1. 주파수 이용성/효율성
※ 주파수대역 등 무선 자원은, 일정 시간에 제한된 수의 사용자 만이 공유할 수 있는 한정된 자원 임
ㅇ [정책 관점] 주파수 이용율
- 허가된 주파수 대역폭에 대해 실제 사용되는 주파수 대역폭의 백분율
ㅇ [시스템 관점] 주파수 효율 또는 스펙트럼 효율
- 통신 시스템이 주어진 대역폭 내에서 최대로 가능한 데이터 전송율 (최대 정보율)
ㅇ [기술 비교 관점] 상대 주파수 효율성 / 상대 스펙트럼 효율성
- 어떤 디지털 변조/통신방식/시스템이 주어진 대역폭을 가장 잘 활용하는가를 나타냄
2. 대역 효율성 / 주파수 효율성 / 스펙트럼 효율성 에 대한 `정량화 式` 및 `단위`
ㅇ 대역 효율성 = 최대 정보량 ÷ 스펙트럼 양
= (최대 전송률 / 가용 대역폭) x (1 / 주파수재사용계수) x (시스템 평균 수율)
ㅇ 단위 : [bits/sec/Hz], [bps/Hz], [bph]
- 1 Hz 대역 내에 1 초 동안 전송할 수 있는 최대 비트의 수 (1 Hz 내 전송가능 비트율)
- 단위 주파수 당 데이터 속도 [ bps / Hz]
- 이진 변조 때의 대역폭 효율 = Rb/B = 전송률 / 신호대역폭
※ 한편, 이론적으로 ISI 없이 가능한 시스템 최소 대역폭 ☞ 나이퀴스트 대역폭 참조
- 즉, 나이퀴스트 펄스 성형을 통해, ISI 없이 최소 대역폭으로 전송시, 가능한 최대 대역폭 효율
. 만일, 1 심볼에 log2M 비트를 담는 M진 변조(M-ary)를 한다면,
. 전송률은 {#R_b = R_s \log_2 M#}이고, 최소 대역폭은 {#B > R_s/2#}
. 따라서, 대역폭 효율 η은,
[#η = \frac{R_b}{B} = \frac{R_s \log_2 M}{R_s/2} = 2\log_2 M#]
[bits/sec/Hz]
3. 디지털 통신이 `대역 효율성` 이라는 척도를 사용하는 이유
ㅇ 디지털 통신의 목표
- 주어진 대역폭 내에서 최소의 비트에러율로 최대의 데이터율을 달성하려는 것
. 평균적으로는 최소의 신호전력을 소비하면서도,
. 최대의 대역폭 효율을 달성하자는 것
- 사용되는 변조 및 코딩 방식/기법에 따라 주파수 효율은 달라지게 됨
ㅇ 결과적으로,
- 이들을 포괄하여 표현할 수 있는 매개변수로 `단위 대역폭 당 전송률`
(bit/sec/Hz,bps/Hz) 즉, 주파수 대역폭 이용 효율을 정의하게됨.
- 대역폭 자원을 활용하는 기법에 대한 효율성의 척도
4. 주요 시스템 및 변조방식에 대한 일반적인 스펙트럼 효율 값의 例
ㅇ 주요 시스템별
- CDMA 방식 IS-95 : 약 0.38 bits/sec/Hz/Cell
- CDMA 방식 1x EV-DO : 약 0.77 bits/sec/Hz/Cell
- 휴대인터넷 : 약 1~3 bits/sec/Hz/Cell
- WDM 광통신 방식 : 약 0.1~0.4 bits/sec/Hz
ㅇ 주요 변조방식별
- BASK(OOK) : 1 bits/sec/Hz
- BPSK : 1 bits/sec/Hz (실제 약 0.7 ~ 0.8)
- QPSK : 2 bits/sec/Hz (실제 약 1.4 ~ 1.6)
- 256 QAM : 8 bits/sec/Hz
5. [참고사항]
ㅇ 대역제한된 물리매체(채널)들의 例 : 무선채널, 유선채널, 저장매체 등
ㅇ 주파수의 효율적 이용 기술 例 : 다중접속 프로토콜, 공간 다중화 등