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[16]FDMA의 기본개념

통신망을 통해 전달되는 데이터중 가장 많은 양을 차지하는 것이 음성일 것이다. 사람의 음성을 전달하는데 필요한 최소한의 주파수 대역폭은 300 ~ 3400 Hz로 알려져 있다. 이러한 음성 신호를 전기적인 신호로 변환하여, 통신망을 통해서 다른 곳으로 전달하기 위해서는 음성 신호를 전송하기에 적합한 전기적인 신호로 바꾸어 주고, 수신하는 쪽에서 이를 다시 음성 신호로 역변환을 하게 된다.

통신망에서 사용하는 전송 시스팀의 특성을 살펴보면, 전송 가능한 주파수 대역이 음성 대역폭 보다는 월등히 크고, 훨씬 높은 주파수까지도 전송할 수 있다. 이런 전송로는 단 한 사람의 통신을 위해서만 사용하는 것은 경제으로나 시설 운용면에서 매우 좋지 않다. 따라서 현재 대개의 통신망에서는 하나의 전송로를 이용하여 동시에 여러 사람의 데이타를 보내기 위한 기술이 적용되어 있으며, 이를 다중화 방법이라 한다.
다중화 방법중에 가장 쉽게 생각 할 수 있는 방법이 전송로가 가지는 주파수 대역폭을 전송신호 대역폭 단위, 즉 채널로 분할하고, 각 신호를 서로 다른 채널로 전송하는 방법을 주파수 분할 다중화라 한다.

만일 전송 신호가 디지틀 신호이면, 각 채널을 사용하는 시간을 나누어서 다중화 하는 시분할 다중화 방법을 사용할 수 있다. 이를 이동통신 환경에 적용하여 보면, 각 가입자는 전자파를 이용하여, 기지국과 연결되므로, 공기중을 전파하는 전자파가 전송로 이고, 이 전송로 중에 사용 가능한 주파수 대역폭이 있으므로, 이 제한된 주파수를 사용하여 가급적 많은 사람이 동시에 통화할 수 있도록 하는 것이므로, 기지국과 가입자의 접속 방법인 무선 접속 방식은 다중화 방법과 동일한 개념이라는 것을 알 수 있다.

주파수 분할 무선 접속방식(FDMA)은 주파수 분할 다중화 방법을 이동통신망의 기지국과 단말기 사이에 적용한 것으로, 사업자에 할당된 주파수를 통신에 필요한 최소한의 주파수 대역으로 잘게 나눈 뒤에 이를 각 가입자에게 할당하는 방식이다.
현재 FDMA 방식에서 사용하는 통화채널의 대역폭은 20kHz - 30kHz정도이다. 이는 실제 음성 대역폭 4 kHz 보다는 훨씬 큰 대역폭임을 알 수 있다. 이는 음성 신호를 그대로 사용하면, 무선 구간에서 음성 품질이 너무 떨어지기 때문에 음성 품질을 어느 정도 유지하기 위하여 음성 신호를 먼저 잡음에 강한 FM 변조를 한 후에 FM 변조된 신호로 기지국과 단말기 사이의 통신을 한다.
이론적으로 FM 변조는 광대역으로 변조할수록 잡음에 강한 특성을 보인다. 그러나 음성 품질을 높이기 위해서 FM 변조 대역폭을 넓게 하면, 통화 채널이 줄어들기 때문에 음성 품질과 통화 채널수를 적절히 조정하여 FM 변조 대역폭을 결정하여야 한다.

또한 이동전화 환경은 통화 채널이 받는 간섭 및 잡음이 주로 인근에서 사용하는 동일 채널에서 부터 오는 간섭이 대부분을 차지하는 간섭에 의해 통화 품질이 제한되는 환경이다. 따라서 통신 시스팀에서 신호를 복구하는데 장애가 되는 가장 큰 원인은 인접 셀에서 사용하는 동일 채널 간섭이기 때문에 이를 적절히 제어하기 위해서는 동일 채널을 사용하는 셀 사이의 거리를 적당히 멀게 유지해야 한다. 이는 주파수 재사용 계수를 의미하는 것으로 간섭에 약한 시스팀은 주파수 재사용 계수를 크게하여 셀 간 상호 간섭을 줄여야 하고, 간섭에 강한 시스팀은 셀 간 사이를 줄일 수 있어, 주파수 재사용 계수를 줄일 수 있다. 즉 간섭에 강한 시스팀이 주파수 재사용 계수를 줄임으로서 더 많은 단위 면적당 통화 채널을 확보할 수 있는 것이다. 즉, 적정한 통화 품질을 얻기 위한 적정 신호대 잡음비는 이동 전화 환경에서는 셀 간 최대 간섭량, 즉 주파수 재사용 계수를 결정하는 파라미터임을 알 수 있다.

현재 아날로그 방식의 이동전화에 사용하는 FM 변조 방식은 적정한 통화품질을 유지하기 위한 신호대 잡음비가 약 18 dB 이상 되어야 하기 때문에, 주파수 재사용 계수 7을 가장 보편적으로 사용하고 있다.
이 경우 신호대 간섭비를 계산해 보자. 먼저 거리에 따른 전자파 감쇄율을 거리에 4승에 반비례 한다고 가정하고, 주파수 재사용 계수가 7인 경우에 인접에 있는 셀에서만 간섭이 온다고 하면, 인접 셀이 주파수 재사용 계수가 7 이므로 가장 가까운 거리에 있는 6개의 동일 채널을 사용하는 셀을 고려하여, 신호대 갑섭비를 계산하면 다음과 같다.
　 이를 다시 쓰면

와 같다.

여기에 주파수 재사용 계수 7을 대입하면,
또는 18dB가 되어 아날로그 방식에서 주파수 재사용 계수가 7이 타당함을 알 수 있다.

신호대 잡음비는 주파수 재사용 계수 뿐만 아니라 셀의 소형화에도 한계 요인으로 작용한다. 특정 지역에서 통화가 많은 경우 이 지역을 주어진 주파수 대역으로 충분한 통화채널을 확보하기 위해서는 셀의 반경을 줄여야 하는데, 셀의 반경이 줄어들면 주변의 지형 지물에 의한 영향이 커져서 셀의 모양이 매우 불규칙해져 아메바와 같은 셀형태를 가지게 된다. 이렇게 셀형태가 불규칙하기 때문에 셀 상호간의 간섭을 주파수 재사용 계수로 제어하는 것이 불가능해진다. 따라서 셀 반경을 무작정 줄일 수 없어, 아날로그 방식인 경우 마이크로셀을 구성하는데 많은 문제가 있다. 즉 개인통신(PCS) 서비스를 위해서 아날로그 방식의 이동 전화 기술을 사용하는 것은 거의 불가능 하다는 이야기 이다.

▶ 대표적인 서비스 종류 비교

FDMA 방식을 사용한 아날로그 휴대전화는 미국에서 서비스를 시작하여 우리나라에서도 서비스를 하고 있는 AMPS(Advanced Mobile Phone System)방식과 북유럽을 중심으로 서비스를 하고 있는 NMT(Nordic Mobile Telephone), 영국 등지의 TACS(Total Acess Communicaton System) 그리고 일본에서 서비스중인 JTACS(Japanese Total Acess Communicaton System)등이 있다.