주파수 다중화

역다중화
역다중화는 다중화의 반대 과정으로 1개의 고속 회선으로부터 데이터를 받아서 여러 개의 저속 회선으로 나누어 전송하는 것이다. 역다중화의 개념 : 예를 들어, 서로 다른 데이터 전송 속도를 요구하는 음성과 디지털 데이터를 전송하려는 경우를 생각해보자. 음성을 전송하려면 64Kbps, 디지털 데이터를 전송하려면 128Kbps가 필요하다고 할 경우, 이러한 요구를 수용하기 위해 저속 채널을 여러 개 사용하는 것이다. 음성 전송에는 64KDps 채널 하나를 사용하면 되고, 디지털 전송에는 채널 2개를 사용하면 된다. 다시 말해, 디지털 데이터는 2개 회선으로 역다중화될 수 있다. 만일 통신 회선 하나가 고장 난 다 해도 회선 경로를 변경해서 계속 전송할 수 있다.

주파수 분할 다중화
주파수 분할 다중화는 넓은 도로를 몇 개의 차선으로 나누는 것과 같이 넓은 대역폭을 몇 개의 좁은 대역폭으로 나누어 사용하는 것이다. 즉, 겹치지 않는 주파수 대역을 갖는 각각의 신호들이 합쳐져 전송된다. 주파수 분할 다중화에서는 각 송신 장치에서 발생한 신호들이 서로 다른 반송파 주파수로 변조되고 변조된 신호가 링크를 통해 전달될 수 있는 하나의 복합 신호로 합쳐진다. 반송파 주파수는 변조 신호들을 수용할 수 있을 만큼 서로 충분히 떨어져 있어야 한다. 즉, 각 신호가 이동하는 대역인 채널을 보호 대역만큼 떨어뜨려 인접한 채널 간의 간섭을 막는다. 따라서 주파수 분할 다중화는 전송할 신호들의 대역폭을 합한 것보다 링크의 대역폭이 클 경우에 적용할 수 있다. 그렇다고 디지털 신호를 보내는 데 사용할 수 없다는 것은 아니다. 전송 경로가 네 부분으로 나뉘어 있는 데 간 경로는 장치에서 신호가 전송되는 채널을 나타낸다. 주파수 분할 다중화 과정을 시간 영역에서 개념적으로 나타낸 것이다. 각 전화는 유사한 주파수 영역의 신호를 만들어낸다. 이 신호들은 다중화기 내부에서 각기 다른 반송파 주파수로 변조된다. 이렇게 변조된 신호들은 하나의 복합 신호로 합쳐져 큰 대역폭의 링크를 통해 전송된다. 다중 복구 기능은 수신된 복합 신호를 분리하기 위해 필터를 사용한다. 복조기에서는 반송파에서 신호만 분리하여 수신 장치로 보낸다. 주파수 분할 다중화는 라디오 방송이나 케이블 TV에 사용된다. 라디오는 공기를 전송 매체로 사용하고 있으며 AM 라디오 방송에는 530K E12~1대역이 할당되어 있다. 각 AM 라디오 방송국은 10K Hz의 대역폭을 사용하되 서로 다른 반송파 주파수를 사용하는데 이는 방송국이 자기 신호를 전송할 때 다중화한다는 의미다. 공기로 전파되는 신호는 이 모든 신호들을 합한 것이다. 수신 장치는 이 신호를 받아서 원하는 신호만 걸러낸다. FM 라디오 방송에는 88M Hz~108M LIZ 대역이 할당되어 있으며, 각 FM 라디오 방송국은 200KH2의 대역폭을 사용한다. 과거 아날로그 TV 방송도 FDM을 사용하였으며, 각 TV 방송국은 6MHz의 대역폭을 사용하였다. 주파수 분할 다중화는 매우 쉽게 구현할 수 있다. 라디오나 TV 방송과 같이 일반적으로 다중 화기와 다중 복구기가 필요 없다. 각기 다른 주파수의 반송파를 사용하여 변조하면 곧바로 다 중화된다.

아날로그 계층 구조
전화 회사는 자사의 인프라를 최대로 활용하기 위해 낮은 대역폭 회선들을 높은 대역폭 회선들로 다중화하였다. 아날로그 회선에는 주파수 분할 다중화가 사용되므로 전화 회사에서 사용하는 아날로그 계층 구조다. 아날로그 계층 구조에서는 대역폭이 4KH12인 음성 채널 12개가 대역폭이 48K 12인 회선 1개로 다중화되어 그룹을 형성한다. 그리고 그룹 5개가 합해져서 대역폭이 240KH2인 슈퍼 그룹으로 다중화된다. 따라서 슈퍼 그룹은 음성 채널을 60개 지원한다. 슈퍼 그룹 10개가 합해져 대역폭이 2.52 MH2인 마스터 그룹으로 다중화된다. 240kHz의 슈퍼 그룹 10개를 다중화하면 2.4MHz가 되지만 채널 간 보호 대역으로 인해 대역폭은 2.52MHz로 넓어진다. 마스터 그룹은 음성 채널을 600개 지원한다. 마지막으로 마스터 그룹 6개가 합해져서 점보 그룹으로 다중화된다. 점보 그룹도 보호 대역이 필요하므로 대역폭은 16.984 MH2가 된다. 점보 그룹은 음성 채널을 3,600개 지원한다.

직교 주파수 분할 다중화
직교 주파수 분할 다중화는 다수의 주파수에 직각으로 교차하는 신호를 이용하여 다중화하는 방식이다. 직각으로 교차하는 신호는 서로 겹치더라도 수신 측에서 분리할 수 있기 때문에 주파수 분할 다중화보다 더 많은 채널을 다중화할 수 있다. FDM에서는 보호 대역을 사용하여 주파수가 낭비되지만, OFDM에서는 각 채널을 잘 오버랩 시켜 스펙트럼 중심부에서는 주변 채널의 간섭이 일어나지 않도록 함으로써 상당한 주파수를 절약할 수 있다. OFDM은 일정한 간격으로 떨어져 있는 여러 개의 부반송파에 데이터를 분산시켜 전송하는 멀티 캐리어 전송 방식이다. 전송 중에 손실이 생겨도 일부 반송파에 국한되며, 전체 신호에는 큰 영향을 주지 않는다는 것이다. 즉, 다중 경로 페이딩에 강하다는 장점이 있다. 또한 고속 전송이 가능하고, 이동 통신에서 셀 간 간섭이 없으며, 자원 할당이 용이하다. 이러한 이유로 무선 랜 프로토콜인 IBEE 802.11a는 52개의 부반송파를 사용하는 OFDM 변조 방식을 채택하였다. 이외에도 OFDM은 높은 다중화 특성 때문에 WiMAX나 LTE 등의 이동 통신 분야에서도 사용되고 있다.

파장 분할 다중화
파장 분할 다중화는 광섬유의 고속 전송률을 이용하기 위한 아날로그 다중화 방식이다. 광섬유는 다른 전송 매체보다 전송률이 매우 높으므로 다중화를 통하여 링크 하나에 회선을 여러 개 연결할 수 있다. 서로 다른 파장인 21.22. 2g 광신 호는 광 다중화기에 의해 하나의 광신호로 합쳐지며, 다시 광 다중 복구기에 의해 원래의 파장을 갖는 광신호로 분리된다. 이렇게 분리된 광신호는 수신 측에서 필터를 사용하여 원하는 파장만 얻을 수 있다. 즉, 파장 분할 다중화의 원리는 주파수 분할 다중화의 원리와 같음을 알 수 있다. 광통신에서 전기적 신호는 광신호로 변환되고, 광신호는 다시 광 다중화기에의 해 다중화된다.