Multiplexing

부산대학교 정보컴퓨터 공학부

김종덕 (kimjd@pusan.ac.kr)

강의의 목표

Multiplexing 기술이 해결하려는 문제를 이해한다.

기본 Multiplexing 기술인 FDM과 Synchronous TDM 기술의 주요

원리 및 특징을 이해한다.

Synchronous TDM과 Statistical/Asynchronous TDM을 비교하여 이

해한다.

CDM, SDM 등 무선 통신에 널리 쓰이는 Multiplexing 기술을 이해

한다.

용어들을 기억한다.

교재 – Chapter 8. Multiplexing, Chapter 9. Spread Spectrum

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용어 (Terminologies)

전송 매체 (Transmission Medium) 분류

전송 매체 : 송신자는 정보를 물리적 신호의 형태로 바꿔 송신자와 수신자 사이

의 전송 매체를 통해 수신자로 전달

예) 신호 – 전자기파, 매체 – 동축선, 신호 – 빛, 매체 – 광섬유

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Guided Media (Wired) Unguided Media (Wireless)Twisted Pair, Coaxial Cable, Optical Fiber Air, Sea Water

Point-to-Point Media Multi-Point/Shared Media점대점 매체, 양끝의 두 장치만 매체를 사용 공유매체, 여러 장치가 매체를 함께 사용

용어

Simplex

signals transmitted in one direction

• eg. Television

Half Duplex

both stations transmit, but only one at a time

• eg. police radio

Full Duplex

simultaneous transmissions

• eg. telephone

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전송 매체 공유의 필요성

통신을 원하는 모든 단말이 직접 연결 (Direct Link) 되어야 한다면?

개의 통신 단말들이 Full Mesh로 연결될 경우 필요한 연결의 수?

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Multiplexing

Multiplexing

점대점 (Point-to-Point) 매체의 공유

Cf) MAC (Medium Access Control) : 방송 매체의 공유

Multiplexing Type

FDM (Frequency Division Multiplexing)

• WDM (Wavelength Division Multiplexing)

Synchronous TDM (Time Division Multiplexing)

• Statistical (Asynchronous) TDM

CDM (Code Division Multiplexing)

• Based on Spread Spectrum Technology

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FDM (Frequency Division Multiplexing)

Each signal is modulated to a different carrier frequency

Carrier frequencies separated so signals do not overlap, Guard Bands

Ex) broadcast radio

Fixed allocation

Channel allocated even if no data

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WDM (Wavelength Division Multiplexing)

Multiple beams of light at different frequency

Carried by Optical Fiber

A form of FDM, Each color of light (wavelength) carries separate dat

a channel

현재의 초고속 인터넷을 가능하게 한 기술

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Synchronous TDM (Time Division Multiplexing)

Multiple digital signals

interleaved in time

Time slots pre-assigned to

sources and fixed

May be assigned at block level

Fixed Allocation

Time slots allocated even if no

data

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Synchronous TDM System Overview

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TDM Example: Digital Carrier Systems

통신 사업자들이 디지털 기간 망 구축에 사용한 TDM 체계

USA/Canada/Japan use one system, ITU-T use a similar (but different) system

US system based on DS-1 format (T1 carrier)

Multiplexes 24 channels,

Each frame has 8 bits per channel plus one framing bit, 193 bits per frame

For Voice Communication

• each channel contains one word of digitized data (PCM, 8000 Hz)

• Data rate 8000x193 = 1.544Mbps

Same format to provide digital data service.

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Statistical/Asynchronous TDM

Allocates time slots dynamically based On Demand

In Synchronous TDM many slots are wasted

Multiplexer scans input lines and collects data until frame full

Data rate on line lower than aggregate rates of input lines

Statistical Gain

t4 t3 t2 t1

A

B

C

D

D2 C2 B2 A2 D1 C1 B1 A1

C2 B2 B1 A1

HeaderData

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Performance

Output data rate less than aggregate input rates

May cause problems during peak periods

Buffer inputs; Queueing; Queueing Delay

Keep buffer size to minimum to reduce delay?

Queueing Theory

Bus의 평균 Inter-arrival Time이 10분인 경우 (Poisson Arrival) 평균 대기 시간은?

Bus의 Inter-arrival Time이 10분인 경우 평균 대기 시간은?

STDM as M/D/1 Queueing Model

Mean Queue Length

• N= ρ + ρ²/[2(1-ρ)] ; Means Average Buffer Size

Mean Waiting Time

• Tr= (2 - ρ)/2M(1-ρ); Means Mean delay

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CDM (Code Division Multiplexing)

같은 주파수를 같은 시간에 사용할 수 있을까?

Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 기술에 기초

전송하여야 할 Symbol에 Code를 곱함

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0

1010

CDM (Code Division Multiplexing)

Orthogonal Code

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Transmitter

CODE AReceiver #1

Receiver#2

CODE A

CODE BOrthogonal to Code A

동일 코드 사용 시원래 정보 복원

송신자가 사용한 것과 다른 (직교) 코드 사용시 해당 신호는 0(제거됨. 마치 존재하지 않는 것과 같음)

CDM (Code Division Multiplexing)

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time

1 1 1 1

1-11-1 1-11-1 11-1-1

1 1 1 1

-111-1 -1-111 -11-11

1-11-1 1-11-1 11-1-1 -111-1 -1-111 -11-11

-1 -1

-1 -1

11-1-1 11-1-1 1-11-1 11-1-1 1-11-1 -1-111

1 1 1 1

1-11-1 1-11-1 11-1-1 -111-1 -1-111 -11-11

-1 -1

+=0

Orthogonal Code

Transmitter

Receiver #1

+=4 +=-4

time

time

time

time

time

(1-11-1) (11-1-1)=

Receiver #2

CDM (Code Division Multiplexing)

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1 1

1-11-1 1-11-1 11-1-1

-1

Transmitter

1

-1

1

Data for A

11-1-1 11-1-1 1-11-1

1-11-1 1-11-1 11-1-1

Receiver A

+=4 +=4

+=-4

Receiver B

11-1-1 11-1-1 1-11-1

+=4 +=4

+=-4

With orthogonal codes, we can sharea channel with others at same time

without interference.

+

Combined signal

Data for B

SDM (Spatial Division Multiplexing)

동일한 시간에 동일한 주파수를 사용할 수 있을까? 공간이 다르다면.

Example) Cell Sectoring

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SDM (Spatial Division Multiplexing)

다중 안테나와 진보적인 신호 처리 기술로 다양한 경로로 전달되는

공간의 무선 스트림들을 개별적으로 처리 가능해짐

MIMO (Multi-Input Multi-Output) / Beamforming

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