데이터 통신 #14
WAN2(Wide area network)
- WAN - 셀 방식 이동전화
- WAN - 위성망
셀 방식 이동전화
셀 방식 시스템
- 셀 : 호출자를 추적하기 위한 서비스 영역 단위
- 셀에는 하나의 작은 기지국(BS : Base Station) 과 이동 교환 센터(MSC,MS) 가 존재
- 주파수 재사용 : 이웃하는 셀은 같은 주파수를 통신에 사용할 수 없고, 이웃하지 않으면 주파수를 재활용하는 것
- 핸드 오프 : 이동중인 통신자가 다른 셀로 연결을 변경하는 과정 (주기적으로 신호 레벨 감시)
- 강한 핸드오프 : 단 하나의 기지국과 통신, 이전 기지국과 연결을 끊고 새로 연결 (거친 전환)
- 약한 핸드오프 : 이동국이 동시에 두 기지국과 통신, 이전 기지국에서 다음 기지국으로 부드러운 전환이 이루어진 후 이전 기지국과 단절
- 로밍 : 사용자가 통신에 접근하거나 유효 범위 내에서는 통신이 가능하나는 의미. 제한된 유효 도달 범위를 가지는데, 이웃 서비스 제공자들은 로밍 계약을 통해 확장된 유효 도달 범위를 제공할 수 있다.
셀 방식 시스템의 전송 & 수신
- 전송
- 호출자에서 이동국으로 전송
- 강한 신호를 가진 채널을 사용해 기지국에 데이터 전송
- 기지국 : 데이터를 MSC로 중계, 전화 중앙국으로 송신
- 피호출자가 통신 가능하면 연결 설정, MSC 역중계
- 수신
- 중앙국이 수신자를 호출, MSD번호 전송
- MSC는 페이징(paging) 과정에서 각 셀에 질문해 이동국을 찾음
- 이동국이 발견되면 MSC는 벨 소리 신호를 전송
- 이동국이 응답하면 음성 채널 할당, 통신 시작
- 전송
1세대 셀 방식 시스템
- 아날로그 신호
- FDMA 사용
- 주파수 재사용 인자 : 7
- FM, FSK 변조 사용
- AMPS (북미에서 선도하는 아날로그 셀 방식 시스템 - Advanced Mobile Phone System) 사용
- 역방향 통신 : 824MHz - 849MHz, 대역폭은 25MHz
- 전방향 통신 : 869MHz - 894MHz, 대역폭은 25MHz
- 각 대역은 832개의 채널로 분할됨
- 25MHz / 832 = 30kHz, 전방향, 역방향 대역폭은 각각 25MHz, 832개의 채널 대역폭은 30kHz
- 한 영역(대역)을 두 제공자가 공유 가능하며, 이 때는 셀 마다 416개의 채널이 존재하게 된다.
- 416개 중 21개는 제어용으로 사용
- 395개의 채널은 주파수 재사용 인자(7)에 따라 1/7만 한 셀에서 사용 가능하다.
- 첫 사진은 AMPS 의 통신 대역을, 두 번째 사진은 AMPS의 역방향 통신 대역을 보여준다.
2세대 셀 방식 시스템1 - D-AMPS
- 2세대는 공통적으로 디지털화된 음성 통화를 제공한다.
- AMPS와 호환성 유지, AMPS와 동일한 주파수 재사용 인자, 대역,채널 사용
- 3kHz 음성이 7.95 kbps의 디지털 신호로 변조됨 (3kHZ –> 7.95kbps)
- TDMA(Time Division Multiple Access)를 사용해 여러 채널이 묶여 48.6kbps의 디지털 데이터가 됨
- 시스템은 한 프레임에 1944비트씩 매초 25프레임 송신 (1944*25 = 48.6kbps )
- 각 프레임은 40ms동안 유지된다(매초 25프레임 –> 1초/25frame = 40ms : 1프레임 유지시간)
- 각 프레임은 세 디지털 채널에 의해 공유되는 6개의 틈새로 나누어짐
- 한 틈새(=1/6 프레임)는 324비트( 1944/6 = 324, 데이터159비트 + 제어64비트 + 오류정정101비트)
2세대 셀 방식 시스템2 - GSM(Global System for Mobile Communication)
- 양방향 통신 (2개의 대역폭) – 전방향 935-960MHz, 역방향 890-915MHz
- 대역폭 25MHz는 124개(각 200KHz)의 채널로 분할
- 음성 3kH는 13kbps로 디지털화
- 각 틈새는 156.25비트(사용자 데이터65 + 오류정정49 + 제어42.25)
- 8개의 틈새가 함께 다중화 되어 하나의 TDMA 프레임이 된다.
- 26개의 TDMA 프레임이 합쳐져 하나의 멀티 프레임이 된다.
- 채널 데이터율 =(1/120ms) x 26(프레임수) x 8(프레임당 틈새 수) x 156.25(틈새당 비트) = 270.8kbps
- 멀티프레임에서 26개 중 24개는 트래픽(유저 데이터) 프레임이고 2개는 제어 프레임이다.
- 멀티 프레임 하나는 120ms의 지속시간을 갖는다.
- 재사용 인자 3, TDMA & FDMA 사용
2세대 셀 방식 시스템3 - IS-95(Interim Standard 95)
- 사진은 순서대로 IS-95의 전방향, 역방향 통신
- CDMA, DSSS 기반, 양방향 통신, 2개의 대역,
- AMPS와 병행 사용 가능, 주파수 재사용 인자 1 사용
- 각 대역은 20채널(채널당 1.228MHz)로 분리되고, 서비스 제공자에게 10개의 채널 할당
- 모든 채널은 CDMA를 사용하기 위해 동기화 된다.
3세대
- 3세대는 ITU가 첨단 이동통신 단말기 시스템(IMT-2000, Internet Mobile Communication for year 2000)을 만들며 1992년에 시작되었다.
- 3세대는 보편적인 개인 통신을 제공하는 것이 주요 목표
- 그림은 IMT-2000에 적용된 무선 표준 5가지를 보여준다. 5가지 모두 2세대 기술에서 개발되었다.
- 처음 둘은 CDMA, 세번째는 CDMA와 TDMA의 조합, 마지막은 FDMA와 TDMA에 진화된 기술
- ITU가 제시한 3세대 기술의 평가지표
- 공중 전화망의 품질과 비슷한 수준의 음성 품질
- 이동 차량에서 144kbps, 보행자에게 384kbps, 고정 위치에는 2Mbps의 데이터율 사용
- 패킷 교환과 회선 교환 데이터 서비스 지원
- 2GHz 대역
- 2MHz 대역폭
- 인터넷 인터페이스
4세대
- 패킷 기반
- IPv4 제공
- 4세대의 목표 : 효과적인 시스템, 높은 네트워크 용량, 약한 핸드오프, 고품질 서비스, 현존 무선 표준과 상호성, All – IP 패킷 교환망
위성망
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- 지구의 한 지점에서 다른 지점으로 통신을 제공하는 노드의 조합
- 지구를 셀로 나누는 셀 방식 이동전화망
- 네트워크의 노드가 위성, 지구국, 최종 단말, 전화 등이 될 수 있다.
- 상향 링크 : 지구 -> 위성
- 하향 링크 : 위성 -> 지구
- 위성의 3가지 종류 : GEO, LEO, MEO
GEO(Geostationary Earth Orbit)
- 35,786km 궤도
- 정지 궤도 위성
- 지구와 같은 속도로 움직인다
- 정지궤도 위성은 전 세계적인 전송을 위해서 최소 3개의 위성이 필요
- MEO(Medium Earth Orbit)
- 중궤도 위성
- 두 밴 엘런 방사대 사이에 위치
- 지구를 도는 데 약 6-8시간 소요
- GPS(Global Positiong System)가 MEO위성에 속한다.
- GPS는 18000km로 움직이며 6궤도 24개 위성으로 구성되며, 지구상의 어느 점에서도 4개의 위성이 보이도록 설계(정확한 위치파악을 위한 개수)
- LEO(Low Earth Orbit)
- 저궤도 위성
- 500 ~ 2000km 고도, 90~120분의 회전 주기(약 시속 20000~25000km)
- 왕복 시간 전파 지연은 20ms 이하, 오디오 통신에서 사용 가능
- LEO 시스템은 위성군으로 하나의 네트워크로서 동작하며, 각 위성이 하나의 교환기로 동작
- 대표적으로 Stralink Project가 있다.
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