xdsl의 개요

xDSL 기술 개요

xDSL(Digital Subscriber Line)은 1989년 Bellcore에서 기존의 동선 쌍을 사용하여 비디오, 영상, 고밀도 그래픽, 및 Mbps 데이터 속도의 정보를 전송하기 위해 제안된 개념이다. 기존 모뎀이 3.4KHz까지의 POTS(Plain Old Telephone Service) 대역만을 이용하는데 반해, xDSL은 훨씬 넓은 주파수 영역(예: ADSL의 경우 1MHz까지)을 이용함으로써 동선쌍을 통하여 수 Mbps에서 수십Mbps에 이르는 전송속도를 제공할 수 있다. xDSL은 표준 전화 선로를 이용하여 기존 전화 서비스를 제공함과 동시에 고속 인터넷 접속, VOD, 영상 전화, 원격 강의, 화상회의, 그리고 상업용 광고 등 다양한 멀티미디어 서비스를 가입자에게 제공할 수 있다. 동 기술은 '96년을 전후하여 미국의 주요 통신 사업자에 의해 시범 서비스가 추진되기 시작, '97~'98년에는 상용 서비스로 전환되었다. xDSL의 핵심 기술인 변복조 기술 중에서 CAP (Carrierless Amplitude and Phase) 방식은 구현 되었으나, 전송속도 대비 전송거리에 대한 기술적 한계 때문에 이를 개선할 수 있는 DMT(Discrete MultiTone) 방식이 활발히 연구 개발되고 있다. xDSL은 ADSL(Asymmetric DSL), HDSL(High-bit-rate DSL), SDSL(Symmetric DSL), VDSL(Very-high-bit-rate DSL), RADSL(Rate Adaptive DSL), MDSL(Multi-rate DSL), IDSL(ISDN DSL) 등으로 구분되고 있다.

ADSL

ADSL 개념은 1989년 Bellcore가 발표하였다. 정보검색이나 VOD와 같은 엔터테인먼트 위주의 서비스들이 하향전송(Downstream)에서는 광대역을 필요로 하지만 상향전송(Upstream)에서는 제어 신호만을 위한 대역폭을 필요로 한다는 비대칭(Asymmetry) 특성과 누화(Crosstalk) 등으로 인해 하향전송에 비해 상대적으로 광대역을 보내기 어렵다는 점에 착안하여 비대칭(Asymmetric) DSL을 구상하였다.

또 한 엔터테인먼트 서비스가 일반 가정에서 주로 사용되고 현재 매설되어 있는 동선쌍 중 95%이상이 단일 동선쌍이라는 점을 고려하여 기존의 POTS가 동시에 가능하도록 ADSL개념을 발전시켰다. ADSL 표준을 정하던 1993년 경에는 MPEG-1 비디오를 수용할 수 있는 1.5Mbps의 하향전송과 64kbps정도의 상향전송으로 시작하였으나 미국 스탠포드대학의 DMT 기술을 상용화한 Amati('97년 11월에 TI에 인수됨)사의 ADSL이 6Mbps를 구현하면서 표준화 규격을 주도해 현재는 하향전송은 6Mbps이고 상향전송은 640kbps까지로 확대되었다. ADSL을 이용하면 기존의 전화선을 이용해 1.5Mbps, 즉 MPEG-1급의 화질을 가진 영화를 실시간으로 가정에 보낼 수 있다는 사실이 확인되어지면서 소위 VDT(Video Dial Tone)사업이 시작되었고 정보고속도로(Information Superhighway)의 열풍으로 번져나갔다. 초창기에 각광받던 ADSL이 FSN(Full Service Network)을 위한 기술 경쟁에서 FTTC, HFC등에 밀려 한때 소외되었으나, 다시 인터넷 서비스를 위한 통신사업자들의 유일한 해결책으로 떠오르면서 최근의 xDSL열풍을 주도하고 있다

1995 년 3월 ANSI에서 채택된 T1.413 표준은 0~4KHz를 POTS를 위해 사용하고 나머지 1MHz까지의 스펙트럼을 이용해 5Mbps까지의 하향전송 심플렉스 베어러(Downstream Simplex Bearer)를 규정하고 있다. ADSL의 경우 로딩코일(Loading Coil)은 없으나 브리지탭(Bridge Tap)은 허용되는 동선쌍에서 길이가 18kft일 경우는 1.544Mbps, 15kft의 경우는 3.072Mbps, 12kft의 경우는 6.144Mbps까지 전송 가능하다. 듀플렉스 베어러는(Duplex Bearer)는 16~64Kbps의 제어, 160Kbps의 ISDN BRI, 384Kbps의 비디오 전화를 포함할 수 있도록 규정하고 있다. 따라서 ADSL을 이용하면 기존의 전화선 하나를 이용하여 한 집안에서 POTS, MPEG-1급 영화 4편, ISDN BRI 서비스, 384Kbps급의 비디오 회의를 동시에 서비스 받을 수 있다는 계산이 나온다. 현재 전세계 약 8억 가구에 깔려있는 전화선을 이용하여, 즉 새로운 투자 없이 ADSL 모뎀의 설치만으로도 가까운 미래의 다양한 서비스를 해결할 수 있다는 점이 바로 ADSL을 포함한 xDSL의 매력인 것이다. ADSL의 라인코드(Line Code)로는 스탠포드대학에서 개발한 Amati사의 DMT방식이 표준이지만 AT&T에서 개발한 Globespan사의 CAP방식이 시장에 먼저 출시되어 아직까지는 시장을 주도하고 있다.

ADSL 은 상향 데이터 속도가 하향 데이터의 전송속도에 비해 상당히 낮기 때문에 가입자 단에서 누화에 의한 신호의 손상은 대칭적인 데이터 전송 시스템에 비해 상당히 적다. 이로 인해 보다 장거리 전송이 가능하게 된다. 망에서 가입자로 제공하는 데이터 속도는 동선의 길이, 굵기, 브리지 탭, 누화 간섭 등 여러 가지 요소에 의해 영향을 받는다. 선로에 의한 감쇄는 선로의 길이와 주파수에 따라 커지고 선로의 직경에 반비례한다.

ADSL 은 망측에서 이용자측으로의 신호 속도(downstream)와 이용자측에서 망측으로의 신호 속도(upstream)가 다르므로 망측으로부터 영상 등의 광대역 정보를 받고, 이용자측으로부터는 저속의 제어 신호를 전송하여 이용자를 제어하는 비대칭적인 전송 형태이다.

대 역폭은 1.5~8Mbps의 하향속도와 32~768Kbps의 상향 속도로 사용자가 비대칭으로 이용할 수 있다. ADSL은 하향속도와 상향속도가 약 10:1의 비율로 대역폭이 제공된다. ADSL의 상향과 하향 대역폭이 차이가 있는 것은 상향속도는 선로 변경과 제어 신호 전송으로 사용되므로 하향 속도와 비교할 때 매우 낮다.

ADSL 변복조 기술

ADSL의 변복조 방식은 QAM방식, CAP방식 및 DMT방식이 있으나, ANSI 및 ETSI에서 DMT방식을 표준으로 채택하고 있다.

QAM 방식은 선로상으로 디지털 데이터를 전송하기 위해 직교 반송파로 변조하여 송신하며 수신단에서는 이 직교성(orthogonality)을 이용하여 연속된 데이터 스트림을 검출하는 방식이다. 또한 CAP방식은 QAM방식과 유사하며 전송 데이터를 2개의 기저대역으로 분할하여 ø/2의 위상차를 갖는 힐버트 변환 페어에 의해 각각을 정위상(in-phase)과 직각 위상(quadrature-phase)으로 변조한 후 두 신호를 합하여 전송한다. 부호화 이득에 의한 전송 성능을 향상시키기 위해 사전에 트렐리스 코딩을 사용할 수도 있다.

반 면에 DMT방식은 다중 반송파에 의한 변복조 방식으로써 가입자 선로를 통해 디지털 데이터의 전송을 위해 1.1MHz까지의 가입자 선로 주파수 대역을 4.3125KHz단위로 많은 수의 부채널로 분할하여 사용하며 각 부채널에 데이터를 할당하여 전송한다. 각 부채널은 QAM방식으로 변조하며 FFT를 이용하여 효율적으로 구현할 수 있다. 그리고 각 부채널에 할당되는 비트 수는 선로의 전송특성에 따라 초기화 과정에서 정의되며 동작 중에도 이 비트의 할당은 선로 환경 변화에 따라 적응하며 변화할 수 있다. DMT방식의 ADSL시스템의 비트 에러를 줄이기 위해 전방 에러 제어기능이 추가되며, 전송 성능 향상을 위한 트렐리스 코딩, 전송전력 증대 및 에코 제거기를 사용할 수도 있다. 그리고 가입자 선로의 저주파수 대역은 기존 전화 서비스를 위해 사용하지 않으며 POTS와의 간섭을 피하기 위하여 POTS 스플리터에 의해 분할된다. 따라서 DMT방식에 디지털 데이터를 전송하기 위해 사용하는 가입자 선로의 주파수 대역은 약 20KHz에서 1.1MHz이다.

RADSL

RADSL 은 기존의 ADSL 모뎀이 안고 있는 단점을 보완한 xDSL이라 할 수 있다. ADSL 표준에서는 거리에 따라 다양한 하향 심플렉스 베어러(Downstream Simplex Bearer)를 규정하고 있는데 반해, 실제 ADSL 모뎀들은 속도가변(Rate Adaptive)하기보다는 그 중 한가지만을 구현하고 있다. 서비스업자들의 입장에서는 속도가변의 경우 속도에 따른 요금부과 문제가 따르기는 하나(일부는 수동으로 속도를 변화시키고 변화된 속도에 따라 과금함) 거리에 신경쓰지 않고 동선쌍의 상태에 따라 최대의 속도를 서비스할 수 있다는 측면에서 속도가변이 가능한 RADSL을 선호하고 있다. 일부 벤더들의 상품기획으로 시작된 RADSL은 최근 들어 속도를 거리에 따라 조절하는 기능에 데이터 속도의 비대칭 비율을 조절하여 대칭 서비스 기능까지 포함된 xDSL로 그 범위를 넓혀가고 있다.

RADSL 은 ADSL 보다도 더 유연하다. RADSL의 하향 속도는 600Kbps에서 7Mbps, 상향속도는 128Kbps에서 1Mbps의 데이터 속도를 제공한다. 이것은 표준 ADSL 하향속도 1.544Mbps와 64Kbps의 상향속도에서 확장된 데이터 속도이다.

RADSL 은 CAP 방식과 DMT 방식 둘 중에 하나를 사용 할 수 있으며, 교환국으로부터 가입자까지 거리 제한이 확장된다. 이를테면 RADSL은 600Kbps의 하향 속도와 128Kbps의 상향 속도로 21,000피트 거리의 가입자에게 공급 할 수 있다. 비록 ADSL 최대 속도 보다는 느리지만 기존 모뎀 보다는 더 빠른 데이터 속도로 전송 거리가 길어진다. RADSL은 응용 서비스와 선로 길이 및 서비스의 질을 적합하게 하기 위하여 교환국에서 DSL 링크 상의 대역폭을 조정한다.

SDSL

SDSL 은 싱글페어(Single-Pair) HDSL, 싱글라인(Single-Line) HDSL, 대칭(Symmertric) DSL로 불리우고 있으며, 특징은 하나의 동선쌍을 이용한다는 점이다. 미국의 경우 95% 이상의 로컬 액세스 루프가 단일 동선쌍으로 구성되어 있기 때문에 HDSL을 일반 가정에 연결하는 데는 한계가 있어 HDSL은 주로 사업용으로 그 용도를 넓혀왔다. SDSL은 최근 들어 SOHO가 늘어나면서 광대역 대칭 트래픽을 필요로 하는 수요가 증가하고 있는데 착안하여 단일 동선쌍으로 거리에 따라 T1에서 프렉셔널(Fractional) T1(예를 들면 384Kbps)을 공급하는 DSL로 개발된 것이다. HDSL의 단점인 POTS문제를 해결하기 위하여 POTS를 포함하는 SDSL도 시도되고 있다.

SDSL 은 교환국과 가입자 사이의 단일 동선을 통하여 양방향 대칭, 고속, 가변 속도 통신을 하며, 대표적인 전송 속도는 768Kbps이다. SDSL은 HDSL의 단일회선 버전으로써 단일 전화선을 가지고 있는 개별 가입자를 위한 시장에 적절하다. SDSL과 ADSL을 비교할 때 SDSL은 ADSL이 6Mbps 이상의 속도로 가능한 거리를 10,000피트 이상 초과 하지 못한다. 이와 같이 대칭 전송 시스템은 비대칭 시스템 보다 근본적인 누화(Crosstalk) 현상 때문에 허용되는 거리가 더 짧다.

HDSL(High-bit-rate DSLs)

HDSL 은 1.5Mbps에서 2Mbps의 데이터 속도로 양방향 통신을 하는 대칭적인 전송 형태로 기존의 T1(1.544Mbps)과 E1(2.048Mbps)을 대신하여 중계기(Repeater) 없이 두개의 전화선을 이용하여 서비스하기 위해 개발된 경제적이며 신뢰성 있는 DSL(Digital Subscriber Line)이다. 동 기술은 ISDN BRI 개발을 통해 확보된 VLSI, 에코 제거기(Echo Canceller) 등의 DSP 기술, 2B1Q와 같은 라인 코드를 이용해 T1및 E1의 단점을 해소하기 위해 개발되었다. 1.544Mbps의 경우 두 개의 라인을 이용하여 784Kbps씩 전이중 전송을 하며, 2.048Mbps의 경우는 3개의 라인이 필요하며 모뎀 기술의 발달로 최근 들어 2개의 라인을 이용한 HDSL도 시장에 출시되고 있다. 기존의 T1 및 E1 보다 설치가 빠르고 유지보수가 용이하며 가격 경쟁력도 뛰어나 미국의 경우 이미 30만 회선 이상이 로컬 액세스 인프라에 설치되어 사용되고 있다.

HDSL 변복조 기술

HDSL 의 변복조 기술로는 현재 협대역 ISDN에서 선로 부호화 기술로 사용하고 있는 2B1Q(2Bit 1 Quaternary)방식과 ADSL에서 사용하는 CAP(Carrierless Amplitude and Phase)방식이 있다. 현재 이 두 가지 방식이 공존하여 사용되고 있으나 상호 호환성은 없다. 기존의 T1/E1 중계선로는 교환기로부터 900m 지점에 오피스 중계기를, 그 이상의 거리에서는 1.8km마다 선로 중계기를 설치하여야 하지만, HDSL은 약 3km이내의 반경에서는 별도의 중계기가 필요 없다. 이러한 장점으로 인해 현재 셀룰러 기지국 연결, 인터넷 서버 및 사설 데이터 망 연결에 널리 사용되고 있다.

VDSL(Very-high-bit-rate DSL)

VDSL 은 하향 속도 52Mbps, 상향 속도 1.6Mbps를 제공하는 비대칭 전송 기술로 짧은 거리에서 가장 빠른 속도를 제공하는 기술이다. 현재 미국 ANSI T1E1.4, 유럽의 ETSI 등에서 표준화 작업이 진행되고 있다. ANSI에서 잠정적으로 결정한 VDSL의 전송속도는 비대칭인 경우 1kft거리(아파트 단지나 작은 빌딩)에서 52Mbps/6.4Mbps, 3kft거리(작은 주택단지)에서 26Mbps/3.2Mbps, 4.5kft거리(농촌처럼 분산된 환경)에서 13Mbps/1.6Mbps를 규정하고 있으며, 대칭인 경우 1kft거리에서 26Mbps, 3kft거리에서 13Mbps를 규정하고 있다. 라인코드는 S-DMT, CAP, QAM방식 등이 제안되어 있다.

VDSL 은 ADSL보다 전송 기술이 간단하고 짧은 선로에서 전송의 열화 현상이 적으며, ADSL 보다 10 배 더 빠른 장점을 가지고 있다. VDSL은 완전한 서비스 망과 ATM 망 구조를 목표로 하고 있으며, VDSL 모뎀은 음성 전화 선로를 확장 추가하는 것처럼 동일 선로상에서 연결 할 수 있다.

VDSL 변복조 기술

VDSL 은 전송 거리가 짧은 구간에서 ADSL보다 더욱 고속의 광대역 서비스를 제공하기 위한 변복조 기술로서, ADSL에 비해 선로 외부에서 유기되는 간섭이나 잡음 조건이 양호한 상태를 전제로 하여 기존 전화선로의 주파수 대역폭을 약 30MHz까지 확장하여 사용한다. 현재까지 VDSL의 선로 부호화 방식은 4가지 방식이 제안되고 있으며 표준화되지 않은 상태이다. 첫째는 하향 데이터 전송은 QPSK방식을 사용하는 것이며, 둘째는 ADSL에서 표준화된 다중 캐리어에 의한 DMT방식을 사용하는 것이며, 셋째는 웨이브렛 변환(Wavelet Transform)과 다중 캐리어에 의한 DWMT(Discrete Wavelet MultiTone)방식을 사용하는 것이며, 마지막으로 4-레벨 기저대역 변복조에 의한 SLC(Simple Line Code)방식이 있다. 그 외 기존에 널리 사용되고 있는 QAM방식으로도 개발되고 있다.

IDSL(ISDN DSL)

표 준 ISDN은 교환서비스(Switched Service)이다. 즉 가입자의 전화나 컴퓨터가 전화선을 통해 전화국의 음성교환기의 포트로 직접 연결되어 연결을 원하는 번호로 라우트된다. 그러나 최근의 ISDN 가입자들은 대부분 ISP나 회사의 LAN혹은 WAN 접속장치와의 연결을 위해 128Kbps를 모두 사용하기를 원하는데 표준 ISDN장치들은 이러한 용도로 설계되어 있지 않다. 일부 벤더는 이러한 점에 착안하여 128Kbps를 하나의 서비스에 “전용(Dedicate)”할 수 있는 DSL 모뎀을 개발하였는데 이를 IDSL, “비교환(Unswitched) ISDN” 혹은 “전용(Dedicated) ISDN”이라 부른다.

IDSL 은 ISDN BRI 회로의 2B1Q 선로 부호를 표준으로 사용한다. 그리고 IDSL은 ISDN 표준 선로 부호 기술을 동일하게 사용하여 128Kbps로 18,000 피트까지 동작하며, ISDN BRI 터미널 어댑터의 가입자는 현재의 터미널 어댑터로, ISDN 선로 연결은 라우터와 브릿지를 사용 할 수 있다. 일반적으로 사용되는 PPP, MP, MP+ 또는 프레임 릴레이와 같은 전송 프로토콜은 IDSL 선로를 통하여 사용된다. IDSL 선로의 패킷 교환 망 접속은 전용선으로 제공되며, 인터넷 접속과 같은 IDSL 서비스 가입을 위한 가입자는 미리 지정한 서비스 중에서 연결된다. 위의 <표>는 지금까지 설명한 주요 xDSL 기술을 비교한 것이다.

CAP 방식과 DMT 방식의 비교

ADSL 의 경우 CAP 방식과 DMT 방식으로 제품이 개발되고 있다. CAP 방식은 주로 Globespan에서 생산된 ADSL 칩셋을 사용하고 있으며, DMT 방식은 Amati, Analog Device, Alcatel에서 생산된 칩셋을 사용하고 있다. 전송 속도를 보면 CAP 방식이 하향 속도가 최대 7Mbps, 상향 속도가 최대 1Mbps이며, DMT 방식은 하향 속도가 최대 8Mbps, 상향 속도가 최대 768Kbps에 이르고 있다.

CAP방식

CAP 방식은 '76년 벨 연구소에서 개발된 단일 QAM 변조방식으로 ADSL, VDSL 및HDSL에서 주로 사용되고 있다. CAP은 Lucent, Analogue Device가 주도하고 있으며 Westell이 동 표준을 사용하고 있다. 대다수의 속도가변 모뎀에 널리 사용되고 있는 QAM의 변형으로서 2B1Q와 같은 대역폭을 사용하면서도 이보다 2배의 신호 전송 속도를 제공한다. 주파수 대역이 적절한 경우 선로의 충격잡음 및 타 서비스와의 간섭을 최소화 할 수 있도록 주파수 할당을 자유롭게 할 수 있어 음성 뿐만 아니라 데이터 전송까지 가능하며 저전력, 단순성 및 비용 효과성을 특징으로 한다.

전 체 주파수 대역을 단일 반송파를 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로 간단한 하드웨어 변경으로 여러 종류의 xDSL에 적용이 가능하다. 또한 데이터 오류를 검색하는 과정을 한 개의 반송파의 경우만 처리하므로 단순하며 데이터 전송량이 일정한 특징이 있다.

HDSL경우에는 ANSI에서 CAP 방식을 표준으로 제정하고 있으며, ADSL 경우는 RADSL 표준으로 CAP 방식을 ANSI에서 별도의 위원회를 두어 표준화를 진행 중에 있다.

CAP 방식의 장점으로는 DMT방식에 비해 알고리즘이 간단하여 칩구성이 단순하고 설계가 용이하며, 송신필터의 계수값 조정에 의해 송신 스펙트럼 변경이 용이하여 여러 종류의 xDSL에 적용이 가능한 반면, 단점으로는 전체 주파수 대역을 DMT는 여러 대역으로 나누어 사용하는데 반해 전체 주파수 대역으로 일정하게 전송하므로 데이터 손실이 상대적으로 발생한다는 것이다.

DMT(Discrete MultiTone) 방식

DMT 방식은 `68년 벨 연구소에서 개발된 멀티 QAM 변조방식으로, Amati, Alactel이 주도하고 있으며 현재 Motorola와 Ericsson이 표준에 조인했다. 동 기술은 디지털 신호 정보를 아날로그 반송파에 싣는 방식으로 전대역을 256개의 동등간격(4KHz의 폭)을 지닌 50Hz이상의 부반송파/부대역으로 분할하여 각각 가변수의 QAM으로 변조되는 방식이다. 채널당 최대 효율을 얻기 위하여 잡음 등 개별 선로의 품질 및 상태에 대응하여 변조시 사용하는 주파수 대역을 변경할 수 있는 속도적합능력이 뛰어나다. 선로거리와 데이터 속도간의 탄력적인 상충이 가능한 점 등으로 ANSI에서 채택하였으며, ADSL및 VDSL에서 사용되고 있다.

전 체 주파수 대역을 4KHz씩 대역을 분할하여 약 256개의 반송파를 사용하는 방식이며, 데이터 오류 검색 과정이 각 반송파의 경우에 모두 적용하여 손실율이 적은 주파수 대역을 찾아 데이터를 전송하므로 처리 시간과 알고리즘이 복잡하다.