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리피터
리피터(repeater) 또는 중계기(中繼器)는 통신에서 신호를 수신하여 재전송하는 전자 장치이다. 리피터는 신호가 더 먼 거리까지 도달하거나 장애물 반대편에서 수신될 수 있도록 전송 범위를 확장하는 데 사용된다. 일부 리피터는 동일한 신호를 전송하지만, 예를 들어 다른 주파수나 전송 속도(baud rate)로 전송 방식을 변경하기도 한다.
리피터에는 여러 종류가 있다. 전화 리피터는 전화선에 설치된 증폭기이고, 광 리피터는 광섬유 케이블 내에서 광 신호를 증폭하는 광전자 회로이다. 무선 리피터는 무선 신호를 재전송하는 무선 수신기와 송신기이다.
방송 중계소는 라디오 및 텔레비전 방송에서 사용되는 리피터이다.
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[숨기기]개요[편집]
정보를 담고 있는 신호가 통신 채널을 통과할 때, 전력 손실로 인해 점차적으로 열화된다. 예를 들어, 전화 통화가 유선 전화선을 통해 전달될 때, 오디오 신호를 나타내는 전류의 일부 전력이 구리선의 저항에서 열로 소모된다. 선이 길수록 더 많은 전력이 손실되고, 반대편에서 신호의 진폭이 더 작아진다. 따라서 선이 충분히 길면 상대방이 통화를 들을 수 없게 된다. 마찬가지로, 라디오 방송국과 수신기 사이의 거리가 멀수록 라디오 신호가 약해지고 수신 품질이 저하된다. 리피터는 통신 채널에서 신호의 전력을 증폭시켜 재전송함으로써 신호가 더 멀리 전달될 수 있도록 하는 전자 장치이다. 신호를 증폭하기 때문에 전원 공급이 필요하다.
"리피터"라는 용어는 19세기 전신에서 유래했으며, 전신 신호를 재생성하는 데 사용된 전기기계식 장치(릴레이)를 가리켰다.
이 용어는 전화 통신과 데이터 통신에서도 계속 사용되고 있다.
컴퓨터 네트워킹에서 리피터는 실제 물리적 신호만을 다루고, 전송되는 데이터를 해석하려고 하지 않기 때문에 OSI 모델의 첫 번째 계층인 물리 계층에서 동작한다. 다중 포트 이더넷 리피터는 일반적으로 허브라고 불린다.
종류[편집]
전화 중계기[편집]
이 장치는 전화선에서 전화 신호의 범위를 확장하는 데 사용된다.
- 유선 리피터
이들은 장거리 통화를 전달하는 중계선에서 가장 자주 사용된다. 두 가닥의 선으로 이루어진 아날로그 전화선에서는, 선로의 교류 오디오 신호의 전력을 증가시키기 위해 DC 전원에서 전력을 공급받는 트랜지스터로 구성된 증폭 회로로 이루어져 있다. 전화는 양방향(듀플렉스) 통신 시스템이기 때문에, 두 가닥의 선은 각각 반대 방향으로 가는 두 개의 오디오 신호를 전달한다. 따라서 전화 중계기는 양방향으로 신호를 증폭해야 하며, 피드백이 발생하지 않도록 설계되어야 하므로 설계가 상당히 복잡해진다. 전화 중계기는 최초의 리피터 형태였으며, 증폭 기술이 처음으로 적용된 사례 중 하나이다. 1900년에서 1915년 사이에 전화 중계기가 개발되면서 장거리 전화 서비스가 가능해졌다. 현재 대부분의 통신 케이블은 광섬유 케이블로, 광 중계기(아래 참조)를 사용한다.
전자 증폭기가 발명되기 전에는, 기계적으로 연결된 탄소 마이크로폰이 전화 중계기에서 증폭기로 사용되었다. 20세기 초에는 음의 저항을 가진 수은 램프가 신호를 증폭할 수 있음이 밝혀져 사용되었다. 1916년경 오디오관 중계기가 발명되면서 대륙 횡단 전화가 실현 가능해졌다. 1930년대에는 하이브리드 코일을 사용하는 진공관 중계기가 보편화되어 더 얇은 선을 사용할 수 있게 되었다. 1950년대에는 음의 임피던스 이득 장치가 더 널리 사용되었고, 트랜지스터를 사용한 E6 중계기가 벨 시스템에서 디지털 전송의 저비용화로 모든 음성 대역 중계기가 사라지기 전 마지막 주요 중계기였다. 주파수 도약 중계기는 20세기 중후반 주파수 분할 다중화 시스템에서 흔히 사용되었다.
- 해저 케이블 리피터
이것은 해저 통신 케이블에서 사용되는 일종의 전화 중계기이다.
광통신 리피터[편집]
이 장치는 광섬유 케이블에서 신호의 도달 범위를 확장하는 데 사용된다. 디지털 정보는 광섬유 케이블을 통해 짧은 빛의 펄스 형태로 전달된다. 빛은 광자라고 불리는 입자로 구성되어 있으며, 이들은 섬유 내에서 흡수되거나 산란될 수 있다. 광통신 중계기는 일반적으로 빛의 펄스를 전기 신호로 변환하는 포토트랜지스터, 신호의 세기를 증폭하는 증폭기, 펄스의 형태를 재구성하는 전자 필터, 그리고 전기 신호를 다시 빛으로 변환하여 다른 광섬유로 보내는 레이저로 구성된다. 그러나 최근에는 신호를 전기 신호로 변환하지 않고 빛 자체를 증폭하는 광 증폭기가 중계기용으로 개발되고 있다.
라디오 중계기[편집]
이 장치는 무선 신호의 도달 범위를 확장하는 데 사용된다. 무선 리피터의 역사는 1898년 Johann Mattausch가 오스트리아 저널 Zeitschrift für Electrotechnik(16권, 35-36호)에 발표한 논문에서 시작되었다. 그러나 그의 제안인 "트랜슬레이터"는 원시적이었고 실제 사용에는 적합하지 않았다. 실제로 작동한 최초의 무선 중계 시스템은 1899년 Emile Guarini-Foresio가 발명한 것이었다.
무선 리피터는 일반적으로 무선 수신기와 무선 송신기로 구성된다. 수신된 신호는 증폭되어 종종 다른 주파수로 재송신되어 장애물을 넘어선 지역까지 커버리지를 제공한다. 듀플렉서를 사용하면 중계기가 하나의 안테나로 동시에 송수신을 할 수 있다.
- 방송 중계소, 재방송기 또는 트랜슬레이터: 이는 라디오나 텔레비전 방송국의 서비스 범위를 확장하기 위해 사용되는 리피터이다. 보조 라디오 또는 텔레비전 송신기로 구성되어 있으며, 주 송신기로부터의 신호는 종종 임대 전화 회선이나 마이크로파 중계로 전달된다.
- 마이크로파 중계: 이는 지점 간 통신을 위해 특화된 링크로, 한 중계소에서 직선거리 내에 있는 다른 중계소로부터 마이크로파 빔을 통해 정보를 수신하는 마이크로파 수신기와, 이 정보를 또 다른 마이크로파 빔을 통해 다음 중계소로 전달하는 마이크로파 송신기로 구성됩니다. 마이크로파 중계소 네트워크는 대륙 규모의 지역에서 도시 간 전화 통화, 텔레비전 프로그램, 컴퓨터 데이터를 전송합니다.
- 수동 중계기: 이는 단순히 마이크로파 빔을 다른 방향으로 반사시키는 평평한 금속 표면으로 이루어진 마이크로파 중계기이다. 신호 증폭이 필요하지 않을 때, 언덕이나 산을 넘어 마이크로파 중계 신호를 전달하는 데 사용된다.
- 셀룰러 중계기: 이는 제한된 구역 내에서 휴대전화 수신을 증폭하는 라디오 중계기이다. 이 장치는 소형 셀룰러 기지국처럼 작동하며, 방향성 안테나로 가장 가까운 셀 타워의 신호를 수신하고, 증폭기를 거쳐 로컬 안테나로 신호를 주변 휴대전화에 재송신한다. 주로 도심의 오피스 빌딩에서 사용된다.
- 디지피터: 패킷 라디오 네트워크에서 사용하는 중계 노드이다. 저장 및 전달 기능을 수행하여 한 노드에서 다른 노드로 정보 패킷을 전달한다.
- 아마추어 무선 중계기: 아마추어 무선 운영자들이 VHF 및 UHF에서 지점 간 통신이 어려운 지역에서도 양방향 통신이 가능하도록 사용한다. 이러한 중계기는 개인 운영자나 동호회에서 설치 및 유지하며, 일반적으로 모든 허가받은 아마추어가 사용할 수 있다. 넓은 지역에서 활용도를 극대화하기 위해 언덕이나 산 정상에 설치하는 것이 바람직하다.
라디오 중계기는 일반적으로 직선 전파 경로(line-of-sight)를 사용하는 시스템에서 통신 범위를 개선해준다. 중계기가 없을 경우, 이러한 시스템은 지구의 곡률이나 지형, 고층 건물 등에 의해 통신 거리가 제한된다. 언덕 꼭대기나 높은 건물에 설치된 중계기를 이용하면, 서로 직접적인 가시선 범위를 벗어난 기지국 간에도 안정적인 통신이 가능하다.
라디오 중계기는 또한 하나의 주파수 집합에서 다른 주파수 집합으로의 변환을 지원할 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 공공기관(예: 도시의 경찰과 소방, 혹은 인접한 경찰서 간)이 상호 운용할 수 있도록 해주는 것이다. 일부 중계기는 공중 교환 전화망(PSTN)이나 위성망(BGAN, INMARSAT, MSAT)과의 연결을 제공하여, 송신지와 수신지 간의 대체 통신 경로를 제공할 수도 있다.
일반적으로 중계기 기지는 하나의 주파수 A로 수신하고, 다른 주파수 B로 송신한다. 모든 모바일 장비는 채널 B를 수신하고, 채널 A로 송신한다. 두 주파수 간의 차이는 동작 주파수에 비해 상대적으로 작을 수 있으며, 예를 들어 약 1% 수준일 수 있다. 중계기 기지는 보통 하나의 안테나를 송수신에 모두 사용하며, 이때 "듀플렉서(duplexer)"라고 불리는 고선택성 필터를 이용해, 매우 미약한 수신 신호를 수십억 배 강한 송신 신호로부터 분리한다. 때때로 송신용과 수신용 위치를 분리해 유선 또는 무선 링크로 연결하기도 한다. 중계기 기지는 송수신을 동시에 처리할 수 있도록 설계되지만, 모바일 장비는 어느 한 시점에 송신 또는 수신만 하기 때문에, 부피가 크고 비싼 듀플렉서를 장착할 필요는 없다.
중계기 시스템 내의 모바일 장비에는 단일 채널에서 모바일 간 직접 통신을 할 수 있는 "토크어라운드(talkaround)" 채널이 제공되기도 한다. 이는 중계기 통신 범위 바깥에서 사용되거나, 모든 모바일 장비에 전달할 필요가 없는 통신에 사용된다. 이 토크어라운드 채널은 중계기의 출력 주파수와 동일할 수 있으며, 이 경우 중계기는 해당 주파수의 신호를 다시 송신하지 않는다.
무선 통신 시스템 설계자는 원하는 커버리지 영역을 분석하고, 중계기의 위치, 고도, 안테나, 운용 주파수, 출력 전력 등을 선정함으로써, 계획된 영역에서 예측 가능한 수준의 안정적인 통신이 가능하도록 설계한다.
데이터 처리[편집]
중계기는 처리하는 데이터의 유형에 따라 두 가지로 나눌 수 있다.
아날로그 중계기[편집]
이 유형은 오디오 신호처럼 신호의 진폭에 비례하는 전압 또는 전류 형태의 아날로그 신호로 데이터를 전송하는 채널에서 사용된다. 또한 주파수 분할 다중화(FDM)를 이용해 여러 신호를 전송하는 트렁크 회선에서도 사용된다. 아날로그 중계기는 선형 증폭기로 구성되며, 회선 내의 주파수 및 위상 왜곡을 보상하기 위해 전자 필터가 포함될 수 있다.
디지털 중계기[편집]
디지털 중계기는 데이터가 1과 0의 이진 숫자를 나타내는 두 가지 값만을 갖는 펄스 형태의 이진 디지털 신호로 전송되는 채널에서 사용된다. 디지털 중계기는 신호를 증폭할 뿐만 아니라, 펄스의 타이밍을 재조정하거나 동기화하고, 형태를 재구성할 수도 있다. 타이밍 재조정이나 동기화 기능을 수행하는 중계기는 재생기(regenerator)라고도 부른다.
참고자료[편집]
- "Repeater", Wikipedia
같이 보기[편집]
