FDM(Frequency Division Multiplexing)이란?

FDM의 원리

FDM에서는 전체 대역폭을 여러 개의 비슷한 크기의 주파수 대역으로 나눈 후, 각 채널에 서로 다른 신호를 할당하여 동시에 전송합니다. 이렇게 하면 여러 개의 신호가 한 번에 하나의 매체를 공유하면서도 간섭 없이 독립적으로 전송될 수 있습니다.

FDM의 주요 과정

1. 대역폭 분할(Bandwidth Division): 전체 전송 대역폭을 여러 개의 작은 대역폭(채널)으로 분할합니다. 각 채널은 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 데이터 또는 신호를 전송할 수 있습니다.

2. 반송파 할당(Carrier Frequency Assignment): 각 채널은 서로 다른 반송파 주파수를 이용하여 데이터를 변조(modulation)하여 전송합니다. 이렇게 하면 신호가 혼합되더라도 수신 측에서 분리할 수 있습니다.

3. 변조(Modulation): FDM에서 각 데이터 스트림은 주어진 반송파에 변조됩니다. 일반적으로 아날로그 변조 방식(AM, FM, PM)이 사용되지만, 디지털 변조 방식도 적용할 수 있습니다.

4. 보호 대역(Guard Band) 설정: 인접한 주파수 대역 간 간섭을 방지하기 위해 각 주파수 대역 사이에 작은 보호 대역을 추가하여 신호 간 혼선을 최소화합니다.

5. 수신 측에서 복조(Demodulation and Filtering): 수신기에서는 각 채널의 주파수를 필터링하고 변조를 해제하여 원래의 데이터를 복구합니다.

FDM의 특징 및 장점

✅ 동시 전송 가능: 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있어 데이터 전송 효율이 증가합니다.

✅ 안정적인 전송: 주파수를 기반으로 분리하여 전송하므로 간섭이 적고, 각 채널이 독립적으로 운영될 수 있습니다.

✅ 아날로그 및 디지털 신호 지원: FDM은 아날로그 신호뿐만 아니라, 디지털 데이터를 변조하여 전송하는 방식에서도 활용될 수 있습니다.

✅ 낮은 지연 시간: 시간 분할 다중화(TDM)와 달리 한 채널이 다른 채널의 전송을 기다릴 필요가 없으므로 지연 시간이 최소화됩니다.

✅ 하드웨어 구현 용이: 아날로그 필터와 변조 기술을 활용하여 비교적 간단한 방식으로 다중화를 구현할 수 있습니다.

FDM의 활용 분야

FDM은 다양한 통신 시스템에서 활용됩니다. 대표적인 예시는 다음과 같습니다:

🔹 아날로그 텔레비전 방송: TV 신호는 여러 개의 채널로 나뉘어 각각 다른 주파수 대역에서 방송됩니다. 예를 들어, 지상파 TV 채널은 각기 다른 주파수를 사용하여 시청자가 원하는 방송을 선택할 수 있도록 합니다.

🔹 라디오 방송(FM/AM): 여러 개의 라디오 방송국이 서로 다른 주파수 대역에서 신호를 전송하여 동시에 여러 방송을 수신할 수 있습니다.

🔹 광대역 네트워크(WDM – Wavelength Division Multiplexing): 광섬유 기반 네트워크에서는 주파수 대신 빛의 파장을 이용하여 FDM과 유사한 방식으로 다중화합니다.

🔹 위성 및 무선 통신: 위성 통신과 일부 무선 네트워크에서는 여러 신호를 하나의 전송 경로로 묶어 전송하기 위해 FDM을 사용합니다.

🔹 전화 네트워크(PSTN – Public Switched Telephone Network): 초기 아날로그 전화 네트워크에서는 한 회선을 여러 사용자에게 할당하기 위해 FDM을 사용했습니다.

🔹 해저 케이블 및 광섬유 통신: 해저 케이블 및 장거리 광섬유 네트워크에서는 다수의 데이터 스트림을 하나의 광섬유에 실어 보내기 위해 파장 분할 다중화(WDM)가 사용됩니다.

FDM과 다른 다중화 방식 비교

• TDM(Time Division Multiplexing, 시간 분할 다중화): 신호를 시간 단위로 나누어 한 번에 하나의 신호만 전송하는 방식으로, 디지털 네트워크에서 주로 사용됩니다.

• WDM(Wavelength Division Multiplexing, 파장 분할 다중화): 광섬유에서 서로 다른 빛의 파장을 이용하여 다중화하는 방식으로, FDM의 광통신 버전이라고 할 수 있습니다.

• CDM(Code Division Multiplexing, 코드 분할 다중화): 모든 채널이 같은 주파수와 시간 대역을 공유하지만, 각 데이터 스트림에 서로 다른 코드가 할당되어 구별하는 방식입니다. 3G, 4G 이동통신에서 주로 사용됩니다.

FDM의 단점 및 한계점

❌ 주파수 자원의 한계: 사용 가능한 주파수 대역이 한정되어 있어, 특정 환경에서는 확장이 어려울 수 있습니다.

❌ 보호 대역(Guard Band) 필요: 각 채널 간 간섭을 줄이기 위해 보호 대역을 추가해야 하며, 이는 전체 대역폭의 일부를 차지하여 비효율을 초래할 수 있습니다.

❌ 주파수 간섭 문제: 만약 주파수 간 간격이 적절하지 않거나 필터링이 충분하지 않다면, 채널 간 간섭이 발생할 수 있습니다.

❌ 고가의 필터링 장비 필요: 높은 주파수를 정밀하게 분리하기 위해 고품질의 필터 및 변조 장치가 필요합니다.

결론

FDM(Frequency Division Multiplexing)은 전송 회선의 대역폭을 다수의 작은 채널로 분할하여 동시에 이용할 수 있도록 하는 중요한 다중화 기술입니다. 이는 통신의 효율성을 극대화하며, 다양한 네트워크 및 방송 시스템에서 필수적인 역할을 합니다. 특히, 라디오 및 TV 방송, 위성 통신, 광섬유 네트워크 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있으며, 현대 통신 기술 발전에 있어 중요한 기반이 되는 기술입니다.

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