FDMA, TDMA, CDMA

한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위해서 어떻게 하면 조금이라도 더 많은 가입자를 수용할 수 있을까를 고민하다 보니 여러가지 기술이 나왔는데, 오늘은 이러한 다중접속(Multiple Access) 기술에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

다중접속 하면 FDMA, CDMA, TDMA 등이 대표적인데 우선 아날로그 방식인 FDMA부터 살펴보죠.
FDMA는 Frequency Division Multiple Access의 약자로 주파수 분할 다중 접속이라고 합니다. FDMA는 전체 주파수 대역을 작은 주파수 대역(채널)으로 나누고 이를 각 가입자에게 할당하는 방식입니다.
이건 이전에도 설명을 잠시 드렸는데 만약 300KHz라는 주파수 대역폭이 있을때 이를 한 가입자에게 할당하는 것이 아니라 이것을 30KHz씩 나누게 되면 10명이 동시에 쓸수 있게 되는 것이지요.
이렇게 10개의 채널이 생성되어 있는 상태에서 10쌍이 통화를 하여 모든 채널이 점유되어 있는 상태라면 다음 사용자는 이전 통화자들의 통화가 끝날 때까지 기다려야 합니다.
FDMA는 AMPS나 TACS, NMT등 아날로그 방식에서 사용되었던 기술로 CDMA나 TDMA에 비하면 주파수 사용효율이 낮습니다. 그렇지만 구현하기 간단하여 한때 보편적으로 사용되었던 기술이라 할 수 있습니다.

 

잠시만요... 혹시 아날로그가 뭔지 디지털이 뭔지 모르시는 분들이 계시나요?
아날로그는 그냥 연속적인 데이터를 그대로 표현한 것이라고 보시면 되고 디지털이라는 것은 모든 정보를 0과 1만으로 표현하는 것을 의미합니다. 왜 0과 1로만 표시하냐구요? 그렇게 표시하는게 컴퓨터가 정보를 처리하기에도 용이하고 저장과 재생이 쉽게 되니까요...

어찌되었든 제가 지금 말씀드리려는 CDMA와 TDMA는 디지털 기술입니다.

TDMA는 Time Division Multiple Access의 약자로 시분할 다중접속을 말하고 CDMA는 Code Division Multiple Access의 약자로 코드분할 다중접속을 의미합니다.
이렇게 디지털 기술이 개발된 배경은 기존의 아날로그 기술로는 늘어나는 가입자를 모두 수용할 수 없고 통화음질의 증대와 무선데이터 서비스의 지원이 필요했기 때문입니다. TDMA는 1989년도에 북미에서 채택된 표준인데 이후 유럽에서 TDMA 기술을 개량해서 GSM(Global System for Mobile)이라는 기술을 만들어 냅니다. GSM도 어쨌든 TDMA 기술의 일종입니다. TDMA는 통신 채널을 시간 슬롯으로 구분하여 사용하는 것을 의미합니다.
TDMA 채택 이후에 당시의 미국 벤쳐기업의 일종인 퀄컴에서 CDMA라는 Spread Spectrum에 기반한 기술을 선보였습니다. 이 CDMA는 주파수 활용 효율이 매우높고 보안성이 강하다는 특징이 있죠.
근데 CDMA 기술의 근간인 Spread Spectrum 기술은 신기술이라고 볼 수는 없고 수십년간 군대에서 통신용으로 사용되던 것을 퀄컴에서 상용 시스템으로 개발한 것에 불과합니다.
기존의 FDMA(아날로그) 방식이 주파수를 협대역으로 잘게 나누고 각 통화를 해당 채널에 할당하던 것과는 달리 CDMA는 각각의 통화 채널에 코드를 붙여 구분합니다. CDMA에서 사용하는 코드는 4조4천억개나 되므로 사전에 약속하지 않는 한 코드를 알아내는 것은 매우 어렵기 때문에 보안성이 높습니다.

좀전에 CDMA가 Spread Spectrum 기술에 기반한 것이라고 했는데 그렇다면 Spread Spectrum 기술은 무엇일까요? 이건 대역확산 기술이라고 부르는건데 정보를 보내기 전에 특수한 코드를 곱해서 넓게 퍼트린 다음 받는 쪽에서 보낸 쪽에서 사용한 똑같은 코드를 한번 더 곱하여 원신호를 복구하는 방식입니다.
왜 넓게 퍼트리느냐구요? 이렇게 넓게 퍼트리면 전송 과정에서 잡음이 유입되어도 영향을 훨씬 적게 받습니다. 또한 송신시에 쓴 코드가 뭔지 모르면 중간에 도청을 하더라도 원신호를 재생할 수 없기 때문에 보안성이 강해지는 것입니다.

아직도 FDMA가 뭔지 TDMA가 뭔지 CDMA가 뭔지 이해가 되지 않으시면 아래의 비유를 한번 보시죠.

FDMA를 비유하여 설명해 보자면 파티에 여러사람(휴대폰 전체 사용자)이 서로 얘기를 하고자 할 때 파티장(전체 주파수 밴드)을 작은 여러개의 방(분할된 주파수 채널)으로 쪼개어 서로 얘기하고자 하는 사람들을 각 방에 할당하여 대화를 하게 하는 방식입니다. 이때 모든 방이 사용자로 차있을 경우 다음 사용자는 이전의 사용자 대화가 끝나기를 기다려야 합니다. 이러한 방식에 대표적인 것으로 AMPS가 있습니다.

TDMA는 파티에 여러 사람이 서로 얘기를 하고자 할 때 FDMA처럼 작은 방으로 나눈 다음 각 사용자들에게 방에서 대화하는 시간을 제한합니다. 제한된 시간이 끝나면 다음 사용자에게 자리를 비켜주고 그다음 자신의 차례가 올 때까지 기다려야 합니다. 즉, FDMA처럼 통화가 끝날 때까지 다음 사람을 기다리게 하는 것이 아니라 한 방에 여러 쌍(3쌍)을 할당한 다음 차례로 들어가 대화하게 하는 방식이죠. 이런 방식으로 FDMA 보다 3배 이상의 용량을 구현하게 되는 것입니다. TDMA를 응용한 것으로 GSM, DAMPS등이 있습니다.
실제의 경우에서 TDMA의 시간 분할은 매우 짧아서 사용자는 대화의 단절을 느끼지 못합니다.

 

CDMA는 주파수와 시간을 여러 사용자가 공유합니다. 즉, 파티장은 작은 방으로 분할하지 않고 시간 제한도 하지 않은채, 전체 이용자가 하나의 큰 방(광대역 주파수 밴드)에서 같은 시간에 서로 대화를 합니다. 하지만 각 대화자들은 서로 다른 언어(서로 다른 코드)로 대화하고 있어서 자기 나라말을 쓰는 사람이 아니고는 다른 사람들은 자신들의 대화 내용을 알아 들을 수 없고 다른 사람들도 자신들의 대화를 알아 들을 수 없습니다. 넓은 파티장을 상상해 보십시오. 많은 사람이 시끌벅적하게 얘기를 하고 있는데 철이와 영희만 한국말을 하고 다른 사람들은 영어, 프랑스어, 독일어, 영어, 일본어 등 철이와 영희가 알아 들을 수 없는 말로만 얘기하고 있습니다. 이때 철이와 영희는 서로 알아 들을 수 있는 한국말로만 얘기하므로 다른 사람들이 조금 시끄럽게 떠들더라도 대화가 가능하게 됩니다. 만약 다른 사람들이 너무 시끄러워 바로 곁에 있는 철이와 영희가 대화할수 없는 지경에 이르면 조용히 하라고 부탁(전력제어)하는 거죠... 물론 바디랭귀지를 써야겠지만... ㅎㅎㅎ...