다중화 기술 (TDM, FDM, WDM)

한 도로에 여러 차선을 만드는 방법

고속도로에 차선이 하나뿐이라면, 자동차 한 대가 지나갈 때 다른 차는 기다려야 합니다. 하지만 차선을 여러 개 만들면 동시에 여러 대가 달릴 수 있습니다. 네트워크에서도 같은 발상을 합니다. 하나의 전송 매체(케이블)에 여러 신호를 동시에 실어 보내는 것, 이것을 다중화(Multiplexing)라고 합니다.

다중화를 수행하는 장비를 멀티플렉서(MUX)라고 하고, 수신 측에서 신호를 분리하는 장비를 디멀티플렉서(DEMUX)라고 합니다.

[사용자A] ─┐                         ┌─ [사용자A]
[사용자B] ─┼─ [MUX] ═══════ [DEMUX] ─┼─ [사용자B]
[사용자C] ─┘                         └─ [사용자C]
            여러 신호 → 하나의 회선 → 다시 분리

FDM (Frequency Division Multiplexing) - 주파수 분할 다중화

FDM은 하나의 전송 매체의 주파수 대역을 여러 개의 작은 대역으로 나누어, 각 사용자에게 별도의 주파수 대역을 할당하는 방식입니다.

라디오 방송을 생각해보세요. FM 91.9MHz와 FM 93.1MHz는 같은 전파를 사용하지만 주파수가 다르기 때문에 동시에 방송할 수 있습니다. 라디오 다이얼을 돌려 원하는 주파수를 선택하면 해당 방송만 들립니다.

주파수 ↑
       │  ┌──────┐
  f3   │  │사용자C│
       │  ├──────┤
  f2   │  │사용자B│
       │  ├──────┤
  f1   │  │사용자A│
       │  └──────┘
       └──────────────→ 시간

• 특징: 아날로그 신호에 주로 사용
• 장점: 각 채널이 동시에 전송 가능
• 단점: 채널 간 간섭을 막기 위해 보호 대역(Guard Band)이 필요하여 주파수 낭비 발생
• 대표 사용처: 라디오, TV 방송, 케이블TV, 아날로그 전화

TDM (Time Division Multiplexing) - 시간 분할 다중화

TDM은 시간을 일정한 간격으로 나누어, 각 사용자에게 정해진 시간 슬롯(Time Slot)을 할당하는 방식입니다.

회전초밥집을 생각해보세요. 벨트 위에 초밥 접시가 순서대로 돌아갑니다. 1번 자리의 접시, 2번 자리의 접시, 3번 자리의 접시가 순환합니다. 각 자리는 자기 차례가 되면 접시를 올리고, 다른 자리의 접시와 섞이지 않습니다.

시간 →
┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
│ A│ B│ C│ A│ B│ C│ A│ B│ C│
└──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘
 각 사용자에게 시간 슬롯을 순서대로 할당

TDM은 다시 두 가지로 나뉩니다.

동기식 TDM(Synchronous TDM). 각 사용자에게 고정된 시간 슬롯을 할당합니다. 사용자가 보낼 데이터가 없어도 빈 슬롯이 그대로 전송됩니다. 단순하지만 낭비가 발생합니다.

비동기식 TDM(Asynchronous TDM) = 통계적 TDM(Statistical TDM). 데이터가 있는 사용자에게만 슬롯을 할당합니다. 빈 슬롯이 발생하지 않아 효율적입니다. 다만 각 슬롯에 사용자 식별 정보를 추가로 붙여야 합니다.

• 특징: 디지털 신호에 주로 사용
• 장점: 채널 간 간섭이 없음
• 대표 사용처: 디지털 전화, T1/E1 회선, SONET/SDH

WDM (Wavelength Division Multiplexing) - 파장 분할 다중화

WDM은 FDM의 광섬유 버전입니다. 하나의 광섬유에 서로 다른 파장(색)의 빛을 동시에 통과시킵니다.

무지개를 생각해보세요. 태양빛은 하나지만 프리즘을 통과하면 빨강, 주황, 노랑 등 여러 색으로 분리됩니다. WDM은 이 원리를 거꾸로 이용합니다. 여러 색(파장)의 빛을 하나의 광섬유에 합쳐서 보내고, 수신 측에서 다시 분리합니다.

• 특징: 광섬유 전용
• 장점: 광섬유의 대역폭을 극대화, 대용량 전송
• DWDM(Dense WDM): 파장 간격을 더 좁혀 수십~수백 개의 채널을 하나의 광섬유에 실는 기술
• 대표 사용처: 장거리 광통신, 해저 케이블

CDM (Code Division Multiplexing) - 코드 분할 다중화

시험에서 간혹 등장하는 CDM/CDMA도 알아둡시다. CDM은 각 사용자에게 고유한 코드를 부여하고, 같은 주파수 대역과 같은 시간을 사용하면서도 코드로 구분하는 방식입니다.

교실에서 여러 사람이 동시에 말하지만, 각각 다른 언어로 말하는 것과 비슷합니다. 한국어를 아는 사람은 한국어만 골라서 듣고, 영어를 아는 사람은 영어만 골라서 듣습니다.

• 특징: 이동 통신(2G CDMA, 3G)에서 사용
• 장점: 같은 주파수와 시간을 공유하면서도 구분 가능

다중화 기술 비교

시험 포인트

• FDM: 주파수 분할, 아날로그, 보호 대역(Guard Band) 필요
• TDM: 시간 분할, 디지털, 동기식(고정 슬롯)/비동기식(통계적, 빈 슬롯 없음)
• WDM: 파장(빛) 분할, 광섬유 전용, DWDM은 고밀도 버전
• CDM: 코드 분할, 같은 주파수+시간 공유, 이동 통신(CDMA)
• 동기식 TDM vs 비동기식 TDM: 고정 슬롯 vs 동적 할당

실무 매핑

• 여러분이 사용하는 인터넷 회선도 다중화 기술 덕분에 가능합니다. 통신사의 광케이블 한 가닥에 DWDM으로 수십 개의 채널을 실어, 수만 가구가 동시에 인터넷을 사용할 수 있는 것입니다.