 (TDM) 방식을 기반으로 한다. TDMA는 반복적으로 순환하는 프레임 구조에서 서로 다른 전송 장치에 서로 다른 시간 슬롯을 제공한다. 예를 들어, 노드 1은 시간 슬롯 1을, 노드 2는 시간 슬롯 2를 사용하는 식으로 마지막 전송 장치에 도달하면 다시 시작한다. 고급 형태는 동적 TDMA(DTDMA)이며, 각 프레임마다 시간 슬롯에 대한 전송 장치의 할당이 다르다.

다중 주파수 시분할 다중 접속 (MF-TDMA)는 시간 및 주파수 다중 접속을 결합한다. 예를 들어, 2G 셀룰러 시스템은 TDMA와 FDMA의 조합을 기반으로 한다. 각 주파수 채널은 8개의 시간 슬롯으로 나뉘며, 이 중 7개는 7개의 전화 통화에 사용되고, 1개는 신호 데이터에 사용된다.

통계적 시분할 다중화 다중 접속은 일반적으로 시간 도메인 다중화를 기반으로 하지만, 순환적으로 반복되는 프레임 구조는 아니다. 무작위적 특성으로 인해, 통계적 다중화 방식으로 분류될 수 있으며, 동적 대역폭 할당이 가능하다. 이를 위해서는 노드가 채널을 차례로 사용하고 충돌을 방지하기 위한 원칙인 매체 접근 제어 (MAC) 프로토콜이 필요하다. 일반적인 예로는 이더넷 버스 네트워크 및 허브 네트워크에서 사용되는 CSMA/CD와 IEEE 802.11과 같은 무선 네트워크에서 사용되는 CSMA/CA가 있다.

코드 분할 다중 접속 (CDMA) 방식은 확산 스펙트럼을 기반으로 한다. 이는 개별 비트 스트림의 데이터 속도가 요구하는 것보다 더 넓은 무선 채널 대역폭을 사용하고, 여러 메시지 신호가 서로 다른 확산 코드를 활용하여 동일한 반송파 주파수를 통해 동시에 전송됨을 의미한다. 섀넌-하틀리 정리에 따르면, 넓은 대역폭은 1보다 훨씬 작은 신호 대 잡음비 (0 dB 미만)로 전송할 수 있게 해주며, 이는 전송 전력을 노이즈 및 동일한 주파수 범위를 공유하는 다른 메시지 신호로부터의 동일 채널 간섭 수준 이하로 줄일 수 있음을 의미한다.

직접 시퀀스 CDMA (DS-CDMA)는 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 (DSSS)을 기반으로 하는 CDMA의 한 형태로, 3G 휴대폰 시스템 등에서 사용된다. 각 정보 비트 (또는 각 심볼)는 칩이라고 하는 여러 펄스의 긴 코드 시퀀스로 표현된다. 이 시퀀스가 확산 코드이며, 각 메시지 신호 (예: 각 전화 통화)는 서로 다른 확산 코드를 사용한다.

주파수 도약 CDMA (FH-CDMA)는 주파수 도약 확산 스펙트럼 (FHSS)을 기반으로 하는 또 다른 형태의 CDMA이다. 채널 주파수는 확산 코드를 구성하는 시퀀스에 따라 빠르게 변경된다. 예를 들어, 블루투스 통신 시스템은 주파수 도약과 CSMA/CA 통계적 시분할 다중화 통신 (데이터 통신 응용 프로그램의 경우) 또는 TDMA (오디오 전송의 경우)의 조합을 기반으로 한다. 동일한 사용자 (동일한 피코넷)에 속하는 모든 노드는 동일한 주파수 도약 시퀀스를 동기적으로 사용하며, 이는 동일한 주파수 채널에서 전송하지만, 가상 개인 영역 네트워크 (VPAN) 내에서 충돌을 방지하기 위해 CDMA/CA 또는 TDMA가 사용된다는 의미이다. 주파수 도약은 블루투스에서 서로 다른 VPAN의 노드 간의 누화 및 충돌 확률을 줄이기 위해 사용된다.

OFDMA와 다중 반송파 코드 분할 다중 접속 (MC-CDMA)는 CDMA의 다른 기술이다.

공간 분할 다중 접속 (SDMA)은 서로 다른 정보를 서로 다른 물리적 영역에서 전송한다. 예로는 단순한 이동 통신 기지국 시스템과, 지향성 안테나와 전력 변조를 사용하여 공간 전송 패턴을 개선하는 더 발전된 셀룰러 시스템이 있다.

'''전력 분할 다중 접속'''('''PDMA''') 방식은 채널에서 사용 가능한 전력을 공유하기 위해 사용자 간에 가변적인 전송 전력을 사용하는 것을 기반으로 한다. 예를 들어, 위성 중계기에 있는 여러 개의 SCPC 모뎀이 있는데, 여기서 사용자는 더 높은 데이터 속도로 전송하기 위해 전력 예산의 더 큰 부분을 요구에 따라 얻는다.^[8]

2. 2. 패킷 모드 방식

패킷 전송 기간 동안 단일 네트워크 송신기를 선택하는 방식이다.^[1] 유선 통신에 더 적합한 방법과 무선 통신에 더 적합한 방법이 있다.^[1]

유선 멀티 드롭 네트워크를 위한 일반적인 통계적 시분할 다중화 다중 접근 프로토콜은 다음과 같다.

충돌 감지 방식 반송파 감지 다중 접속(CSMA/CD): 이더넷 및 IEEE 802.3에서 사용됨
충돌 회피 방식 다중 접속(MACA)
무선 충돌 회피 방식 다중 접속(MACAW)
반송파 감지 다중 접속(CSMA)
우선 순위를 사용한 충돌 회피 및 해결 방식 반송파 감지 다중 접속(CSMA/CARP)
CAN 버스에서 사용되는 건설적 간섭 기반의 비트 단위 중재
토큰 버스(IEEE 802.4)
토큰 링(IEEE 802.5)
토큰 패싱: FDDI에서 사용됨
동적 시분할 다중 접속(동적 TDMA)

패킷 무선 네트워크에서 사용될 수 있는 일반적인 다중 접근 프로토콜은 다음과 같다.

충돌 회피 방식 반송파 감지 다중 접속(CSMA/CA): IEEE 802.11/와이파이에서 사용되며, 잠재적으로 분산 조정 기능 사용
ALOHA 및 슬롯 ALOHA: ALOHAnet에서 사용됨
예약 ALOHA(R-ALOHA)
모바일 슬롯 알로하(MS-ALOHA)
코드 분할 다중 접속(CDMA)
직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA)
직교 주파수 분할 다중화(OFDM)

2. 3. 이중화 방식 (Duplexing Methods)

이중화 통신 시스템은 반이중 또는 전이중 방식일 수 있다. 반이중 시스템에서는 한 번에 한 방향으로만 통신이 가능하다. 워키토키는 반이중 시스템의 예시인데, 두 사용자가 서로 통신할 수 있지만 동시에 통신할 수는 없다. 다음 사람이 시작하기 전에 한 사람이 전송을 완료해야 한다. 전이중 시스템에서는 두 사용자가 동시에 통신할 수 있다. 전화는 전이중 시스템의 가장 일반적인 예시인데, 두 사용자가 각 측면에서 동시에 말하고 들을 수 있기 때문이다. 전이중 방식의 몇 가지 유형은 다음과 같다.

시분할 이중 (TDD)
주파수 분할 이중 (FDD)
에코 제거

3. 채널 할당 방식

분할된 채널 할당 방식에는 다음 두 가지가 있다.

요청 시 할당 방식 (Demand Assignment): 요청이 있는 무선국에 할당.
사전 할당 방식 (Pre-Assignment): 사전에 무선국별로 할당.

또한, 반송파당 채널 할당 방법도 있다.

단일 채널당 반송파 (Single Channel Per Carrier): 반송파 1개에 채널 1개.
다중 채널당 반송파 (Multi Channel Per Carrier): 반송파 1개에 채널 여러 개.
다중 반송파 변조 (Multi Carrier modulation): 여러 반송파로 채널 하나를 구성하는 변조 방식.

4. 반송파당 채널 할당 방식

반송파당 채널 할당 방식에는 다음 세 가지 방식이 있다.

단일 채널당 반송파 (Single Channel Per Carrier, SCPC): 반송파 1개에 채널 1개를 할당하는 방식이다.
다중 채널당 반송파 (Multi Channel Per Carrier, MCPC): 반송파 1개에 여러 채널을 할당하는 방식이다.
다중 반송파 변조 (Multi Carrier modulation, MCM): 여러 반송파로 채널 하나를 구성하는 변조 방식이다.

5. 각 방식의 비교

약칭	원리	대역 이용 효율	무선국 간 동기	페이딩 내성	회로 규모	용도
CDMA	확산 부호를 할당하여 스펙트럼 확산 변조	대	임의	대	대	3세대 이동 전화・통신 위성
TDMA	고정된 타임 슬롯을 할당	중	요구	중	중	2세대 이동 전화・통신 위성
FDMA	주파수 대역을 분할하여 할당	불량	불필요	소	소	멀티 채널 액세스 무선・아날로그 휴대 전화・통신 위성
SDMA	복수 안테나의 지향성 차이로 공간적 다이버시티 분리・합성	최대	임의	대	최대	MIMO
PAMA	대역의 빈 곳을 보면서 간헐 전송	변동	불필요	재전송	소	이더넷 (CSMA/CD) ・무선 LAN (CSMA/CA)

6. 응용 분야별 정의

다양한 채널 접근 제약 및 방식이 여러 애플리케이션에 적용된다.

6. 1. 근거리 및 도시권 통신망 (LAN & MAN)

근거리 통신망(LAN) 및 도시권 통신망(MAN)에서 다중 접속 방식은 버스 네트워크, 링 네트워크, 스타 네트워크, 무선 네트워크 및 반이중점 대 점 통신을 가능하게 하지만, 네트워크 스위치와 라우터 간의 전이중점 대 점 직렬 회선에서는 필요하지 않다. 가장 일반적인 다중 접속 방식은 이더넷에서 사용되는 CSMA/CD이다. 오늘날의 이더넷 설치는 스위치에 직접 전이중 연결을 사용하지만, CSMA/CD는 이전 리피터 허브와의 호환성을 위해 여전히 구현된다.

6. 2. 위성 통신

위성 통신에서 다중 접속은 둘 이상의 지상 기반 단말기 쌍 간의 통신 링크의 일부로서 통신 통신 위성이 작동하는 기능이다. 현재 통신 위성에 사용되는 다중 접속의 세 가지 유형은 코드 분할 다중 접속, 주파수 분할 다중 접속, 시분할 다중 접속이다.

6. 3. 이동 통신 시스템

셀룰러 네트워크에서 가장 널리 채택된 두 가지 기술은 CDMA와 TDMA이다. TDMA 기술은 음성에서 자연스러운 중단을 식별하고 하나의 전파를 사용하여 여러 전송을 차례로 지원하는 방식으로 작동한다. CDMA 기술에서 각 개별 패킷은 광대역 스펙트럼을 통해 분해된 고유한 코드를 수신한 다음 다른 쪽 끝에서 재조립된다. CDMA를 사용하면 여러 사람이 동시에 동일한 주파수로 말할 수 있어 동일한 양의 스펙트럼을 통해 더 많은 대화를 전송할 수 있다. 이것이 CDMA가 결국 무선 산업에서 가장 널리 채택된 채널 접근 방식이 된 이유 중 하나이다.^[9]

CDMA의 기원은 1940년대로 거슬러 올라가 미국 정부가 특허를 받고 제2차 세계 대전 동안 메시지 전송에 사용되었다. 그러나 전쟁 후 특허가 만료되고 CDMA의 사용이 줄어들었으며 TDMA로 광범위하게 대체되었다.^[9] 그러다 어윈 M. 제이콥스 MIT 엔지니어이자 링크비트 회사의 동료 직원들이 통신 회사인 퀄컴을 설립했다.^[10] 퀄컴이 설립될 당시 제이콥스는 이미 디지털 기술을 사용하여 스펙트럼 용량을 늘려 군사 통신 문제를 해결하는 데 매달리고 있었다.^[11] 퀄컴은 CDMA가 무선의 효율성과 가용성을 크게 향상시킬 것이라는 것을 알고 있었지만 이미 TDMA에 수백만 달러를 투자한 무선 산업은 회의적이었다.^[11] 제이콥스와 퀄컴은 CDMA의 인프라를 개선하고 테스트와 시연을 수행하는 데 수년을 보냈다. 1993년, CDMA는 무선 산업 표준으로 받아들여졌다. 1995년까지 CDMA는 2G의 기반으로서 무선 산업에서 상업적으로 사용되었다.^[9]

7. 혼합 방식의 활용

다음은 여러 기술들이 혼합되어 사용되는 몇 가지 예시이다.

GSM 셀룰러 시스템은 왕복 신호 간 간섭을 방지하기 위해 주파수 분할 이중화(FDD)를 사용하고, 단일 셀에서 여러 핸드셋이 작동할 수 있도록 FDMA 및 TDMA를 결합한다.
GPRS 패킷 교환 서비스를 갖춘 GSM은 예약 요청에 슬롯형 알로하를, 실제 데이터를 전송하는 데 동적 TDMA 방식을 사용하여 FDD와 FDMA를 결합한다.
블루투스 패킷 모드 통신은 동일한 공간의 여러 사설 영역 네트워크 간의 공유 채널 접근을 위해 주파수 도약을, 네트워크 내의 공유 채널 접근을 위해 CSMA/CA를 결합한다.
IEEE 802.11b 무선 근거리 통신망(WLAN)은 인접한 WLAN 셀 또는 액세스 포인트 간의 간섭을 피하기 위해 FDMA와 DS-CDMA를 기반으로 한다. 이는 셀 내의 다중 접근을 위해 CSMA/CA와 결합된다.
HIPERLAN/2 무선 네트워크는 FDMA를 동적 TDMA와 결합하며, 이는 자원 예약이 패킷 스케줄링을 통해 이루어진다는 것을 의미한다.
가정 배선(전력선, 전화선 및 동축 케이블)을 통한 고속 네트워킹을 위한 ITU-T 표준인 G.hn은 여러 장치가 매체를 공유할 수 있도록 TDMA, 토큰 전달 및 CSMA/CARP의 조합을 사용한다.

참조

_[1] 서적 Fundamentals of Mobile Data Networks Cambridge University Press 2016
_[2] 서적 Satellite Systems Engineering in an IPv6 Environment https://books.google[...] CRC Press 2012-06-01
_[3] 서적 Multiple Access Protocols Springer-Verlag/University of Michigan 1990
_[4] 서적 The Telecommunications Handbook https://books.google[...] CRC Press 2012-06-01
_[5] 웹사이트 Fundamentals of Communications Access Technologies: FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA, AND SDMA http://electronicdes[...] Electronic Design 2014-08-28
_[6] 서적 Wireless Sensors and Instruments: Networks, Design, and Applications CRC Press 2005-11-16
_[7] 웹사이트 Multiple Access Techniques in communication: FDMA, TDMA, CDMA https://www.abcofnet[...]
_[8] 간행물 Power Division Multiple Access https://patents.goog[...] 2016-06-29
_[9] 웹사이트 The world-changing technology that almost wasn't https://www.qualcomm[...]
_[10] 뉴스 Qualcomm Founder Set to Retire https://www.wsj.com/[...] 2019-12-03
_[11] 서적 The Qualcomm Equation: How a Fledgling Telecom Company Forged a New Path to Big Profits and Market Dominance https://books.google[...] Amacom 2005
_[12] 서적 Fundamentals of Mobile Data Networks Cambridge University Press 2016

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