Multiple Access(다중 접속)란? - (1) FDMA, TDMA, CDMA

다중 접속/다원 접속(Multiple Access, MA)란, 이동통신 시스템에서 단말기(UE, User Equipment)까지 간섭 없이 기지국에 접속하기 위한 기술이다. Cell 마다 위치한 기지국에는 수많은 UE가 연결되지만, 간섭없이는 이 모든 단말기들과 동시에 통신할 수없기에 동시에 서비스를 제공하기 위해서는 다중접속 기술이 필요하다. 한정된 통신 자원(주파수, 시간, 공간 등)에서 각 사용자들은 MA(Multiple Access, 다중 접속)를 통해 데이터의 끊김없이 통신할 수있다. 하지만 Muliplexing(다중화)와는 약간 다르다.  

 

Multiplexing(다중화)과 Multiple Access(다중 접속)의 차이점

Multiplexing은 여러 신호를 하나로 합쳐서 하나의 output 신호로 출력되는 것이다. Multiplxer와 비슷한 의미를 가진다고 생각하면 된다. 전파는 공기라는 하나의 매질을 통해 전달되기 때문에, 하나의 매질에서 같이 존재하는 전파들은 간섭이 발생하게 된다. 간섭이 발생하게 되면 Original data에 변형이 발생하게 되기 때문에, 통신에 어려움을 겪게 된다. 따라서 서로 다른 형태를 가지고 있는 Data 신호를 디지털 신호로 바꾸고, 일정 포맷을 가진 하나의 데이터로 바꿔 동시에 전송할 수 있도록 하는 것이다. 유선통신의 경우는 각 단말기에 기지국까지 하나의 선으로 연결되어 있기 때문에, 간섭의 문제가 발생하지 않지만 무선통신에서는 이 기술이 매우 중요하다. 

 

Multiple Access의 History와 설명

 

• FDMA(Frequency Division Multiple Access, 주파수 분할 다중 접속) : 1G

무선 통신에 할당된 주파수 대역을 단말기끼리 서로 분할하여 나눠 사용하는 방식으로, 단말기마다 각 다른 채널을 부여받게 된다. 인접 주파수끼리 간섭이 발생할 수 있기 때문에, 보호대역(Guard band)을 필수로 포함하여 분할해야 한다. 보호대역으로 인해 주파수 낭비가 발생해 비효율적이고, 넒은 대역을 사용할 수없어서 데이터 전송이 매우 느리다. 또한, 채널 가변이 불가하기 때문에 서로 다른 용량의 채널을 섞어서 사용하지 못한다. 하지만 1G의 경우에는 단말기로 통화를 주로 했기 때문에, 딱히 문제가 없었고, FDMA의 단점이 부각되지 않았다.  

 

• TDMA(Time Division Multiple Access, 시간 분할 다중 접속) : 2G

2G에서는 단말기로 웹페이지 검색하기 시작하면서, FDMA의 문제점이 부각되기 시작하였다. 주파수 효율이 나쁜 FDMA와는 달리 모든 주파수대역을 각 단말기들이 시간대를 분할하여 사용하는 방식으로 유럽 GSM에서 만든 규격이다. FDMA의 단점이 TDMA에서는 모두 해결된다. 하나의 단말기가 할당된 모든 주파수대역을 사용하기 때문에, 간섭의 영향이 없고, 주파수 사용이 효율적이다. 보통 웹페이지를 볼 때는 실시간으로 보기 보다는 데이터를 한번에 다운 받고 가만히 보기 때문에 TDMA 방식이 적합하였다. 하지만 FDMA 방식에 비해 초기 투자비가 많이 필요하다는 단점이 있다. 

 

• CDMA(Code Division Multiple Access) : 2G-2.5G

CDMA는 단말기끼리 자원을 나눌 필요가 없이 각 단말기의 데이터에 서로 영향을 미치지 않는 직교성 코드를 할당하여 모든 주파수 대역을 같은 시간대에 같이 사용할 수 있게하는 기술이다. 모든 단말기가 이미 군사시설에서 사용하고 있었던 기술이지만, 이를 기반으로 퀄컴이 상용화하였다. 예를 들어서, 한국인, 미국인, 프랑스인이 동시에 말을 한다면 영어와 불어를 전혀 모르는 사람이 듣기에는 한국어만 들릴 것이다. 즉, 한국어만 할 수 있는 사람에게는 영어와 불어는 노이즈처럼 여겨지는 것이다. 이와 같은 원리로 하나의 채널에 고유의 코드가 부여된 데이터들을 구분할 수 있는 것이다. CDMA는 Original data에 Speading  code가 더해 스펙트럼을 확산시켜 비밀코드를 같이 전송하는 방식은 SSMA(Spread Spectrum Multiple Access) 기술을 사용한다. 

 

• WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) : 3G

2G에서 3G로 바뀌면서 데이터의 양이 늘어나게 되면서 등장한 기술로, CDMA를 더 넓은 주파수 대역에서 사용하는 기술이다. 하지만, 3G에서는 데이터 끊김현상이 있었고 점점 커지는 데이터를 처리하기에는 한계점이 있었다. 이를 해결하기 위해서 4G에서부터는 FDMA를 활용한 OFDMA 기술을 활용하였는데, 이는 다음 글에 이어서 작성할 예정이다.