모뎀 (2005-07-18)

▶데이터 전송장비의 개요
▶모뎀의 기본 기능
   [모뎀의 정의]
   [모뎀의 기본 구성]
▶모뎀의 동작 과정
   [송신부의 개요]
   [수신부의 개요]
▶모뎀의 분류
   [동기방법에 따른 분류]
   [이용대역폭에 따른 분류]
   [사용가능 거리에 따른 분류]
   [사용 가능 포트 수에 따른 분류]
   [통신속도에 따른 분류]
   [등화 방식에 따른 분류]
   [사용하는 회선에 따른 분류]
   [설치형태에 따른 분류]
   [변조방식에 따른 분류]
   [기타 모뎀]
    ■ 멀티 포트 모뎀
    ■ 멀티 포인트 모뎀
    ■ 제한 거리 모뎀
    ■ 선로 구동기
    ■ 음향 결합기
▶모뎀의 동작 기능과 시험 기능
▶모뎀의 표준
   [ITU-T 표준에 의한 모뎀]
   [Bell 시스템 모뎀]

　

 

　

　

　

▶데이터 전송장비의 개요

데이터 전송장비란 아날로그 데이터 및 디지털 데이터를 원래의 형태 그대로 전송해주거나  아날
로그 데이터를 디지털 신호로 또는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 전송해 주는 장비를
말한다.

현재는 대부분의 통신 네트워크가 음성 통신을 위한 네트워크이기 때문에 디지털 데이터를 전송하
고자 하는 경우 전화선과 모뎀을 이용,디지털 데이터를 아날로그 신호 형태로 바꾸어 전송
하는 방법을 많이 사용하지만..
향후에는 디지털 전송로와 디지털 서비스 유니트(DSU)를 이용 하여 디지털 데이터를 신호
형태로 전송하는 방법이 주류를 이루게 될 것이다.



▶모뎀의 기본 기능

[모뎀의 정의]

모뎀이란 변복조기(변조Modulation + 복조Demodulation)를 뜻하는 것으로 컴퓨터와 터미널에서
사용되는 디지털 신호를 아날로그 전송회선에서의 전송에 적합하도록 변조하여 주고, 변조된 신호를
수신한 다음 복조하여 원래의 디지털 신호로 변환하여 주는 일종의 신호변환기이다.

모뎀은 전송특성이 다른 전송로라도 적당한 변복조가 가능할 뿐 아니라 모뎀을 이용하여 전송하면 
변조를 행하여 전송하기 때문에 전송과정에서의 에러 확률을 최소화 할 수 있고 원거리 통신도 가능
하게 된다.

모뎀이 이러한 기본 기능을 수행하기 위해서는 정보의 신뢰성, 다른 기기와의 호환성, 보안성 및 에러 
정정 기능도 가지고 있어야 한다.


[모뎀의 기본 구성]

    
           

컴퓨터나 단말기에서 나오는 디지털 신호(0,1)를 아날로그 신호로 변조하고, 변조된 신호를 일반
공중선이나 전용선을 이용하여 상대편 모뎀으로 전송하면, 상대편 모뎀에서는 다시 변조된 신호를 컴
퓨터나 단말기가 사용할 수 있도록 원래의 디지털 신호로 복조하는 기능을 가지고 있다.




▶모뎀의 동작 과정

모뎀은 송신부와 수신부로 구성되어 있으며 각 부의 기능은 다음과 같다.

[송신부의 개요]

아래 그림에서 송신부의 동작과정을 나타내었다.

송신부에서는 컴퓨터 혹은 터미널로부터의 디지털 데이터를 스크램블러를 통해  
①스크램블링하므로써 데이터 패턴을 랜덤하게 하여 수신측에서 동기를 잃지 않도록 하며..

디지털 데이터의 스펙트럼이 가능한한 채널의 대역폭내에 넓게 분포되게 하므로써 수신측 등화기
(equalizer)가 최적의 상태를 유지하도록 해준다.

스크램블링된 데이터는 채널의 특성에 맞는 지정된 부호 형식으로 ②부호화되거나, 채널상의 에러
율이 높은 경우에는 디지털 데이터를 스크램블링 하기 전에 에러를 감지해 정정할 수 있는 기능을 갖
는 오류 정정 부호로 부호화되며..

변조기에서 ASK, FSK, PSK, QAM과 같은 ③디지털 변조가 수행된 다음 대역 제한 여파기 ④(BLF  
Band Limiting Filter), 증폭기 및 정해진 진폭과 위상을 갖도록 하는 ⑤변셩기를 거쳐 전화선과 같은
⑥전송선로로 송신된다.

[수신부의 개요]

수신부에서는 통신선로로 부터 수신된 아날로그 신호를 수신 시스템만이 요구하는 대역을 선택하기
위해 ①대역제한 여파기(BLF)에 보내고, 페이딩이나 진폭변화 등의 영향을 줄이기 위한 ②자동
이득 조절회로(AGC)에 통과시켜 적절한 아날로그 신호로 변환한 다음  ③복조기에 보내게 된다.

복조기에서는 송신측으로부터 전송되어온 클럭을 이용하거나 또는 수신 신호로 부터 클럭을 추출하
여 국부 반송파로 사용하므로써 아날로그 신호로 부터 디지털 데이터를 복조(검파)하게 된다.

복조된 디지털 데이터는 ④복호화기에서 원래의 디지털 데이터 형태로 변환된다음 ⑤디스크램블러
에서 디스크램블링 되어 완전한  원래의 디지털 데이터 형태를 가지게 된다.

한편 수신측에 전송되어온 아날로그 신호는 전송되는 과정에서 잡음, 간섭, 페이딩 및 ISI(심볼간 간
섭 : Inter Symbol Interface) 등의 영향을 받아 신호가 왜곡되므로 이를 보상하기 위해 복조기의 전단
또는 후단에 등화기를 설치하여 이러한 왜곡을 줄이고 있다.


▶모뎀의 분류

모뎀은 동기방식, 사용하는 채널, 사용가능 거리, 사용 가능한 포트수, 통신속도 등 여러가지 방법 및 
조건에 따라 분류될 수 있다.

[동기방법에 따른 분류]

■ 비동기식 모뎀
    1200bps 이하의 저속도 모뎀으로 비동기식 단말에서 사용되면 변조 방법으로는 FSK를 사용함

■ 동기식 모뎀
    2400bps이상의 중속도 모뎀으로 대화형 단말이나 지능형 단말 같은 동기식 단말에 사용되며 
     변조 방식으로는 PSK나 QAM을 사용함



[이용대역폭에 따른 분류]

■ 음성 이하 대역 모뎀
    50bps 등의 저속 모뎀으로 사용되는 것으로 보통 음성 대역을 주파수 분할하여 이용

■ 음성대역 모뎀
    300~3400Hz의 음성 대역을 이용하여 9600bps 이하의 데이터 신호속도를 얻고자 할 때 사용

■ 광대역 모뎀
    FDM 하이어라키에서 제공되는 48kHz의 군대역, 48kHz 군대역을 4개 묶은 96kHz의 초군대역을
     이용하여 고속도 전송을 수행할 수 있는 모뎀



[사용가능 거리에 따른 분류]

■ 선로 구동기(Line driver)
    1마일 미만의 거리에서 100bps~1Mbps의 속도로 사용

■ 제한거리(단거리) 모뎀
    1~20 마일의 거리에서 100bps~1Mbps의 속도로 사용

■ 장거리 모뎀
    일반 음성 선로를 이용하여 특별한 거리 제한 엇이 50bps~19,200bps의 속도로 사용



[사용 가능 포트 수에 따른 분류]

■ 단 포토 모뎀
    포트가 한개만 있는 모뎀으로 보통 비동기식 또는 2400bps 이하의 데이터 신호속도를 제공하는 
     모뎀으로 사용

■ 멀티 포트 모뎀
    여러개의 포트를 내장하고 있는 모뎀이며, TDM 다중화기가 들어있음. 
     4800bps 이상의 데이터 신호속도를 제공하는 모뎀의 경우 2개, 4개, 혹은 6개의 포트를 내장함



[통신속도에 따른 분류]

■ 저속도 모뎀
    데이터 신호속도가 1800bps 이하의 모뎀

■ 중속도 모뎀
   데이터 신호속도가 2400, 4800, 9600bps인 모뎀

■ 고속도 모뎀
   48kbps 이상의 데이터 신호속도를 제공하는 모뎀



[등화 방식에 따른 분류]

■ 고정 등화 모뎀
   등화회로의 특성이 고정되어 있는 식의 모뎀

■ 가변 등화 방식의 모뎀
   등화회로의 특성을 선로의 특성에 맞도록 수동 및 자동으로 조정 가능



[사용하는 회선에 따른 분류]

■ 교환 회선용 모뎀
   dial-up 회선을 이용하는 모뎀으로 저속도 및 중속도에서 사용

■ 전용회선용 모뎀
   2선식 혹은 4선식 전용회선을 이용하는 모뎀으로 통신속도에는 거의 제한없이 사용된다.



[설치형태에 따른 분류]

■ 단독형 모뎀
   외장 모뎀으로 RS-232C케이블에 연결하여 사용

■ 카드형 모뎀
   PC의 보드 형태로 슬롯에 꽂아 사용하는 카드형 모뎀



[변조방식에 따른 분류]

■ ASK 모뎀
   변조방식으로 ASK를 사용하는 모뎀으로 구조는 간단하나 전송과정에서의 레벨 변동에 약해 
    근거리 전송 및 소량의 전송에만 이용

■ FSK 모뎀
    변조 방식으로 FSK를 사용하는 모뎀으로 1200bps 이하의 비동기식 모뎀으로 널리 이용되며
    전송 과정에서의 잡음 및 간섭에 강하고 레벨 및 주파수 변동도 작기 때문에 비교적  원거리 전송
    을 위한 모뎀으로 이용됨

■ PSK 모뎀
     변조 방식으로 PSK를 사용하는 모뎀으로 2400, 4800bps 등의 중속 데이터 전송을 위한 모뎀
    으로 주로 사용됨

■ QAM 모뎀
     변조방식으로 QAM을 사용, 9600bps의 중속 데이터 전송을 위해 사용



[기타 모뎀]

■ 멀티 포트 모뎀
   o 멀티 포트 모뎀의 정의
      제한된 기능의 멀티플렉서가 혼합된 형태로 다수 포트에 의해 다중화된 신호가시분할 다중화기
       에 의해 결합된 것이다.

       즉, 고속 동기식 모뎀과 시분할 다중화기가 한개의 장비로 결합된 것으로, 시분할 다중화기
       는 변복조기의 클럭을 그대로 이용하여 데이터에 대한 동기를 취하므로 별도의 동기장비를 필요
       로 하지 않아 경제적이다.

      입력 : 여러개 포트
     출력 : 입력 모두 합한 것이 하나의 포트로 나감..


  o 멀티 포트 모뎀의 이용
    다음 그림은 9600bps이며 4개의 포트를 갖는 멀티 포트 모뎀의 속도별 조합 가능 예를 6가지 
     나타낸 것이다.

   

     이들 조합 가운데 2400bps 4개의 채널을 이용하는 5번째의 경우에 대한 실제예를 다음 그림
     에 나타내었다. 



   

     위 그림에서 알 수 있듯이..
     송신측에서는 2400bps의 2대의 CRT, 2400bps의 프린터 및 300bps의 8개의 채널이 전송속도 
     9600 bps의 4채널 멀티포트 모뎀을 통해 9600bps로 전송하고, 수신측에서는 4채널 멀티포트 
     모뎀을 이용하여 다시 4개의 채널로 분리하여 원래의 데이터 신호속도로 할당하게 된다.

     멀티 포트 모뎀은 다른 모뎀이 갖는 일반적인 기능은 물론, 하나의 포트에 다른 모뎀을 연결해
     원거리 통신을 수행할 수 있고, 자체내에 패턴 발생기를 갖고 있어 각각의 포트를 테스트 할 수
     도 있다.

     또한 사용중인 포트에만 채널을 동적으로 할당하는 기능 및 각 포트의 접속 상황을 나타낼 수 
     있는 기능도 가지고 있다.



■ 멀티 포인트 모뎀

    멀티 포인트 모뎀이란 멀티 포인트 또는 멀티드롭 네트워크에서 발생될수 있는 전송지연을 최
   소화하기 위해 고속 폴링이 가능하도록 설계된 모뎀을 말한다.

    멀티 포인트 또는 멀티 드롭 네트워크는 하나의 전송 라인을 여러개의 터미널이 같이 사용하
    기 때문에 데이터의 전송을 원활하게 하고 전송과정에서의 데이터 충돌이 발생하지 않도록 하기
    위해 터미널로 부터의 데이터는 일단 제어국(중앙의 컴퓨터)으로 보내고 다른 터미널로부터 데이
    터를 수신하는 터미널도 제어국으로부터 데이터를 수신하게 된다.

   단말이제어국으로부터 데이터 전송요청을 받는 것을 폴(poll)을 받았다고 하고 폴을 받은
   터미널은 polled terminal이 된다.

      단말 → 제어국 ("폴링한다")
      제어국 → 단말 ("단말이 폴을 받았다")

  터미널(단말)로 부터 제어국 방향으로 데이터를 보내는 동작은 폴링(polliing)이라 하며, 
    멀티 포인트 또는 멀티 드롭 네트워크처럼 많은 터미널이 존재하고 이들이 흩어져 존재하는 경우
    에는 전송지연을 최소화 할 필요가 있으며 따라서 폴링이 고속으로 행해지는 모뎀이 필요
   하게 된다.

    이렇게 멀티 포인트 시스템에서 발생하는 전송 지연을 최소화 하기 위해 고속 폴링(polling)
    을 할 수 있도록 설계된 모뎀이 바로 멀티 포인트 모뎀인 것이다.

    다음 그림은 멀티 포인트 시스템의 구성 예이다.

     

    멀티 포인트 시스템을 구성하고자 할 때에는 터미널의 이용빈도, 데이터의 전송시간과 컴퓨
    터가 데이터를 처리하여 응답을 하는데 걸리는 시간인 응답시간 및 모뎀에서의 여러가지 지연
   요소 등을 고려해야 한다.

    모뎀에서의 지연요소란 멀티 포인트 선로에 연결된 터미널이 poll 되었을 때 응답을 지연시키는
    요소로 다음과 같다.

 - 모뎀의 내부지연(Dm)
    송신하고자 하는 데이터의 첫번째 비트가 모뎀에 입력되고 변조된 신호가 선로에 도착하게 될때
    까지 걸리는 시간으로 폴링과정에서는 실제 송수신측(터미널과 컴퓨터)모뎀 2개를 거치므로 실
    제 모뎀의 내부 지연은 2Dm이 된다.

 - 전파 지연(Dp)
    신호가 전송로를 따라 전파(propagation) 되는데 소요되는 시간이고 터미널 자체의 지연은 터
    미널이 poll을 받고 나서 응답을 시작하는데 걸리는 시간으로 이들 지연은 전송로의 길이, 설계
    기법 등에 따라 수ms에서 수십ms 정도가 된다.

 - RTS/CTS 신호에 따른 지연(DR/C)
    RTS(DTE에서 DCE로의 송신 요청 신호)와 CTS(DCE에서 DTE로의 송신 준비 완료 신호)에 따
    른 지연으로 선로의 반전지연에서 가장 큰 역할을 한다.

    따라서 다른 지연 시간을 무시한 모뎀만의 지연(MD)은 다음과 같이 된다.

    MD = 2(Dm+DR/C)



■ 제한 거리 모뎀

   제한 거리 모뎀이란 그 이름이 의미하듯이 장거리 모뎀에 비해 비교적 짧은 거리에서 이용되
   도록 설계된 모뎀을 말한다.

    따라서 전송거리가 짧은 경우 사용하면 많은 비용을 절감할 수 있으며 110bps~1Mbps의 전송
    속도로 1~20 마일 정도에서 사용할 수 있다.

    제한거리 모뎀은 자체 고장을 진단 및 표시할 수 있는 루프백 기능 뿐 아니라 일반 모뎀에서와 
    같이 멀티 포트 기능이 있어 여러대의 터미널이 한 개의 제한 거리 모뎀을 공동으로 이용할 수
    도 있고 선로 구동기처럼 전송로에 설치되어 재생 중계 기능을 수행하므로써 신호의 전송 가능
    거리를 늘릴 수도 있다


■ 선로 구동기(Line Driver)

   선로 구동기란 일종의 리피터로 전송거리의 확장을 위해 사용되며 수백 피트에서 1마일의 거
    리에서 100kbps~1Mbps의 전송속도로 사용된다.

    제한 거리 모뎀과 선로 구동기가 다른 점은 제한 거리 모뎀이 일반적으로 디지털 데이터를 변조
    하여 아날로그 신호 형태로 보내고 수신측에서는 이를 복조하여 원래의 디지털 데이터로 만들
    어야 하므로 반드시 쌍으로 사용되는데 비해,선로 구동기는디지털 데이터를 재생하여 중계
    하는 리피터의 역할을 수행하므로 단독으로 사용된다는 점이다.

    선로 구동기는 사용 수에 제한을 받지 않고 여러개를 사용할 수 있으나, 일반적으로 선로 구동기
    가 2개 이상 사용되는 경우라면 제한 거리 모뎀을 사용하는 것이 더 경제적이다.


■ 음향 결합기

    음향 결합기란 디지털 데이터를 일반 전화 송수화기를 경유한 다음 전화선을 통해 전송될 수
    있는 가청음으로 변환시킨 다음 전송하는 장비를 말한다.

    데이터를 전송하고자 하는 경우에는 먼저 전화기로 터미널(휴대용 컴퓨터 또는 고정용 컴퓨터)
    포트가 가지고 있는 전화번호를 다이얼링 하고, 컴퓨터가 응답하면 전화기의 송수화기를 음향
    결합기에 올려놓으면 된다.

    이때 음향 결합기는 터미널로 부터의 비동기식 데이터를 받아들여 전화선을 통해 전송될 수 있
    는 가청 주파수 대역으로 변환시켜 전송하게 되고 교환회선을 통해 수신측에 전달된다.

    가청 주파수는 수신측의 수화기를 통해 다시 수신측 음향 결합기로 전달되어지며 음향 결합기
   는 이를 복조하여 수신측 터미널에 보내게 된다.

    모뎀은 전화회선에 연결되어 있으나 음향 결합기는 사용시에만 송화기를 통해 데이터를 송
   수신하므로, 음향 결합기를 사용하지 않을 때에는 전화를 음성 통화를 위해 자유롭게 사용할 수
    있다. 

    음향 결합기에는 110~1200bps 에서 사용되므로 높은 전송속도를 얻을 수는 없으나 전화가
    있는 곳이면 어디서나 데이터 전송을 행할 수 있으므로 여행중인 판매사원처럼 사용장소가 
    자주 바뀌거나 컴퓨터 및 다른 터미널과 저속도 전송을 위한 일시적인 연결이 필요한 경우 사용
    하면 매우 효과적이다.

    음향 결합기는 FSK를 이용하여 2선식에서의 전이중 방식의 전송이 가능하다.



▶모뎀의 동작 기능과 시험 기능

[동작기능]

모뎀의 동작 기능에는 자동 호출 기능, 자동 응답 기능, 자동 속도조절 기능 및 시험 기능이 
있으며 자동 호출 기능을 실현시켜 주는 것이 자동호출기로 모뎀과 연결하여 사용되며 자동응답
기능을 실현시켜 주는 것이 자동응답기로 모뎀내에 카드 형식으로 내장되어 있다.

[시험기능]
디지털 신호 구간 또는 아날로그 신호구간 또는 아날로그 신호구간에서 정보를 반향(echo)시키
므로써모뎀 자체 및 회선(선로)를 시험할 수 있는데 이를 모뎀의 시험 기능이라 하며 이런 기능
을 수행하기 위해 모뎀 내부에 데이터 패턴발생기가 내장되어 있다.


  

▶모뎀의 표준

모뎀은 미국 중심의 Bell 표준과 유럽 중심의 ITU-T 표준의 2가지가 있다


[ITU-T 표준에 의한 모뎀]

ITU-T의 V시리즈는 아날로그 전송로를 이용한 데이터 통신에 관한 권고안으로 이중 음성대역
모뎀에 관한 권고안은 V.21, V.22, V.23, V.26, V.27, V.29 등이다.



[Bell 시스템 모델]

미국에서 생산되는 많은 모뎀들이 벨 시스템 모뎀과 호환성이 있다.


[모뎀의 규격]