다중화 기법

1. 자원 나누어쓰기

프로토콜은 여러가지 종류가 있는데 SNA, TCP/IP, OSI 등의 구분은 컴퓨터 제조회사 혹은 국제표준화기구 등에 의해 조직적으로 개발된 서로 연관성을 갖는 프로토콜의 집단이다. SNA는 IBM에 의해 사용되고 TCP/IP는 인터넷에서 사용된다. OSI는 전반적인 사용자를 확보하고 있지는 못하다.

PDU(Protocol Data Unit)는 프로토콜에서 정보를 실어 나르는 기본 단위를 의미한다. 물건이 컨테이너 단위로 이루어지는 것처럼 정보의 전송은 PDU 단위로 이루어진다.

하드웨어 자원 뿐만이 아니라 소프트웨어 자원도 여러 사람이 어떻게 효율적으로 나누어 쓸 것이냐하는 것이 가장 큰 문제이다. 자원을 나누어 쓰되 자원을 얻기 위해 각자가 기다리는 시간은 최소화 되어야 하며 모든 이용자에게 평등하게 사용기회가 주어져야 하며 시스템 전체로 보아서는 최대의 성능(throughput)을 유지하여야 한다. 그리고 또한 관리 자체를 위한 오버헤드(overhead)는 최소가 되어야 하며 자원의 이용에는 균형이 유지되어야 한다. 즉 특정자원만 과도하게 이용되고 나머지 자원들은 한가하게 놀아서는 안된다. 또 필요하다면 특정 이용자에게 우선권(priority)을 줄 수도 있어야 한다.

이상은 운영체제의 교과서에 나오는 자원 나누어 쓰기의 몇가지 원칙이다. 자원을 나누어 쓰는 이유는 자명하다. 자원을 나누어 씀으로써 좀 더 적은 경비를 들이면서도 똑같은 서비스를 얻기 위함이다.

세상에 자원이 무한대로 많아서 모든 사람들이 공짜로 쓸 수 있다고 하면 머리 아프게 어떻게 효율적으로 나누어 쓸 것인가를 고민할 필요가 없을 것이다. 필요한 모든 사람에게 원하는 자원을 모두 주어버리면 그만일 것이고 그렇다면 컴퓨터 운영체제의 거의 대부분 기능이 소용없게 될 것이다.

운영체제를 연구하는 컴퓨터 과학자들은 대부분의 시간을 사용자 접속(user interface) 부분에 쏟아야 할 것이다. 그러나 무한한 자원은 단지 상상일 뿐이고 실제 그러한 일은 절대로 나타나지 않을 것이므로 운영체제를 연구하는 컴퓨터 과학자들의 일거리가 금방 사라질 것 같지는 않다.

2. 대역폭 개발과 활용

이러한 자원 나누어쓰기의 문제는 통신분야에서도 똑같이 존재한다. 컴퓨터의 경우와 마찬가지로 통신교과서의 상당부분 또한 자원 나누어쓰기에 많은 페이지를 할애하고 있다.

컴퓨터에서의 중요자원이 중앙처리장치(CPU), 주기억장치, 보조기억장치, 데이터베이스 혹은 파일이라고 한다면 통신에서의 중요 자원은 무엇보다 대역폭(bandwidth)이라고 할 수 있다.

대역폭이란 정보의 전송채널이 얼마 만큼의 정보 전송능력을 갖느냐 하는 능력이고 도로에 비유한다면 도로폭이 된다. 도로의 폭이 넓어야 도로의 수송능력이 커지듯이 통신에서는 채널의 대역폭이 넓어야 채널의 전송능력이 커진다. 다른 말로 하면 통신 용량이 커지는 것이다. 통신의 원가에서 대역폭이 차지하는 비용의 몫은 거의 절대적이다.
물론 통신원가에서 스위칭장비나 단말기등도 상당 부분을 차지하기는 하나 통신채널이 차지하는 비율에는 훨씬 못미친다. 또한 스위칭장비도 어떻게 보면 대역폭을 나누어 쓰기 위한 보조장비로 볼 수 있으므로 통신원가의 대부분은 결국 대역폭의 비용이라고 볼 수 있다.
따라서 당연히 통신공학자들은 대역폭을 효율적으로 나누어 쓰는 방법을 개발하여 어떻게 통신비용을 줄일것인가에 주목하지 않을 수 없다. 똑같이 투자한 대역폭을 많은 사람이 나누어 쓰면 쓸수록 개인당 통신비용은 줄어들 수 있기 때문이다.

통신기술의 역사를 보면 그 내용의 상당 부분이 이 대역폭과의 싸움으로 볼 수 있다. 대역폭과의 싸움은 두가지로 볼 수 있는데 그 하나는 어떻게 더 넓은 대역폭을 확보하느냐 하는 것이고 또 하나는 같은 대역폭을 어떻게 효율적으로 나누어 쓰느냐 하는 것이다.

더 넓은 대역폭을 확보하고자 하는 노력은 결국 어떻게 높은 주파수의 신호를 만들고 이를 멀리까지 원형 그대로 보낼 수 있느냐 하는 것으로 귀결될 수 있는데 이는 높은 주파수를 안정적으로 만들어낼 수 있는 소자의 개발과 최근의 광통신기술로 해결되어 가고 있다.
대역폭 넓히기 작업의 첫째 목적은 넓은 대역폭을 여러 사람이 나누어 씀으로써 한사람당 통신비용을 최소화하자는 것이다.
일반적으로 대역폭을 100배 넓히면 100배 만큼의 사람이 동시에 이용할 수 있는데 반하여 대역폭을 100배로 넓히는데 소요되는 비용은 그보다 훨씬 적게 들므로 대역폭을 넓혀 나누어 쓰는 것이 통신 비용을 현격하게 낮출 수 있는 방법이 되는 것이다.

대역폭 넓히기 작업의 두번째 목적은 고속 통신 요구를 수용하기 위함이다.
모노 음악보다는 스테레오 음악을 전송하기 위한 대역폭이 더 넓어야 되고 흑백 TV보다는 컬러 TV를 전송하기 위한 대역폭이 더 넓어야 하며 기존의 TV보다는 HDTV를 전송하기 위한 대역폭은 더욱 넓어야 한다. 통신 이용자의 대부분은 사람이고(음성통신) 팩스나 컴퓨터 통신의 이용 비율은 아직 낮은 편이나 시간이 지날수록 통신이용 비율은 사람으로부터 컴퓨터 쪽으로 옮겨가고 있다.
이 또한 고속 통신 요구의 필요성이 커지고 있는 이유이다. 왜냐하면 앞으로 대부분의 컴퓨터 통신은 넓은 대역폭이 요구되는 멀티미디어 통신을 하게 될 것이기 때문이다.

3. 주파수 분할과 시분할

대역폭의 넓히기가 주로 하드웨어적인 기술에 의존한다면 대역폭 나누어쓰기 기술은 하드웨어 기술로 출발하여 최근에 와서는 소프트웨어 의존도가 매우 커지고 있다. 왜냐하면 하드웨어 보다는 소프트웨어가 휠씬 융통성을 발휘하기가 쉽기 때문이다.

정보를 전송하기 위해서는 전기 혹은 광신호를 이용해야 하는데 이런 신호는 주파수 영역과 시간 영역들로 구분할 수 있다. 따라서 대역폭 나누어쓰기도 결국 이 두가지 관점에서 출발한다.

즉 주파수 영역을 나누어쓰는 방법이 주파수 분할 다중화(Frequency Division Multiplexing) 이고 시간 영역을 나누어 쓰는 방법이 시분할 다중화(Time Division Multiplexing) 이다.

주파수 분할 다중화 방식은?

주파수 분할 다중화 방식은 마치 넓은 도로를 몇개의 차선으로 나누는 것과 똑같이 넓은 대역폭을 몇개의 좁은 대역폭으로 나누어 사용하는 것이다. 이는 하나의 큰 공간을 몇개의 방으로 나누어 사용하는 것과도 같은 개념이다.

주파수 분할 방법은 아날로그적인 방법이다. 사람의 음성이나 데이터나 주파수 분할 다중화 방법에서는 아날로그 형태로 전송되기 때문이다.

사람의 음성을 전송하기 위해서는 3KHz의 대역폭이 필요하다. 다른 말로하면 음성대역폭(voice grade bandwidth)은 3KHz이다. 따라서 여기 48KHz의 대역폭을 갖는 채널이 있다면 이를 주파수 분할하여 12명이 동시에 통화할 수 있다.
현실적으로 음성대역폭은 3KHz이지만 앞뒤의 여유를 생각하여 약간띄우기 때문에(guard band) 음성대역폭은 이 여유분을 포함하여 4KHz가 되고 48KHz÷4KHz=12가 되는 것이다.
8KHz의 대역폭을 갖는 채널을 데이터 통신에서 이용하는 경우에도 똑같다. 왜냐하면 우리가 보통 사용하는 모뎀은 음성대역폭에서 동작하는 모뎀이므로 이 모뎀 역시 여유분을 포함하여 4KHz의 대역폭이면 충분히 신호를 전송할 수 있기 때문이다.

주파수 분할 다중화 방법은 가장 고전적인 다중화 방법으로 차츰 그 이용 빈도가 줄어갈 것으로 보인다. 왜냐하면 주파수 분할 다중화 방법은 시분할 다중화 방법에 비해서 비효율적이며 앞으로는 모든 전송은 디지탈로 이루어질 것이기 때문이다.

시분할 다중화 방식은?

시분할 다중화 방법은 앞에서 말한대로 시간을 조각내어 이 조각낸 시간 단위(time slot)를 여러 이용자에게 할당하여 음성 혹은 데이타를 전송하게 하는 방법이다.

T1은 미국식의 시분할 다중화 방식이며 속도는 1.544Mbps, E1은 유럽방식으로 속도는 2.048Mbps이며 T1 다중화에는 음성 24개, E1 다중화에는 30개의 음성이 실리게 된다. 장거리 전송로에서는 이 두가지 시분할 다중화 방식이 주로 이용된다.

데이터 전송을 위한 시분할 다중화 방식에서는 앞에 설명한 기본적인 시분할 방식에서 약간 변형된 방법이 이용된다.
기본적인 시분할 다중화 방법을 동기식 시분할 다중화 (Synchronous Time Division Multiplexing)라고 하고 변형된 방법을 비동기 시분할 다중화(Asynchronous Time Division Multiplexing)라고 부른다.

4. 동기/비동기식 다중화

동기식 시분할 다중화는 시간의 조각(time slot)을 모든 이용자에게 규칙적으로 할당해주는 방법으로 이용자들이 실제로 보낼 데이타를 갖고 있거나 있지 않거나를 막론하고 무조건 타임 슬롯을 할당하게 되는데 이 경우 보낼 데이타를 갖고 있지 않은 터미널에 할당된 타임 슬롯은 낭비되게 되는 비합리적인 면이 있다.

비동기식 시분할 다중화 방법은 이러한 낭비 요인을 없애기 위해 개선된 방법으로 실제로 전송할 데이타를 갖고 있는 터미널에게만 타임 슬롯을 할당하고 여유있는 타임 슬롯은 또 다른 터미널에게 할당함으로써 동기식 방법과 같은 대역폭(속도)을 갖는 경우에도 더 많은 터미널을 지원할 수 있게 한다.
여기서 동기식이니 비동기식이라고 말하는 것은 타임 슬롯 할당의 규칙성을 두고 말하는 것으로 동기식은 규칙적으로 비동기식은 임의(random) 필요에 따라 할당하는 것을 의미한다.

동기식 시분할 다중화 방식이 동기식 단말기를 지원하고 비동기식 시분할 다중화기가 비동기식 단말기를 지원하는 방식이라고 오해하면 절대로 안된다.
비동기식 시분할 다중화기가 대역폭(채널)의 이용효율을 높여주는 것은 틀림없으나 트래픽이 모든 단말기에서 연속적으로 발생하는 경우에는 오히려 성능저하를 가져올 수 있고 전송지연이 발생할 수도 있다.
그러나 데이타 트래픽은 통계적으로 보아 모든 단말기에서 연속적으로 발생활 확률이 그렇게 크지 않기 때문에 충분히 그 존재의의가 있는 것이다. 비동기식 시분할 다중화기를 통계적 시분할 다중화기(statistical time division multiplexing)라고 부르는 이유가 여기에 있다.

또 다른 차이점은 동기식 방법이 모든 프로토콜에 대해 투명성 (transparency)을 갖는데 비해 비동기식은 프로토콜 의존적 (protocol sensitive)이라는 것이다.

이는 동기식 방법이 모든 이용자에게 사용하든지 안하든지 불문하고 타임 슬롯을 할당하므로 모든 이용자가 자신에게 할당된 최고 속도의 트래픽이 연속적으로 발생하여도 아무런 말썽이 있을 수 없는데 비해

비동기식 방법은 다중화기 간의 링크의 속도보다 더 많은 수의 단말기를 거느리게 되므로 모든 단말기가 최고 속도의 트래픽을 연속적으로 발생시킨다면 데이타의 분실 우려가 있고 분실을 막기 위해서는 흐름제어 기법이 필요한데 이 흐름제어기법은 프로토콜마다 차이가 있기 때문이다.

따라서 비동기식 시분할 다중화기에서는 포트마다 프로토콜이 다를 수 있으므로 주의를 기울여 사용해야 한다.

5. 다중화 방법의 확장

우리가 근거리통신망(Local Area Network)에서 사용하는 매체 액세스 제어(MAC: Medium Access Control) 방법도 모두 대역폭을 나누어 쓰기위한 방법의 일종이다. 다만 근거리 통신망에서 사용하는 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 나 토큰 패싱(token passing)등의 방법은 대역폭 나누어 쓰기에 교환(스위칭)의 개념이 더해진 프로토콜이다.

근거리통신망은 기본적으로 하나의 전송매체가 갖는 대역폭을 나누어 쓰고자 하는데서 출발한 것으로 볼 수 있는데 근거리통신망에는 여러개의 노드들이 연결되고 여러개의 노드간에 상호통신이 가능해야 하므로 스위칭의 개념이 필요하다.

멀티플렉싱(multiplexing)과 멀티플 액세스(multiple access)의 차이는 멀티플렉싱(다중화)은 채널의 양쪽에 연결된 상대방이 고정되어 사용되는데 반해 멀티플 액세스는 한 채널을 모든 이용자가 상호접속하여 통신할 수 있게 해주는 기술이라는 점이다.
여기서 상호접속은 결국 스위칭이며 상호접속은 절대로 동시에 일어나서는 안된다. 근거리 통신망은 하나의 채널 하나의 대역폭을 가지므로 동시에 접속이 일어난다는 얘기는 결국 충돌이 일어난다는 이야기이고 충돌이 일어난다는 것은 정보전송에 실패했다는 것을 의미하기 때문이다.

따라서 멀티플 액세스(다중 접근) 프로토콜에는 모두 충돌에 대처할 수 있는 기술(mechanism)이 포함되어 있다. CSMA/CD는 가능하면 충돌을 회피하지만 충돌의 가능성을 완전히 배제하지는 못하고 충돌이 발생했을 때의 사후 조처를 프로토콜의 알고리즘에 포함시키고 있으며 토큰 패싱 방법들은 사전에 충돌이 발생하지 않도록 프로토콜이 짜여져 있다.

ATM(Asychronous Transfer Mode)에서도 대역폭 나누어쓰기가 이루어지는데 이때 사용되는 개념은 비동기식 시분할 다중화 방법과 같으며 무선통신에서의 TDMA(Time Division Multiple Access)도 결국 시분할 방법에 근거한 멀티플 액세스 방법이다. TDMA는 위성통신에서도 이용된다.

이와같이 모든 대역폭 나누어쓰기 방법은 주파수 분할 다중화의 개념이나 시분할 다중화의 개념을 그대로 이용하거나 약간의 변형을 거쳐 만들어진다.
따라서 획기적인 새로운 방법이 등장하기 전까지는 이 두가지 방법이 대역폭 나누어쓰기 방법으로서는 계속해 쓰일 것으로 보인다.

출처 : http://www.sudo21.net/co-jb-7.htm

PCM (Pulse Code Modulation)의 원리

1. 아날로그 정보를 디지털로 바꾸어야 할 필요성

2. 아날로그 정보의 디지털 변환 과정

(1) 표본화((sampling)

아날로그 신호를 일정한 간격으로 샘플링하는 것을 표본화라고 하는데, 『샘플링 주기는 원 신호 최고 주파수의 2배의 빈도로 표본화 하면 원래의 신호는 완전히 복원된다』는 표본화 정리가 PCM의 이론적 근거로 되어 있다. 전화의 경우 최고 주파수가 4kHz(1초간 4,000번 진동)이기 때문에 2배의 8kHz, 즉 매초 8,000회의 빈도로 표본화 하면 좋다는 것이 표본화 정리인 것이다.

즉 8kHz간격 (1÷8Khz=125마이크로 초)마다 보내더라도 좋은 것이다. 이렇게 해서 매초 8,000의 표본치 하나하나가 8bit의 2진 부호화되니까 8,000×8=64,000, 즉 매초 64kbit/s 의 부호 정보가 되는 것이다.

<그림 1 > PCM의 원리

(2) 양자와(quantization)

아날로그 음성 파형은 간단히 수치화하기 힘들다. 어느 수치와 수치 사이에 있을 수 있는 수치가 많기 때문에 이를 4사 5입해서 간단한 수치로 고치는 것을 양자화라고 한다.

(3) 부호화(encoding)

양자화 값을 2진 디지털 부호로 바꾸는 것을 부호화라고 한다. 즉 LSI(대규모직접회로)가 감지할 수 있거나 없는 펄스 조합으로 표시하는 것이다.

최대 변동폭을 세밀하게 구분하면 할 수록 샘플 값을 정교하게 보낼 수가 있다. 그러나 한 개의 샘플 값을 보내는 데 필요한 [0], [1] 펄스의 수 부호화 비트 수가 늘어나면 그만큼 반도체 부품이 늘어나게 되고, 반대로 듬성듬성 부호화하여 비트 수가 적어지면 품질이 나쁘게 된다.

<그림 2 > Analog-Digital 변환의 원리

시분할 다중방식(TDM)

’84년에 고속 디지털 회선이 등장한 이후 이같은 TDM방식을 이용한 시분할 다중 장치(TDM: Time Division Multiplexer)가 널리 사용하게 되었다.

디지털 변복조의 원리와 시스템 구성(1)

최근 단말(휴대전화)을 비롯한 무선통신 시스템의 상당수가 유저의 증가에 대응하기 위해 주파수 이용 효율과 보안성을 높이고, 소형화를 목적으로 디지털화화고 있는 추세이다. 더구나 고도의 정보통신 시스템에서 변조기술은 더욱 진화되어 복잡해지고 있다.
본고에서는 데이터 통신 시스템에 이용되고 있는 핵심 기술인 디지털 변복조 방식의 원리와 그 하드웨어에 대해 기초기술을 2회에 걸쳐 해설한다.

칩스앤파츠 편집부

디지털 변조와 아날로그 변조의 차이

기본적으로 아날로그 변조와 디지털 변조는 동일

디지털 변조도 아날로그 변조와 마찬가지로 반송파의 진폭, 주파수, 위상을 변화시키는 정보전달 방법의 하나이다. 반송파의 파라미터를 변화시킨다고 하는 점에서 양자는 같다고 할 수 있다.
아날로그의 진폭변조 AM에 상당하는 것이 ASK(Amplitude　Shift　Keying), 주파수변조 FM에 상당하는 것이 FSK(Frequency Shift Keying), 위상변조(phase modulation) PM에 상당하는 것이 PSK(Phase　Shift　Keying)이다. 진폭변조와 위상변조(phase modulation)를 조합한 변조방식도 있는데, 이것을 직교진폭변조 QAM(Quadrature　Amplitude　Modulation)라고 부른다.

이산값으로 변조

아날로그 변조의 변조신호는 연속으로 변화하지만, 디지털 변조에서는 0과 1의 이산값으로 변조를 건다.
ASK에서는 반송파의 진폭값에 데이터를 대응시킨다. 그림 1에 ASK 변조파의 예를 나타낸다. 데이터 0에 진폭 0이, 1에 최대진폭이 대응한다.

디지털 복조란, 아날로그 복조와 마찬가지로 수신한 변조파로부터 보내진 변조신호를 복원하는 것이다. 송신측의 원 데이터(0, 1)를 복원하는 것을 의미한다.
그림 1의 예에서는 진폭 0을 데이터 0에, 최대진폭을 데이터 1에 대응하도록 송신측과 수신측에 정해져 있으면 수신측에서 변조파의 진폭정보로부터 판정회로를 통해 데이터를 복원할 수 있다. 이것이 디지털 복조이다.

다치변조에 의해 주파수 이용 효율 높인다
1) "심벌"이라고 하는 단위
그림 1에 나타낸 ASK에서는 제로진폭과 최대진폭이 데이터의 0과 1에 대응하고 있으며, 두 변조상태로 1비트분의 데이터를 표현하고 있다. 이 변조상태를 심벌이라고 하는 단위로 나타낸다. 그림 1의 디지털 변조파는 2심벌로 모든 데이터를 나타내는 ASK 변조파라고 할 수 있다.

2) 다치변조란
그림 1의 시간 T내의 변조파 변조상태의 수를 늘려서 1심벌로 나타내는 비트수를 2비트, 3비트로 증가시켜 가면, 같은 시간 T내에 정보를 송신할 수 있다.

그림 2에 4심벌의 ASK 변조파(4치 ASK)를 나타낸다. 반송파를 4단계의 진폭으로 변조하고 있다. 그림에 나타낸 베이스밴드 신호란, 데이터로부터 만들어진 변조용의 신호이다. 4치 ASK의 베이스밴드 신호는 4단계의 전압 레벨(4심벌)을 가지며, 1심벌로 2비트의 데이터를 표현하고 있다. 이와 같이, 하나의 심벌에 복수의 데이터를 할당하는 변조방식을 다치변조라고 한다.

3) 심벌 주파수는 낮을수록 주파수 이용 효율이 높다
심벌 주파수란 변조파가 변화하는 주파수이다.
그림 1의 ASK 변조는 1심벌을 표현할 수 있는 데이터는 하나이기 때문에 데이터를 읽어들이는 주파수(데이터 레이트)와 심벌 주파수는 같다. 한편, 다치변조에서는 1심벌로 복수의 비트 정보를 보낼 수 있으므로 데이터 레이트와 심벌 주파수는 일치하지 않는다.
같은 데이터 속도에 대해 심벌 주파수가 낮아지는 것이 다치화의 이점이다. 심벌 주파수가 낮아지면 다음에 설명하는 주파수 대역도 좁아진다.

변조신호를 LPF에 통과시킬 필요가 있다
동시에 많은 사람이 통화할 수 있는 시스템을 실현하기 위해서는 하나의 송수신 채널이 사용하는 주파수의 주파수 대역폭을 가급적 좁게 하는 것이 중요하다. 그러나, 디지털 변조 시스템에서는 베이스밴드 신호가 고조파를 많이 포함하고 있기 때문에 아날로그 변조와 같은 변조 방법으로는 1채널당의 점유대역이 넓어져 주파수 이용 효율이 매우 나빠진다.
여기서는 디지털 변조에서 일반적인 PSK를 예로 들어, 이 문제의 해결방법에 대해 설명한다.

1) 베이스밴드 신호를 그대로 변조하면
그림 3에 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조파의 예를 나타낸다.

2심벌의 BPSK는 2가지 변조상태로 1비트 데이터(0, 1)를 나타낸다. 베이스밴드 신호의 파형 상태는 2가지로 데이터 0일 때 반송파의 위상은 0 rad, 데이터 1일 때 위상은   rad 회전한다. 그림에서 알 수 있듯이, 베이스밴드 신호가 바뀔 때 변조파의 위상이   rad 회전하고 있다. 여기서 말하는 위상이란, 반송파를 기준으로 한 값으로 위상이 0 rad라고 하는 것은 변조파와 반송파와 위상이 같다고 하는 것이다. 반대로 위상 0 rad를 표시하려면 반송파 그 자체를 사용하면 되는 것이다.

그림 4에 그림 3의 BPSK 변조파의 스펙트럼을 나타낸다. 반송파의 주파수는 100MHz이다. 그림 3의 변조파 화살표의 부분에서 전압이 급변하고 있는 것에서도 예측할 수 있듯이 스펙트럼이 넓은 대역으로 분포한다. 이대로는 같은 대역에서 사용할 수 있는 송수신 채널의 수가 한정되어 버린다.

2) 베이스밴드 신호를 LPF에 통과
이 문제는 베이스밴드 신호에 LPF를 걸어 높은 주파수를 제거하고 나서 변조기에 입력함으로써 해결한다.
변조파의 대역을 제한하는 방법도 생각할 수 있지만, 반송파의 높은 주파수로 감쇠 특성의 매우 급격한 BPF가 필요하게 되므로 통상은 사용되지 않는다.

그림 5에 LPF를 통과한 후의 베이스밴드 신호와 변조파를 나타낸다. LPF의 통과대역을 심벌 주파수(500kHz)로 설정하고 있기 때문에 베이스밴드 신호의 기본파가 얻어지고 있으며 파형은 거의 사인파 형태로 된다. 변조파를 보면상하대칭의 2종류 파형이 1 s마다 나타나고 있으며, 그림 3과 마찬가지로 위상은 화살표의 포인트로   rad만큼 변화하고 있다.
그림 6에 그림 5의 파형 스펙트럼을 나타낸다. 스펙트럼의 확산이 없어져 바로 부근에 다른 채널을 설정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 그림 6에서는 알기 쉽도록 반송파 주파수를 100MHz로 변경했다.
이와 같이, 통과대역이 심벌 주파수 정도의 LPF에 베이스밴드 신호를 통과시키면, 데이터를 재현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 점유대역은 심벌 주파수에 의해 정해진다.

ASK, FSK, MSK, GMSK 변복조의 원리

ASK 변조
ASK(Amplitude　Shift　Keying) 변조회로는 그림 7(a)에 나타낸 바와 같이 곱셈기만으로 실현할 수 있다. 베이스밴드 신호가 정(+)의 값밖에 취하지 않기 때문에, AM과 같이 반송파를 나중에 가할 필요는 없다. 신호 변환기는 데이터로부터 베이스밴드 신호로 변환하는 회로이다.
복조는 그림 8에 나타낸 AM 복조기와 같은 회로로 실현할 수 있다. 변조파의 진폭 변동이 그대로 출력되어 베이스밴드 신호가 복원된다. 이것을 데이터의 0과 1 중에서 어느 쪽에 대응하는지 판정한다.
그림 7(b)은 동기검파 방식이라 불리는 복조회로의 블록도이다. 입력되는 ASK 변조파로부터 반송파 재생용 동기신호를 생성하여 VCO를 제어하고, 변조파와 주파수의 동일한 반송파를 발생시킨다. 변조파와 반송파를 곱셈한 신호를 LPF에 통과시키면 베이스밴드 신호가 얻어진다.

FSK 변조
아날로그 변조의 FM에 상당하는 것이 FSK(Frequency Shift　Keying)이다. 진폭변조의 ASK가 데이터에 진폭을 대응시키듯이 FSK에서는 데이터에 주파수를 대응시킨다.
그림 9에 FSK 변조파의 예를 나타낸다. 1과 0의 1비트 데이터가 2가지 주파수에 대응하므로 데이터가 바뀌면 그에 따라 주파수가 변한다. 변조회로는 2가지 주파수를 전환하여 발생시킨다는 것이므로 단순하게 연상하면 데이터에 따라 2가지 다른 주파수를 발생하는 발진기의 출력을 전환하면 간단하게 실현할 수 있다.

이 방법에서는 발진기를 2가지 준비해야 하지만, 그림 10(a)에 나타낸 바와 같이 데이터에 따라 VCO의 전압을 제어함으로써 다른 주파수를 생성할 수 있다. 이 방식에서는 위상을 연속으로 제어할 수 있으므로 점유 대역폭을 좁힐 수 있다.
복조는 그림 11에 나타낸 FM 복조기와 같은 회로로 실현할 수 있다. 그 외에, 그림 10(b)에 나타낸 동기검파 방식도 있다. 데이터 1에 대응하는 반송파 주파수와 데이터 0에 대응하는 반송파 주파수의 사인파를 변조파에 실어, 그 결과를 가산한다.

MSK
MSK(Minimum Shift Keying)는 FSK의 일종이며 변조파의 위상 변화가 연속성이 되도록 연구한 것으로 FSK보다 점유 대역폭이 좁아진다. 변조지수가 0.5인 FSK라고 할 수 있다. 변조지수란 변조신호에 따라 반송파의 주파수가 어느 정도 변화하는가를 나타내는 파라미터이다. 변조지수가 클수록 주파수의 변화량이 커진다.

그림 12에 MSK의 위상 동작을 나타낸다. 데이터가 1일 때는 위상이  /2 회전하도록 반송파의 주파수를 변화시킨다. 0일 때는 - /2 회전하는 식으로 주파수를 변화시킨다. 반송파의 위상은 심벌 주기마다 0,  /2,  , 3 /2 중에서 어느 한쪽으로 시프트한다. 변조파는 반드시 위상 연속으로 된다.

GMSK

MSK도 심벌의 변화점에서 위상이 급격하게 변화하기 때문에 점유하는 주파수대역은 결코 좁지는 않다. 그래서 생각해낸 것이 베이스밴드 신호를 Gauss filter라고 하는 LPF에 통과시키는 GMSK(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying)라고 하는 변조방식이다. 유럽의 휴대전화에 채택되고 있다.

각종 PSK 변복조의 원리

디지털 변조로 가장 흔히 사용되고 있는 변조방식이 PSK이다.

BPSK

BPSK는 2심벌로 1비트를 나타내는 PSK이다. 반송파의 위상 0 rad와   rad에 1비트 데이터(0, 1)가 대응한다.
위상   rad의 파형은 어떻게 해서 얻는 것일까. 그림 3에 나타낸 바와 같이 위상이   rad 변화하는 포인트에 있어서, 변조파는 파형의 중심선에 대해 선대칭의 위치로 이동한다. 따라서, 위상 0 rad를 나타내는 파형을 얻으려면 반송파에 1을 곱하고, 위상  를 나타내는 파형을 얻으려면 -1을 곱하는 된다는 것을 알 수 있다.
이것은 ASK 변조기와 같은 조작이기 때문에, 그림 7(a)의 회로로 실현할 수 있다. 단, 신호변환회로에서 생성하는 베이스밴드 신호는 심벌 주기마다 1과 0이었던 ASK와 달리, 1 아니면 -1의 신호이다.
복조회로도 마찬가지로 그림 7(b)의 동기검파 방식으로 실현할 수 있으며, 베이스밴드 신호의 전압이 1인가, -1인가를 판정함으로써 원래의 데이터를 복원한다.

차동부호화 BPSK

BPSK 복조기를 간략화할 수 있는 변조방식이다. 그림 7(b)에 나타낸 반송파 재생회로가 불필요하다. 이 방식은 반송파에 대한 절대 위상이 아니라 변조파 자신의 상대적인 위상 변화로 데이터를 나타낸다. 즉, 데이터가 0일 때는 위상을 바꾸지 않고 1일 때는   rad 회전시킨다.
BPSK에서는 반송파와 변조파의 위상을 비교하여 데이터를 복원할 필요가 있지만, 차동부호화 BPSK는 반송파가 없어도 변조파의 현재 파형과 전의 파형 위상을 비교하여 데이터를 재현할 수 있다.
표 1에 데이터와 변조파의 위상 관계를 나타낸다. 부호는 변조파의 위상에 대응한다. 표에서 알 수 있듯이 현 데이터에 대응하는 부호는 하나전의 부호와 현 데이터와의 배타적 논리합(ExOR)으로 변환할 수 있다는 것을 알 수 있다.
그림 13(a)에 차동부호화 BPSK 변조회로의 블록도를 나타낸다. 베이스밴드 신호는 심벌 주기 T의 지연회로를 이용하여, 하나전의 데이터와 현 데이터의 배타 논리합을 취하여 발생시킨다.
그림 13(b)에 차동부호화 BPSK 복조회로의 블록도를 나타낸다. 심벌 주기 T만큼 지연시켜 복조하므로 지연검파기로 불린다. 현 변조파와 1심벌 주기전의 변조파를 곱함으로써 위상차에 따른 출력이 얻어진다.

QPSK

QPSK(Quadrature PSK)는 4치변조의 PSK이다. 하나의 위상에 2비트를 대응시키고 있다. 4치 ASK와 마찬가지로 4가지 2비트 데이터 (0, 0)(0, 1)(1, 0)(1, 1)를  /4, - /4, 3 /4, -3 /4에 대응시킨다.

1) 변조 상태의 표현
QPSK의 위상 변화 모양은 BPSK와는 달리, 파형으로는 이해하기 어려우므로 그림 14에 나타낸 직교좌표를 이용하는 것이 일반적이다. 직교좌표의 수평축을 I축(In-Phase: 동위상), 수직축을 Q축(Quadrature: 직교)이라 부른다. 또, 이 심벌 배치의 그림을 콘스털레이션(constellation)이라 부른다.

BPSK의 심벌을 이 직교좌표에 기입해 보기로 한다. BPSK의 변조파 상태는 위상 0 rad 아니면   rad로 그림 14(a)에 나타낸 바와 같이 원점을 삽입하여 I축상에 대칭으로 배치된 2개의 점으로 표시된다. 마찬가지로 QPSK의 변조파 상태는 그림 14(b)와 같이 4개의 점으로 표시된다.

2) QPSK 변조파의 생성법
그림 14(b)의 심벌은 위상각이 아니라 I성분과 Q성분으로도 표현할 수 있다. 자세한 산출법은 설명하지 않지만, QPSK 변조파의 I성분을 I(t), Q성분을 Q(t)로 하면, QPSK 변조파  C(t)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

식(1)은 2비트의 데이터로부터 2개의 베이스밴드 신호 I(t)와 Q(t)를 생성하여, I(t)에 cos( Ct)를, Q(t)에 -sin( Ct)를 곱하여 더하면 생성할 수 있다는 것을 의미하고 있다. 그림 15에 QPSK 변조기의 블록도를 나타낸다.

3) 변조회로
  시리얼-패럴렐 변환회로
시리얼 데이터를 들어오는 순서에 따라 2가지 출력으로 배분한다. 예를 들면, 그림 15의 시리얼-패럴렐 변환회로에 데이터 I1, Q1, I2, Q2가 입력되면, 단자 O1에 I1, I2가, 단자 O2에 Q1, Q2가 출력된다.

신호 변환회로
그림 14(b)에 나타나 있는 2비트 데이터와 I-Q 좌표의 관계를 보기 바란다. 데이터의 0은 좌표상의 1에, 데이터의 1은 좌표상에서는 -1에 대응한다. 신호 변환회로는 시리얼-패럴렐 변환회로로부터 출력되는 데이터에 대해서 (0 1),(1 -l)의 변환처리를 하여 베이스밴드 신호를 생성한다.

  직교 변조기
베이스밴드 신호로부터 변조파를 발생하는 회로이며 식(1)을 표현하고 있다. 반송파를 cos( C1)로 하면, -sin( Ct)는 반송파의 위상을  /2 시프트한 파형이므로 그림 15(a)의 회로에서 변조파를 발생할 수 있다. 예를 들면, 어떤 시간 t1일 때의 I(t1)과 Q(t1)의 값이 각각 1과 -1이었다고 하면, t1일 때 직교 변조기의 출력  C(t1)은,

으로 된다.

4) 점유 주파수 대역은 BPSK의 1/2
데이터는 시리얼-패럴렐 변환회로에서 2분할되므로 베이스밴드 신호의 주파수(심벌 주파수)는 입력 데이터의 데이터 레이트의 1/2이다.
QPSK와 BPSK의 심벌 주파수가 같을 때, QPSK의 데이터 레이트는 BPSK의 2배이므로 QPSK는 BPSK의 2배의 데이터를 전송할 수 있다. 반대로 말하면, 같은 데이터 레이트로 전송하는 경우는 심벌 주파수가 BPSK의 1/2로 되어 점유 주파수 대역은 1/2로 해결된다.

그림 16에 실제 QPSK의 베이스밴드 신호를 직교좌표로 표시한 파형을 나타낸다. 4개의 심벌과 각 심벌간을 이동하는 궤적을 확인할 수 있다.
그림 17에 데이터 레이트가 10Mbps일 때의 BPSK와 QPSK의 변조파 스펙트럼을 나타낸다. QPSK 쪽이 1/2의 대역으로 해결되는 것을 알 수 있다.

5) 복조회로
그림 15(b)에 동기검파 방식의 복조기를 나타낸다.
직교 변조기의 반송파와  /2 위상 시프트한 반송파를 변조파와 곱한다. 얻어진 2개의 신호를 베이스밴드 신호만을 통과할 수 있는 LPF를 통하게 되면, I신호와 Q신호를 재생할 수 있다. 판정회로는 수신회로에 있던 신호 변환회로와 반대의 변환 조작을 하여 I신호와 Q신호의 전압으로부터 시리얼 데이터를 복원한다.

 /4 시프트 QPSK

1) QPSK의 문제점
그림 16에 나타낸 QPSK의 콘스털레이션을 보면, 예를 들어 (0, 0)에서 (1, 0)로 데이터가 변화할 때, 원점으로부터의 거리, 즉 변조파의 진폭은 거의 변화하지 않는다. 그러나, 대각의 정점에 있는 심벌로   rad 이동할 때, 예를 들어 (0, 0)에서 (1, 1)로 데이터가 변화하는 경우는 궤적이 원점을 통한다. 즉, 변조파의 진폭이 최대 진폭에서 제로로, 그리고 최대 진폭으로 크게 변화한다. 이것은 변조회로와 안테나의 사이에 있는 파워앰프에 선형성의 양호도, 즉 낮은 레벨의 신호나 큰 레벨의 신호도 같은 이득으로 증폭할 수 있는 특성이 요구된다는 것을 의미하고 있다.

2)  /4 시프트 QPSK란
이 변조는 그림 18에 나타낸 바와 같이, 2개의 심벌군을 교대로 사용한다. 각 심벌간의 위상차는  /4 rad로 된다. 파워앰프에 선형성이 그다지 요구되지 않으므로 휴대전화 등에 채용하고 있다. 심벌의 배치는 차동부호화 BPSK와 마찬가지로 하나전의 심벌과의 위상차에 의해 결정한다.

2비트의 데이터가(0, 0)에서  /4, (1, 0)에서 3 /4, (1, 1)에서 -3 /4, (0, 1)에서 - /4 회전하는 것으로 가정한다. 현 심벌에서 다음 심벌의 이동은 4개의 회전각 중에서 정해지므로, 그림 19에 나타낸 바와 같이 궤적은 4개의 화살표 중의 하나이다. 따라서, 위상차가  로 되어 원점을 지나는 일이 없어져 변조파의 진폭 변동이 작아진다. 그림 19의 콘스털레이션에서도 심벌간을 이동할 때의 궤적이 원점을 통과하지 않는다는 것을 알 수 있다.

3) 변조회로
그림 20(a)에  /4 시프트 QPSK 변조기를 나타낸다.  /4 시프트 QPSK 변조는 현재의 심벌과 하나전 심벌간의 위상차를 데이터로 하므로 그림 15의 QPSK 변조기에 차동부호화 회로를 추가한다. 차동부호화 회로는 하나전의 베이스밴드 신호와 현 데이터로부터 다음 베이스밴드 신호를 생성한다.
그림 20(b)에 지연검파 방식의  /4 시프트 QPSK 복조기를 나타낸다. 차동부호화 BPSK와 마찬가지로, 1심벌전의 변조파를 현재의 변조파에 실음으로써 전후 2심벌간의 위상차를 검출한다.

OQPSK

OQPSK(Offset QPSK)는 변조파의 진폭 변동을 줄이기 위해 심벌의 궤적이 원점을 지나지 않도록 고려된 변조 방식의 하나이다. 그림 21에 나타낸 바와 같이, 직교 변조기에 들어가는 다른 한쪽의 베이스밴드 신호를 심벌 주기 T의 1/2만큼 오프셋 시킨다.
이에 따라, 베이스밴드 신호 I, Q의 위상 변화가 교대로 이루어지므로 최대 회전각을  /2로 제한하게 된다. 즉, 대각의 심벌로 이동할 때도 사각의 외주를 이동하는 식으로 궤적을 그리므로 원점을 지나는 일이 없어져 진폭 변동이 억제된다.

출처 : http://www.chips-parts.com/index.cgi?action=detail&number=803&thread=35

디지털 변복조의 원리와 시스템 구성(2)

최근에는 단말(휴대전화)을 비롯한 무선통신 시스템의 상당수가 유저의 증가에 대응하기 위해 주파수 이용 효율과 보안성을 높이고, 소형화를 목적으로 디지털화화고 있는 추세이다. 더구나 고도의 정보통신 시스템에서 변조기술은 더욱 진화되어 복잡해지고 있다.
본고에서는 데이터 통신 시스템에 이용되고 있는 핵심 기술인 디지털 변복조 방식의 원리와 그 하드웨어에 대해 지난 호에 이어서 기초기술을 해설한다.

자료제공 : 칩스앤파츠 편집부

QAM의 원리와 변복조기의 구성

QSM의 원리
지난 호에서, 다치화함으로써 같은 점유 대역폭에서도 많은 데이터를 보낼 수 있다고 설명했다. 그러나, ASK나 PSK에서 다치화를 진행해 나가면 그림 22(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 심벌간의 거리가 가까워져 심벌 하나하나를 구별하기가 어려워진다. ASK에서는 I축상에만, PSK에서는 원주상에만 심벌이 존재하여 평면상을 좋은 효율로 사용하지 않는다는 것을 알 수 있다. 그래서, 그림 22(c)와 같이 진폭과 위상의 양쪽으로 데이터를 대응시킨 변조방식이 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)이다.

QAM 변조파를 발생시키려면 QPSK 변조에서 -1과 1밖에 취하지 않았던 진폭을 변화시키면 된다. 즉, 위상이  /2 rad 다른 사인파를 진폭변조하게 된다. 이 위상이  /2 rad 다른 사인파는 직교하고 있으므로 직교 진폭변조 QAM이라 부른다.
그림 23에 16 QAM의 심벌 배치를 나타낸다. 16심벌이 있으므로 I와 Q 각각 4치의 조합으로 16점(=4 4)을 결정한다. 그림에서는 I와 Q 각각 등간격으로 4치를 배치했다. 정수로 했으므로 값은 -3, -1, 1, 3으로 된다.
QAM는 다치변조가 기본으로 16 QAM이 가장 심벌수가 적은 변조방식이다. 현재는 64 QAM, 256 QAM 등이 실용화되어 있다.

복조시 오류를 줄이는 그레이 부호에 대하여
그림 24에 4비트 데이터를 16 QAM의 16심벌에 대응시킨 심벌 배치를 나타낸다. 이와 같이 16 QAM에서는 4비트를 1심벌로 하여 데이터를 보낸다.
그림 24에서 알 수 있듯이 I축 방향이나 Q축 방향으로 심벌을 하나 이동했을 때, 4비트의 데이터 중에서 변화하는 것은 1비트뿐이다. 이것은 복조시 데이터의 판정 오류를 최소한으로 줄이는 연구이다. 서로 인접한 심벌의 변조파 상태는 비슷하기 때문에 인접한 심벌로 오판정할 가능성이 있다. 그러나 그림과 같이 데이터를 나열해 두면 인접한 데이터로 잘못 알아도 1비트의 실수로 해결된다. 이것을 그레이 부호(Gray Code)라고 한다. 사실, 지난 호에서 설명한 그림 14(b)의 QPSK도 그레이 부호로 되어 있다. 그림 25에 2비트의 그레이 부호 발생기를 나타낸다.

변조기의 기본 구성
그림 24에 나타낸 바와 같이 그레이 부호화에 의해 축 방향으로 심벌을 이동했을 때 변화하는 데이터는 1비트뿐이다.

여기서 4비트의 데이터를 상위 2비트와 하위 2비트로 나누어 생각해 보기로 한다. I축 방향으로 이동할 때는 어느 심벌에서나 상위 2비트만 변화한다. 또, Q축 방향으로 이동할 때는 반드시 하위 2비트만 변화한다. 그래서 16 QAM 변조기는 상위 2비트를 I, 하위 2비트를 Q에 할당하여 모든 데이터를 변조한다.
그림 26(a)에 16 QAM 변조기를 나타낸다. 전송되어 온 4비트 데이터를 시리얼-패럴렐 변환회로에서 상위 2비트와 하위 2비트로 나눈다. 나눈 2비트씩 그레이 부호화하여 베이스밴드 신호를 생성한다. 그림 27에 16 QAM의 콘스털레이션을 나타낸다.

출처 : http://www.chips-parts.com/index.cgi? action=detail&number=875&thread=35

Servo Motor

1. 서보(Servo)의 정의

로봇의 팔을 움직인다든지 CNC(Computer Numerical Control, 수치 제어) 공작기계 위치결정에 사용되는 모터를 서보 모터라고 부르고 있다.
여기에서, “서보(Servo)”란 “서보 메커니즘(Servo Mechnism)”의 줄임말로서 일본 공업 규격(JIS)에서는 “물체의 위치, 방위, 자세 등을 제어량으로 하고 목표치의 임의 변화에 추종하도록 구성된 제어계”라고 정의되어 있다.
또한 서보(Servo)는 Servant(하인)라는 단어에 기인하였다고 하는데, 이는 “주인에 충실한”이라는 의미를 가지고 있다. 즉 서보 모터란 “주인의 명령에 충실하게 동작하는 모터”를 나타내며 동작이란 위치, 속도 및 가속도의 3요소를 말하지만 실제로 서보 모터의 적용에 있어서 위치 제어를 위한 적용처와 속도 제어를 위한 적용처의 두가지로 나타내어질 수 있다. 위치 제어에는 속도를 제어하여 위치를 추종하게 되고 속도 제어에는 순간 가속도를 제어하여 추종하게 된다.
서보 모터는 일반 모터와는 달리 빈번하게 변화하는 위치나 속도의 명령치에 대하여 신속하고 정확하게 추종할 수 있도록 설계된 모터를 의미한다. 서보 모터는 급가속 및 급제동에 대하여 대응할 수 있는 구조를 가지고 있어야 한다. 따라서 서모 모터는 다음과 같은 두가지의 조건을 만족해야 한다.
 ▶ 큰 회전력(토크, Torque)을 가질 것
 ▶ 회전자(Rotor)의 관성 모멘트가 작을 것

위의 두가지 조건을 만족하는 것이 DC 모터 이다. 이 때문에 DC 모터는 오랫동안 서보 모터로 사용되어 왔고 일반 모터보다 위의 큰 토크를 가지고 회전자 관성을 줄이기 위하여 회전자가 가늘고 긴 구조를 가지며 영구자석으로 여자속을 만들어 크기를 줄이고 작으면서도 큰 토크를 만들 수 있도록 하고 있다.
그러나 앞절에서도 언급한 바와 같이 DC 모터는 브러시가 마찰에 의하여 마모되어 유지 보수가 필요하고 브러시의 마모에 의한 분진이 발생하며 브러시를 통하여 권선에 전류가 흐르게 됨으로 발생하는 전기적인 스파크와 노이즈로 인하여 여러 가지 문제점을 야기시키고 있다.
이에 AC 모터의 구조를 가지며 DC 모터의 특성을 가지는 AC 서보 모터를 많이 사용하고 있으며 AC 서보 모터를 구동하기 위한 전력전자기술과 제어기술의 발달로 시스템가격이 DC 서보시스템과의 격차가 생기지 않아 AC 서보시스템으로의 전환이 가속화되고 있다.

2. 서보 모터의 분류

서보 모터(Servo motor)는 경량, 소형, 설치의 용이성, 고효율성, 정확한 제어성, 유지 보수의 용이성 등의 특징들을 갖추어야 한다. 특히 무인화공정 및 24시간 공정에 적용되는 서보 모터의 경우에는 유지 보수가 용이한 서보 모터의 특징이 커다란 이점으로 작용한다.
서보 모터는 크게 DC 서보 모터와 AC 서보 모터로 구분되어지고, 특히 AC 서보 모터는 DC 서보의 구조를 반대로 한 것과 같다고 하여 브러시리스 서보 모터(Brushless Servo motor)라고 한다.

2.1 DC 서보 모터

DC 서보 모터(DC Servo motor)는 앞에서도 언급한 바와 같이 고정자(Stator)측 구성은 기계적 지지를 목적으로 하는 원통형의 프레임과 프레임 내경에는 영구 자석이 부착되어 있다. 회전자(Rotor)의 구성은 샤프트와 샤프트 외경에 정류자 및 회전자 철심이 부착되어 있고, 회전자 철심 내부에는 전기자 권선이 감겨져 있다.
정류자를 통하여 전기자 권선에 전류를 공급하는 브러시(Brush) 및 브러시 홀더가 부착되어 있다. 모터의 뒤쪽에는 모터의 회전속도 혹은 위치를 검출하기 위한 검출기가 붙어 있는데, 이는 광학식 엔코더 혹은 발전기의 원리를 이용한 타코 제너레이터가 많이 사용된다.
DC 서보 모터는 토크와 전류가 비례하여 선형 제어계의 구성이 가능함으로 비교적 간단한 회로로 안정된 제어계 설계가 가능하다. DC 서보 모터의 구동방식은 반도체 스위칭소자를 이용한 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation)방식이 주류를 이룬다.
이 방식은 상용 AC 전원을 정류하여 DC 전원을 얻고, 이러한 DC 전원이 모터에 인가되는 시간폭을 가변시킴으로써 결국 모터에 인가되는 평균 전압의 크기를 조절하는 방식이다. 자세한 내용은 뒤에서 언급하겠다.

2.2 AC 서보 모터

AC 서보 모터(AC Servo motor)의 구조는 DC 서보 모터의 고정자(Stator)와 회전자(Rotor)측을 바꾸어 놓은  것과 같이 구성되어 있다. 고정자측 구성은 기계적 지지를 목적으로 하는 원통형의 프레임과 프레임 내경에 원통형의 고정자 코어(Stator Core)가 있고 코어에 전기자 권선이 감겨져 있다.
권선 끝단에는 리드선이 나와 있어 전류와 전압, 즉 전력이 공급된다. 회전자(Rotor)측의 구성은 회전 축(Shaft)와 그 외경에 영구 자석이 붙어 있다.
따라서 AC 서보 모터는 DC 서보 모터와 같은 브러시가 필요없이 고정자측에 전력을 공급할 수 있으며, 이와 같은 구조로 AC 서보 모터를 브러시없는 서보 모터, Brushless Servo motor라고도 한다.
AC 서보 모터로써 널리 사용되는 브러시리스 서보 모터는 다음과 같은 장점을 가지고 있다.
 ▶ 기계적 구조가 간단하여 최대 속도가 높다.
 ▶ 권선이 고정자에 있어 용량을 크게 할 수 있다.
 ▶ 구조가 밀폐형으로 환경이 나쁜 곳에서도 신뢰성이 높다.
 ▶ 유지 보수의 용이성과 기계적 마찰이 없어서 소음이 작다.

이와 같은 장점을 가진 AC 서보 모터는 다음과 같은 이유로 인하여 산업현장에서 그 적용처가 늘어나고 있다.
 ▶ 새로운 전력 제어 파워소자들의 개발로 가격이 저렴하여졌다.
 ▶ PWM 인버터의 전류 제어기술이 더욱 발달되어졌다.
 ▶ 새로운 영구 자성재료가 개발되었다.
 ▶ 센서기술이 발달되었다.
 ▶ 제품이 소형화되었다.

위와 같은 내용을 요약하면 AC 서보 모터는 DC 서보 모터의 제어특성을 가지고 있으며 구조적으로 간단하고 견고한 구조를 가지고 있다는 것이 큰 장점으로 할 수 있다.
AC 서보 모터와 DC 서보 모터의 특징을 비교하면 <표 1>과 같다.

<표 1> DC 서보 모터와 AC 서보 모터의 특징 비교

3. 서보 모터의 구동시스템

브러시리스 서보 모터의 구동시스템은 <그림 2>에서 보는 바와 같이 컨버터, 인버터와 제어기 그리고 서보 모터로 구성되어 있다.
브러시리스 서보 모터는 앞절에서 설명한 바와같이 DC 서보 모터와는 달리 고정자에 3상 전류를 회전자의 자극과 동기시켜 회전시키는 구동방법을 사용하고 있다.

따라서 센서는 서보 모터를 구동하기 위한 회전자의 위치를 검출하여 회전자의 현재 위치에 맞는 전류를 공급하기 위한 위치를 검출할 수 있는 엔코더(Encoder), 혹은 레졸버(Resolver)를 주로 사용한다. 그리고 속도를 검출하는 센서는 타코(Tacho)센서를 주로 사용하나 브러시리스 서보 모터, 즉 AC 서보 모터에서는 회전자의 위치를 검출하여야 함으로 잘 사용하지 않고 내부에서 연산하여 검출한다.
최근에는 센서없이 모터에 흐르는 전류와 모터에서 검출되는 전압을 가지고 구동을 하는 센서없는 구동법, 즉 센서리스 제어방법에 의하여 센서없이도 서보 모터를 구동하기도 한다.
그리고 서보시스템에서는 서보 모터에 흐르는  전류를 제어하여 모터에서 발생하는 토크를 제어하게 된다. 그래서 전류를 검출하기 위한 전류 센서를 가지고 있다. 전류센서로는 홀센서 혹은 선간 저항에 의한 전압 차이를 검출하는 센서를 이용하기도 한다.
<그림 3>은 3상 전류 제어형 PWM 인버터의  단순도로써 6개의 전력 스위칭소자로 구성되어 있다. 인버터는 DC 입력 전원으로부터 3상 AC전원으로 변환하는 전력 변환장치로 전류원 인버터와 전압원 인버터의 두가지 형태가 있는데 서보 모터를 구동하기 위한 인버터는 전압원 인버터가 주로 적용된다.

전압원 인버터는 입력된 DC전원을 이용하여 제어하고자 하는 대상에 주파수를 갖는 펄스 열로써 전압은 인가하여 펄스폭을 변조하여 제어하고자 하는 전압과 전류를 공급하여 줌으로 제어를 하게 된다.
<그림 3>에서 나타낸 바와 같이 AC 서보 모터에 3상의 전력을 공급하기 위해서는 6개의 스위칭소자가 필요하며 이러한 인버터를 3상 풀 브릿지(3-Phase Full Bridge) 인버터라 한다.
컨버터는 AC 전원으로부터 DC 전원을 만들어내는 전력 변환기로 정류회로를 지칭하며 서보 모터를 구동하기 위한 컨버터로는 단순히 입력 AC 전원을 DC 전원으로 변형하는 정류회로가 사용되며 출력되는 DC 전원의 전압을 제어하는 등의 복잡한 형태의 컨버터는 적용되지 않는다.
위에서 설명된 구성회로는 브러시리스 서보 모터 구동시스템의 주요 구성부로써 제어기는 센서로부터 입력되는 속도, 위치, 전류의 데이터를 이용하여 제어기에 주어진 제어명령에 서보 모터가 가장 잘 추종하도록 제어하는 기능을 한다. 이와 같이 구성되어 제어되는 시스템을 서보 모터시스템이라 한다. 이러한 제어구조를 조금 더 자세하게 살펴보면 <그림 4>와 같이 나타낼 수 있다.

<그림 4>에서와 같이 브러시리스 서보 모터의 전류 제어는 모터에 인가되는 전류를 검출하고 제어기 전류 명령과 전류 제어 상변환기의 출력을 연산 전류 에러값을 구하고 제어이득(Control Gain)을 곱하여 인버터에 입력되면 인버터에서는 DC 전원을 입력받아 PWM 제어를 통하여 모터에 전력을 공급하도록 구성된다.
앞에서 언급한 바와 같이 모터의 제어는 모터에 공급되는 전류에 의하여 모터에서 발생하는 토크를 제어함으로 이루어지게 된다. 따라서 서보 모터에 있어서 제어의 핵심이 되는 부분은 전류를 제어하는 전류 제어계라고 할 수 있으며, 이를 토크 제어라고도 한다. 위와 같이 구성되는 브러시리스 서보 모터의 제어시스템은 뒤에서 좀더 자세히 언급하도록 하겠다.

4. 풀 디지털 서보 드라이버 (Full Digital Servo Driver)

서보 모터를 구동하기 위하여 앞에서 설명한 바와 같이 서보 모터는 모터 단독으로 구동할 수 없으며 모터를 구동하기 위한 장치가 필요하게 된다.
이러한 구동장치를 드라이버(Driver)라고 부르며 브러시리스 서보 모터를 구동하기 위한 서보 드라이버를 AC 서보 드라이버라고 한다.
모터를 제어하는 전압과 전류는 연속적인  물리량을 갖고 있다. 이러한 연속적인 물리량을 시간축에 대하여 끊어짐없이 연속적인 제어를 실시하는 것이 아날로그 제어방식이다.
즉 아날로그 제어는 연속적인 물리량에 대하여 회로에 구성된 제어회로소자의 시간 지연만이 존재한다. 그러나 아날로그 제어는 제어기의 구성이 하드웨어에 준하여 구성되어 회로의 변경이 용이하지 않고 하드웨어적 연산을 실시하게 되어 회로가 복잡하여지고 제어계 전체에 외란(Noise)이 작용할 위험이 많다.
또한 제어기 입력 전압의 변동에 따라 모터 제어의 변수들이 변화되어 제어상태가 불완전한 요소를 상당부분 발생시킬 우려가 있다.
특히 서보 모터 드라이버의 경우 모터에 작용하는 부하의 변동에 따라 모터에 인가되는 전류의 변동이 심하고 모터를 제어하기 위한 인버터는 고전압의 DC 전원을 스위칭하여 PWM 제어를 하게 됨으로 노이즈가 많이 발생하게 된다.
그러므로 아날로그 제어방식을 사용하던 기존의 서보 모터 드라이버는 드라이버에 입력되는 전압의 변동 및 외부 환경에 민감하게 반응하는 사례가 많이 발생되어, 이를 개선하기 위한 방법이 개발되게 되었다.
최근 디지털회로 및 마이크로 프로세서의 발달에 따라 고속 고성능의 연산을 수행할 수 있게 되고 최근에 발표된 디지털신호 처리기(Digital Signal Processor, DSP)는 수치 연산을 고속으로 수행할 수 있게 되어 제어기의 디지털화가 가속되었다.
이에 따라 아날로그 제어의 문제점을 개선하여 외란에 강하고 소프트웨어에 의한 처리가 가능하여 짐에 따라 보다 다양하고 유연한 제어기를 구성할 수 있게 되며 복잡한 제어 알고리즘을 적용할 수 있게 되었다.
최근 유통되고 있는 AC 서보 드라이버는  “Full Digital”이라는 용어를 자주 사용하고 있다. 이는 제조회사별로 개발된 내부회로의 구성이 아날로그회로가 아닌 디지털회로만으로 구성되어 있다는 것을 의미하며 고성능의 마이크로 프로세서 혹은 DSP를 채용하여 연산을 할 수 있도록 하여 성능 개선 및 고기능을 할 수 있는 서보 드라이버를 개발하고 있다.
디지털 제어는 아날로그 물리량을 디지털의 수치값으로 변환하여 프로세서에서 연산에 의하여 제어하는 구조로서 아날로그 물리량을 디지털신호로 변환하는 변환기와 다시 디지털신호를 아날로그 물리량으로 변환하는 변환기가 적용되어야 한다. 이와 같은 구조를 <그림 5>에 나타내고 있다.

<그림 5>는 디지털 제어에 대한 간락한 신호체계를 나타낸 것으로 오차신호의 연산에서부터 디지털 제어는 마이크로 프로세서에서 수행이 되어진다.
따라서 아날로그회로에서 구성되어지는 복잡한 제어회로는 디지털의 마이크로 프로세서가 담당하게 되어 서보 드라이버의 디지털화는 아날로그 제어의 문제점을 없애며 드라이버의 크기를 획기적으로 줄일 수 있게 됐다. 또한 디지털화가 이루어지면서 드라이버의 하드웨어에 대한 부담이 줄고 드라이버 구동의 핵심기술은 소프트웨어에 있게 되었다.
<그림 5>의 제어구조를 간단하게 설명하면 제어대상은 서보 모터로서 서보 모터의 출력은 아날로그 물리량을 가진다. 이에 대하여 아날로그 물리량을 검출하는 검출센서를 통하여 입력되어진 신호는 아날로그 디지털 변환기를 통하여 마이크로 프로세서에 입력되어지며 마이크로 프로세서에서는 주어지는 명령과의 값을 비교하고 그 오차값을 구하여, 적절한 자동 제어 알고리즘을 수행하게 된다.
연산된 결과는 다시 디지털 아날로그 변환기를 통하여 서보 모터에 전달되고 서보 모터는 물리적인 물리량으로 출력을 하도록 구성된 시스템이다.
여기에서 서보 모터의 출력은 물리적인 정량값이 된다. 그러나 서보 모터에서 구동하는 기계기구는 회전속도에 따라 혹은 시간에 따라 물리적인 정량값이 변하게 된다. 이에 대하여 서보 모터의 출력이 적절하게 대처하지 못하면 회전속도의 변화가 나타나게 되는데 회전속도의 변화율이 허용오차보다도 크게 되면 제어가 된다고 볼 수 없다.
따라서 외부에서 주어지는 물리량, 즉 외란에 대하여 서보 모터는 강인한 출력을 가지도록 하여야 한다. 이러한 강인한 제어구조를 구성하기에는 복잡한 제어 알고리즘이 필요하게 되고, 이는 아날로그회로로 구성하기가 어렵다.
디지털 제어는 프로세서의 소프트웨어에서 처리하게 되어 외란에 대하여 보다 강인한 서보 드라이버의 탄생에 큰 역할을 하였다고 할 수 있다.
이에 따라 고정도, 고신뢰성의 서보 드라이버의 탄생을 유도할 수 있게 되었다. 위에서 언급한 디지털 서보 드라이버의 장점을 정리하면 다음과 같다.
 ▶ 하드웨어(회로)의 변경없이 제어구조의 변경이 가능하다.
 ▶ 소프트웨어에 의하여 하드웨어상에서 혹은 기계기구상에서 발생하는 외란을 보상할 수 있다. 그러므로 강인한 제어계를 구성할 수 있다.
 ▶ 마이크로 프로세서를 내장하고 있기 때문에 다른 이 기종과의 통신이 가능하고 주 제어 컴퓨터와의 통신이 가능하여 대규모 시스템에 대한 관리가 쉬워진다.
 ▶ 하드웨어구조가 간단하여 제작비용을 줄일 수 있고 드라이버의 크기를 작게 할 수 있다.
 ▶ 회로의 부품이 작아 소비전력이 작아지고 신뢰성이 높다.

위에서 디지털 서보 드라이버의 특장점에 대하여 기술하였다. 최근에 판매되고 있는 서보 드라이버는 대부분이 디지털 서보 드라이버이며 서보 모터의 크기도 대폭 축소되었지만 드라이버의 크기도 구세대 서보 드라이버에 비하여 그 체적이 1/4 정도 감소한 것을 볼 수 있다.
지금까지 모션 제어를 하기 위한 모터의 종류 및 특징에 대하여 알아보고 정밀 제어에 사용되는 서보 모터의 개론에 대하여 알아보았다.

 펌 : Technonet

미국 특허청은 최근 특허 검사 과정을 더 효율적으로 하기 위하여 새로운 규칙들을 발표하였다. 2007년 11월 1일부터 시행되는 이 규칙들은 출원자가 그들의 특허 청구 범

특허청장 존 두다스는 “특허의 질은 출원자와 특허청 공동의 책임이다. 양질의 특허 출원은 더 효율적인 검사를 낳기 마련이다. 이러한 새 규칙들은 특허 검사에 더 초점을 맞추게 하고 검사를 더 신속히 종결시키며 출원인과 공공의 이익들 간에 균형을 맞추게 해준다”고 설명하였다.

이 규칙들은 작년 초 제안된 규칙들을 대중들로부터의 의견 수렴을 거쳐 개정한 것이다. 이 새로운 규칙 하에서 출원자는 특허 출원을 연달아 두 건을 할 수 있고 당연한 권리로서 지속적인 검사를 한 번 요청할 수 있다. 또한 각 출원인은 25건까지의 청구항을 청구하고 그 중 5건 미만이 출원인의 별도의 노력 없이 독립적인 청구항으로서 청구될 수 있다(5/25 rule). 그러나 이러한 조건 외에도 새로운 규칙에 의하면 출원인이 추가의 청구항을 위해서는 추가의 보충 정보를 제공하여야 한다.

5/25 rule과 별도로 그 이상의 청구항을 내고 싶은 사람들은 검사 지원 문서(examination support document) 를 작성하여야 한다. (http://www.uspto.gov/web/offices/pac/dapp/opla/presentation/ccfrslides.ppt#452,80,Examination Support Document 37 CFR 1.265(a)(2) and (c) 참조) 검사 지원 문서의 정확한 작성은 추가의 청구항의 검사를 위하여 중요하며 다음과 같은 사항들을 포함하여야 한다. 1) 선행 조사(선행 조사가 적절한 규칙에 의하여 이뤄졌음을 설명하는 내용, 선행 조사가 이뤄진 날짜 등의 정보) 2) 각 청구항에 가장 적합한 참고 문헌의 목록 3) 각 참고 문헌에서의 청구항 한계 4) 특허 가능성에 대한 자세한 설명. 또한 참고 문헌의 목록과 함께 그 사본도 필요하며 비영어 문헌의 경우 영문 번역도 필요하다.

이러한 과정은 특허 출원 심사 과정에서 명확성을 부여할 것으로 특허청은 기대하고 있다. 결과적으로 출원의 질도 향상되고 검사의 연장을 피할 수 있을 것이다. ( 새로운 규칙들의 내용은 기존 출원보다 더 자세한 문서 작성을 요구하므로 출원자의 부담을 가중할 것으로 보인다. 기사 작성자 의견)

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』

출처 : Tong - ssabro님의 VoIP/VOD/IPtv/IMS통

Basic Researches

1. SIP : Session Initiation Protocol

SIP(Session Initiation Protocol)는 signaling protocol인 ITU-T의 H.323에 대응되어, IETF에서 개발되어 제안된 프로토콜로서 단말간 또는 사용자들간에 session의 setup 및 그 제어를 위한 것이다. 이는 기존의 VoIP 서비스뿐만  아니라 다양한 서비스의 호 설정을 가능하게 한다.

SIP는 매우 간단한 텍스트 기반의 응용계층 제어 프로토콜로서, 하나 이상의 참가자들이 함께 세션을 만들고, 수정하고 종료할 수 있게 한다. 이러한 세션들에는 인터넷을 이용한 원격회의, 전화, 면회, 인스턴트 메시징(SMS) 등이 포함된다. 또, 하위에 있는 패킷 프로토콜 (TCP, UDP, ATM,  X.25)등에 독립적이다.

SIP는 텍스트 기반의 SMTP와 HTTP 이후에 설계되었다. SIP는 클라이언트들이 호출을 시작하면 서버가 그 호출에 응답을 하는 클라이언트/서버 구조에 기반을 두고 있다. 이렇게 기존의  텍스트  기반 인터넷 표준들에 따름으로써, parsing, extension과 debugging 등이 매우 용이하다.

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2. Differences between H.323 and SIP

1) H.323 AND SIP 근에 SIP는 H.323을 대처할 만한 충분한 여력을 얻었다. 과거 몇 년간 여러 회사들이 SIP 의 상호 처리능력 event에 참여했었다. SIP는 명료성과 새로운 서비스의 빠른 소개를 지원하는 능력 때문에 많은 주목을 받았다. SIP는 Architecture 적으로 H.323과 비슷하다. 하지만 H.323보다 더욱 가볍다.

2) IETF에 의해 SIP가 정의 되었을 때, Q.931과 H.245는 적용되지 않았다 그래서 SIP는 H.323보다  더욱 간단해 졌다. SIP는 매우 간단해서 SIP 기반 하에 개발된 Terminal은 가격 면에서 고가가 아니다.SIP는 H.323과 기능적인 차이점은 없다. 그러나 SIP는 인터넷 표준이므로 기존 인터넷 환경에 그대로 접목할 수 있고 새로운 기능 및 부가서비스 제공이 용이하다.

3) H.323은 연결상의 복잡성으로 인해 지연시간 증가와 과다한 자원 요구 등의 단점을 가지고 있으며  ANS.1을 이용한 데이터 변화 등으로 인해 새로운 기능을 부가하기 위해서는 상당한 지식과 노력이  필요하다는 어려움이 있다.

4) IETF에서 제안한 SIP는 이러한 복잡한 구조의 호 연결을 간결히 하였다.

5) HTTP와 유사한 텍스트 기반으로 구현의 편리성과 서비스의 추가시 간결함을 제공하였다.

6) 단점 : 이러한 간결성 때문에 두 사용자간에 충분한 정보를 교환할 수 없다는 점이 H.323에 비해 취약하다.

7) SIP는 H.323과 비교할 때 상당히 간단하다. 자신에 대한 정보와 멀티미디어 데이터를 교환하기 위한 세션 정보를 실어서 INVITE 메시지를 상대방으로 전달하면 상대방은 이에 대한 응답으로 수락할 것인지 여부를 알려주게 된다. 연결과정이 H.323에 비해 간단한 반면, 단말의 전체적인 능력에 대해 알 수 없다는 단점을 가지고 있다.

8) H.323은 ANS.1 규정에 따른 형태를 가지고 있다. 따라서 그 형태로 변화하는 데는 특별한 툴이 필요하며 새로운 기능을 부가하고자 할 때는 어려움이 따르게 된다.

9) SIP에서는 서버간의 상호 통신에 대한 규정이 있는 반면 H.323은 이러한 방식에 대한 규정이 없다.




기능	S I P	H . 3 2 3
호 연결시	기본 호 연결 시 채널 연결	H.225와 H.245에 의한 호와 채널의 분리
메시지 형태	HTTP 기반의 텍스트	ANS.1에 이한 코딩 방식
단말 능력(Capability)교환	SDP에 의한 한정적 교환	H.245에 의한 단말의 전체적 능력 교환
사용되는 채널	UDP 채널 1개	UDP 또는 TCP채널 2개
서버	SIP 네트워크 서버	게이트 키퍼(Gatekeeper)




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3. Call setup and flow




1. Send Invite Request to SIP Proxy Server

2. Proxying Invite Request to the Next SIP Redirect Server

3. Response with the Information of the Next SIP Proxy Server

4. Proxying Invite Request to the Next SIP Proxy Server

5. Send a Query about Callee's location to Location Server

6. Receive Location Information. ( 5,6 are not SIP, using proprietary protocol)

7. 8. Proxying Invite Request

9. 10. 11. 12. Accepting Invite Request (Response with 200 OK)

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 4. Developments

SIP는 IETF의 MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) 작업그룹에서 개발되었다.

SIP는 RFC 2543에 개괄적인 정의(Prototype)가 설명되어 있다. 이는 1999년 3월에 처음으로 release되었고(bis01), 2002년 2월에 마지막 수정본(bis09)이 발표되어 3GPP를 거치면서 표준화되었다. 이는 RFC 3261로 채택되었고, RFC2543 bis09에서 RFC 3261로 넘어오면서의 차이를 문서로 기술하였다.

이후 call signaling의 연구가 오래 계속되어 온 VoIP 분야 및 이와 관련된 회사들에서 제품 개발 및 연구에 주력하고 있다. 또한 mobile 환경, IPv6에서의 extension, 전화망과 인터넷망의 연동 등의 이슈가 연구대상이 되고 있다.

출처 : Tong - twti777님의 Network 통

TRS (Trunked Radio System; 주파수공용통신)

 우리말로 주파수 공용통신이라 번역되는 TRS는 이동통신과 무전기를 결합한 통신시스템이다. 거대한 셀을 여러군데 배치하고, 그 셀을 이용하여 통신을 하되, 동시사용으로 입력된 여러 사용자들에게 동시에 통신을 할 수 있다. 같은 주파수대역을 공유하며 한사람이 말하면 여러사람이 한꺼번에 듣는 무전기랑 비슷한데, 그것을 전국규모로 가능하도록 한 것으로 이해하면 된다. 다른점이라면 그 주파수 채널을 여러 단체가 공유하면서, 어느 채널을 쓴다고 정하는게 아니라 남는채널을 찾아가면서 함께 쓰게 되어 주파수 효율이 높다.
 

 일반 이동전화와 달리 전화를 걸 필요도 없이 거의 즉시 여러명에게 동시다발적으로 전송이 가능하기 때문에 개인용이 아니라 물류, 경찰과 같은 기업/단체용으로 그 효율이 매우 높다.
또한 일반 전화망과 연결되어 전화도 가능하기 때문에 이동전화의 기능 + 무전기의 두가지 기능을 다 할 수도 있다. 현재 국내에선 한국통신 파워텔이 800MHz 대역에서 모토롤라의 iDEN 시스템을 이용한 TRS 서비스를 하고 있다.

<한국통신 파워텔의 설명>
 TRS(Trunked Radio System, 주파수 공용 무선통신)은 무선 데이터통신의 한 방법이며 하나의 주파수를 여러명의 이용자가 공동으로 사용하는 시스템이다.  저렴한 비용으로 가입자간의 그룹통화, 개별통화와 같은 다양한 통신방법이 가능하나, 통화시간의 제한이 있고 같은 망의 가입자 이외의 불특정 다수와는 통신할 수 없는 단점이 있다.  참고로 무선 데이터 통신에는 전용 Packet망을 이용하는 방법, 셀룰러망을 이용하는 방법, 주파수 공용 통신(TRS)망을 이용하는 방법, 위성망을 이용하는 4가지 방법이 있다. 현재 국내에는 8백MHz대역 2백 채널과 3백80MHz대역 4백 채널 등 총 6백 채널의 자가 TRS 주파수가 확보되어 있다.

< 엘지 텔레콤의 설명 >
 TRS는 Trunked Radio system을 뜻하는 것으로 주파수 이용의 효율성을 높이기 위해 여러개의 주파수를 다수의 가입자가 공동으로 이용하는 무선통신 시스템이다. TRS는 이미 널리 사용되고 있는 차량전화나 휴대전화에 비해 서비스 종류가 다양하고 가격도 저렴하여 주로 기업등에서 업무용으로 적합한 통신 서비스이다. 즉 TRS는 하나의 단말기로 이동전화는 물론 무선데이터, 양방향무선호출등의 기능을 발휘할 수 있으며 다양한 부가서비스를 이용할 수 있는 장점을 갖고 있다. 특히 TRS가 일반 공중통신망(PSTN)과 연결되면 이동전화의 기능을 그대로 발휘할 수 있다.
 이에따라 TRS는 대형운수업체나 택시회사, 대규모 현장관리업무, 유통사업분야, 보안서비스 등에 적합하다. 이같은 TRS 서비스는 서비스 방식에 있어서는 기존의 워키토키라고 불리는 무전기와 비슷하나 통화권이 기지국을 중심으로 무전기는 2km 정도에 불과하지만 TRS는 최대 50km에 달한다. 또 혼신이 없고 보안성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 TRS는 1개의 주파수 채널로 1대1 개별통신은 물론 1백30여명 이상이 동시에 통화를 할 수 있다. 즉 그룹통화를 할 수 있다는 점이 TRS의 가장 큰 장점이라 할 수 있다.
TRS 서비스는 지난 1960년대 미국에서 무선통신 서비스에 대한 수요가 폭증하면서 나타난 주파수 부족현상을 해결하기 위한 수단으로 개발되어 지난 1977년 8월부터 미국에서 본격적으로 상업용으로 이용되기 시작했다. 또 일본에서는 지난 82년 10월 재단법인 이동무선센터가 동경지역을 대상으로 서비스를 시작했고 영국에서는 밴드스리사가 지난 87년부터 서비스에 들어 갔다. 국내에서는 지난 1988년 서울올림픽을 계기로 TRS 서비스가 도입되어 올림픽 기간동안 각국의 보도기관을 위한 통신지원용으로 10개의 TRS 채널을 운영한 것이 국내 TRS 서비스의 효시이다. 이어서 연안 선박들에 대한 자동전화 서비스를 목적으로 지금의 한국TRS의 전신인 한국항만전화(주)가 지난 91년 2월 정부로부터 허가를 받아 그해 12월부터 부산 항만 일대를 대상으로 서비스에 들어갔다. 한국항만전화는 그후 지난 93년 5월부터 11월까지 열린 대전엑스포 기간동안 TRS 서비스를 운영한데 이어 94년 7월에는 인천 지역에 상륙, 육상에서 본격적인 서비스를 제공하기 시작하여 지금은 전국을 대상으로 서비스를 하고있다. 이어서 정부의 통신산업 경쟁확대 정책에 따라 지난해 6월 사업허가를 받은 아남텔레콤(전국사업자)을 비롯한 일부지역 사업자들이 최근 서비스를 개시했다.

 TRS는 또 상업용 서비스 업체외에 일부 대기업들이 자가통신망으로 구축 활용하고 있기도 하며 경찰청이나 교통방송 검찰청 등에서도 자가업무용으로 TRS망을 구축, 통신에 활용하고 있다

출처-http://blog.naver.com/sabasin1004?Redirect=Log&logNo=80019485466

T R S  (Trunked Radio System)

목      차
TRS 개요
TRS 등장배경
TRS 특징
TRS vs 무전기 vs Cellula
TRS 응용분야
국내 서비스

TRS 개요 (1)
TRS는 Trunked Radio system을 뜻하는 것으로 주파수 이용의 효율성을 높이기 위해 여러개의 주파수를 다수의 가입자가 공동으로 이용하는 무선통신 시스템
     < Trunk : 한번에 여러 개의 채널을 통해 음성 /                데이터를 전송할 수 있는 교환기와            교환기 간의 전송로 >

TRS 개요 (2)
기존의 무전기나 워키토키의 성능을 크게 발전시킨 시스템
서비스 제공자가 고지대에 무선중계 설비를 구축하여 기업체, 개인등 다수의 가입자가 다수의 주파수를 공유하여 상대방과 다양한 형태의 통신을 할 수 있는 통신방식

TRS 개요 (3)
주파수 공용 시스템의 정의
주파수 효율을 높히기 위해서 여러 개의 주파수를 다수의 가입자가 공동으로 이용하는 무선통신의 방식

TRS 개요 (4)
TRS 개요 (5)
TRS 등장배경
Digital TRS 의 등장
Analog 의 주파수 효율 저조

Digital TRS 의 특징
높은 통화 품질
데이터와 같은 비음성 서비스, ISDN 제공
기지국 단말기의 소형화, 경제화
협대역화에 따른 주파수 이용효율의 향상
TRS 특징
하나의 단말기로 다양한 기능 활용
    - 음성서비스
긴급통화(플릿 내의 모든 그룹을 동시에 호출)
그룹통화(플립 내에서 임의로 그룹을 형성하여 그룹이 통화)
번호 개별 통화(다른 플릿 내의 TRS단말기와도 통화 가능)
접속통화(공중전화망에 접속되어 일반 휴대폰 처럼 가정이나 타 휴대폰에 자유롭게 접속하여 통화
    - 데이터서비스
    - GPS서비스(차량위치추적 서비스)

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디지탈 TRS 테트라(TETRA)방식  

테트라(TETRA)
Terrestrial Trunked Radio System  
테트라(TETRA;Terrestrial Trunked Radio System)는 현재 유럽지역에서 사용되고 있는 디지털 주파수공용통신(TRS)표준규격을 말한다. 미국 모토롤러의 아이덴(iDEN)과 파산한 지오텍의 주파수호핑다중접속(FHMA)방식에 대응한 새로운 디지털 TRS기술표준으로 주파수대역은 400㎒대역이다. 따라서 현재 국내에서 허가된 디지털 TRS주파수대역인 380㎒ 및 800㎒에 맞지 않는 단점이 있다. 기술방식은 시분할다중접속(TDMA) 4슬롯방식을 채택하고 있다. 　 　　우선 TETRA가 갖고 있는 중요한 특징 중 하나가 바로 모토롤러의 아이덴과 달리 오픈 프로토콜을 채택한 개방형 소스체계라는 점이다. 유럽에서 노키아시모코마르코니 등 다수의 이동통신업체들이 생산경쟁에 나설 수 있는 것도 바로 이 때문이다. 　 　　특히 장비개발의 용이성은 물론 생산의 경제성, 부가서비스 도입의 편리성 등 다른 시스템에 비해 장점을 두루 갖추고 있어 관심을 끌고 있다. 　 　　또한 TETRA의 특성상 다수의 경쟁이 불가피하기 때문에 가격 경쟁력을 충분히 갖출 수 있다는 점도 중요한 부분이다. TRS통신장비는 물론 서비스가격까지 경쟁을 통해 내릴 수 있을 경우 가입자 확보에도 상당한 변수로 작용할 전망이다. 　 　　현재 국내에선 아남텔레콤이 이 기종에 대한 도입을 검토중에 있으며 서울경찰청을 비롯해 각 지방경찰청에서도 이 시스템 도입을 검토중이다

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# TRS 서비스

KT파워텔은 KT의 자회사로 무전기와 휴대폰을 하나의 단말기로 제공하는 주파수공용통신(TRS) 전국사업자다.

KT파워텔의 TRS는 '0130'이라는 식별번호를 통해 개인간의 통화는 휴대폰으로 사용하고 그룹 통화처럼 여러명이 동시에 대화하는 통화에서는 무전기로 사용할 수 있는 서비스다.

일반인에게는 다소 생소한 TRS에 관한 설명을 먼저 부탁했다. "일반 무전기는 통화 범위가 수㎞에 불과하지만 TRS 서비스는 기지국을 통해 무전통화를 하기 때문에 전국적인 서비스가 가능합니다. 물론 이동전화로도 사용할 수 있지만 기지국의 범위가 기존 이통사에 비해 좁아서 통화가능 지역에 제약이 있다는 것이 단점입니다."

TRS 서비스의 이같은 성격 때문에 KT파워텔은 지난해 가입자수를 30만명까지 늘렸지만 매출 1030억원에 160억원의 적자를 기록했다. 지난해 12월 KT 부사장에서 KT파워텔 CEO로 자리를 옮긴 김 사장은 그동안 회사 경영의 밑그림을 다시 그리느라 분주하게 지냈다.

그 결과 단기적 실적보다는 중장기적 관점에서 회사 경영의 초석을 다지는데 주력하기로 마음 먹었다. "현재 30만명 가입자를 내년까지 50만명으로 늘려 흑자전환을 달성하겠습니다. 그리고 2008년까지는 매출 2300억원에 약 80만명의 가입자를 확보해 경쟁력 있는 회사로 성장시키겠습니다."

# 선택과 집중

김 사장은 이같은 목표 달성을 위해 경영전략을 수정하지 않을 수 없었다. 기존에 개인고객 확보에 쓰던 자원을 과감히 기업고객에 집중하기로 한 것이다. TRS 서비스는 현재 상황에서 일반 고객보다는 물류와 유통에 기반한 기업 고객에 더 잘 맞다는 판단에서다.

"TRS 서비스는 병원, 건설현장, 도로 및 물류와 유통 현장에서는 경쟁력이 있습니다. 1대 1 무전은 물론 1대 10, 1대 100 등 그룹통화를 할 수 있기 때문입니다."

　회사 입장에서는 예약과 현재 위치 추적이 중요한 택시기사, 그리고 여행업계, 골프장 캐디를 비롯한 레저업계 종사자들도 주된 고객이다.

그외에도 재난시에는 유선전화는 물론 이동전화 마저 불통되는 통신공백 상태가 발생하기 때문에 TRS 서비스의 강점을 살릴 수 있다고 강조한다. 김 사장은 회사의 비전을 새롭게 정립한 이후 조직에 새로운 바람을 불어넣는데 주력했다.

이를 위해 자유분방한 경영스타일을 선보였다. 결재판을 없애고 결재서류도 그냥 들고 다니게 했다. 뿐만 아니라 직원들에게 자유복으로 근무토록 했다. 또한 부하직원들이 보고할 일이 있으면 언제든지 사장실을 찾을 수 있도록 했다. 효율성을 위해 형식을 걷어낸 것이다.

그는 또한 문제상황에서 정공법을 선호한다. "저는 직원들에게 솔직할 것을 주문합니다. 약점을 숨기고 거짓말을 하다가는 장점까지도 남이 믿지 못하게 되는 경우를 볼 수 있기 때문입니다"

# 도전

기술고시 출신인 김사장은 1982년 체신부 사무관으로 공직생활을 시작했다. 이후 KT와 KTF에서 기획, 기술 및 마케팅 등 통신업무전반을 섭렵했다. 그에게 통신업계 경험을 듣고 싶었다.

"충남대 전자공학과 1회 졸업생입니다. 그러니 사회 생활을 하면서 선배들과의 학연에 기댈 수 없었죠. 그래서 노력과 실력을 통해 전문성으로 승부할 수 밖에 없었습니다. " 유연하고 부드러운 인상의 소유자인 김 사장이지만 도전적인 성격도 지니고 있다.

"KT에서 근무하던 시절, 정부로부터 PCS 사업을 허가받는 임무를 맡았습니다. 당시만 해도 KT에서 근무하다가 KTF에 가기를 꺼려하던 시절이었습니다. 재벌이 이미 이동통신 시장에서 위력을 발휘하고 있었기 때문이죠. KT에 있으면 편한데 굳이 KTF에 가서 고생을 필요가 있느냐며 주위에서도 많이 말렸죠."

그러나 그는 주저하지 않고 KTF 설립 전담반장의 자격으로 KTF산파 역할을 했다. 통신분야에서 갈고 닦은 기량을 유감없이 발휘한 것은 물론이다. KT파워텔 CEO로서 새로운 도전을 하고 있는 김 사장의 행보가 기대를 모으고 있다.

박응식, 사진=구혜정기자

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테트라(TETRA)는 유럽 무선통신표준기구(ETSI)가 정한 디지털 주파수공용통신(TRS) 기술로, 일명 유럽형 디지털TRS로 지칭됩니다.

테트라는 개방형 기술로, 기술 표준화 그룹인 TETRA MoU의 주요 멤버들이 기술규격 등을 제정하고 관련 장비들을 선보이고 있습니다.

아날로그 TRS 기술이 일반적으로 다수의 사용자에게 음성통신 서비스를 제공하는데 반해, 디지털TRS의 대표기술인 테트라는 음성뿐만 아니라 데이터, 실시간 동영상 등의 서비스를 제공할 수 있습니다.

테트라는 유럽의 주요 국가뿐만 아니라 우리나라를 비롯해, 중국 등지에서 국가통합지휘무선통신망(이하 국가재난망)으로 채택돼, 주요 국가의 중요 무선통합망 기술로 취급받고 있습니다.

국가재난망은 태풍, 지진 및 자연재해는 물론 교통사고, 화재 등 국가적인 재난재해 발생시, 관련 정부부처 및 기관들이 통합된 무선통신망을 사용하는 것을 말합니다. 우리나라에서도 경찰, 군, 행정기관 등 재난관련 기관이 하나의 무선 통합망으로 무선 통신망을 구축키로 하고, 올해부터 테트라를 기반 기술로 하는 국가재난망 시범사업을 거쳐 오는 2007년까지 국책사업이 진행될 예정입니다.

국내에서는 이미 전국 5개 광역시 경찰청에 구축 가동되고 있는 테트라망을 핵심 인프라로 재난재해 관련 기관인 소방, 방재, 교통기관 등으로 국가재난망이 확대될 계획입니다.

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우리 군과 주한미군이 디지털 주파수공용통신(TRS)을 군사작전망 및 재난통신망으로 도입하는 과정에서 서로 다른 기술표준을 사용키로 해 작전통신망 운용과 공공안전통신 산업에 미칠 영향을 두고 논란이 일고 있다.

　당장의 군사작전 차원에서는 크게 문제될 것이 없지만 향후 군 통신기술 발전에 미칠 영향을 고려해야 하고 공공안전 통신 시스템 투자를 앞둔 시점에서 기술표준 전략 차원의 재점검이 필요하다는 지적이다.

　주한미군의 한 관계자는 22일 “전세계 주둔 미군이 동일한 기술표준과 주파수 대역에서 디지털TRS를 구축해 공공안전망으로 운용토록 한다는 방침에 따라 하와이와 알래스카 지역에서 시범사업을 진행하고 있으며 주한미군도 태평양 사령부 중심으로 망구축을 추진중”이라고 말했다.

　그는 또 “한국의 재난망(통합지휘무선통신망) 구축 계획이 확정되는 대로 합동참모본부를 통해 정통부로부터 주파수를 할당받고, 국방부와는 기지국 설비를 공동사용하는 방안을 협의할 것”이라고 밝혔다.

　우리 군 역시 소방방재청 주도의 재난망으로, 평상시 군별로 일부 운용해 온 아날로그식 TRS망을 대체해 이용하고 전쟁시엔 군사령부와 경찰조직 및 지방자치단체의 향토예비군 등을 통합지휘하는 데 필요한 작전망(통합방위작전통신망)으로 사용하겠다는 계획이다.

　문제는 우리 측은 유럽 기술표준인 디지털TRS 테트라(TETRA) 방식, 미국 측은 자국의 앱코(APCO)프로젝트25 표준으로 각각 망을 구축키로 한 점이다. 두 기술은 접속방식이 시분할다중(TDMA 테트라)과 주파수분할다중(FDMA 앱코)으로 서로 달라 호환이 불가능하다.

　미국의 경우 9·11 테러 이후 국토방위를 강화하면서 앱코 표준으로 각 지역의 군·민 합동 방위통신망 구축을 강화하고 있고 주한미군의 공공안전망 구축계획도 같은 맥락으로 풀이된다.

　전문가들은 이에 대해 “TRS망이 작전망으로 쓰일 수는 있지만 전시 의존도가 낮기 때문에 한미 연합작전을 위한 호환이 되지 않아도 크게 문제될 것이 없다”고 분석하고 “오히려 국방예산이 투입되는 공공안전통신망 기술표준개발 경쟁에서 미국과의 경쟁국면에 놓이는 점을 고려해야 할 것”이라고 지적했다.

　국방부의 한 관계자는 “TRS 통합작전망도 전시 활용이 가능해 한·미 양군의 호환이 필요할 수 있지만 군사작전시 주로 사용하는 작전망은 별도의 무선망으로 구축돼 있어 전혀 우려할 바가 없다”고 말했다.

　그러나 익명을 요구한 한 군사통신전문가는 “TRS망은 전시 작전망으로 부적절하기 때문에 미군의 앱코25 도입은 테트라와 앱코가 벌이고 있는 전세계 공공안전망 기술표준 경쟁의 일환으로 보고, 초기투자가 예상되는 국내 테트라TRS 장비 및 단말기 산업의 기술표준전략 측면에서 분석해야 한다”며 “장기적으로 군통신기술 연구에 미칠 영향도 함께 봐야 할 것”이라고 지적했다.


○ 출처 : 전자신문
○ 신문게재일자 : 2004/08/23