무선네트워크 이해 (4) - Chapter3. 802.11n (1)

 무선네트워크 이해 (4) - Chapter4. 802.11n (1) 

 

  802.11n은 2007년 6월에 802.11n Draft-v2.0 기반 인증이 되었고 2009년 9월에 표준안으로 확정 되면서 등장하게 됩니다. 무선이 확장성은 있

 지만 유선보다 느리다는 편견이 있었는데 802.11n의 등장으로 이제 유선만큼 빠른 속도를 낼 수 있게 되었습니다. 이제 802.11ac의 등장으로

 기가 WIFI의 시대가 열렸지만 무선네트워크 인프라가 변경 되려면 비용,시간 문제 등이 있어 2017년 정도 까지는 802.11n과 함께 사용해야

 하지 않을까 싶습니다.

 

  그럼 802.11n이 어떻게 해서 기존에 54Mbps 속도 뿐이 안되던 무선속도를 600Mbps로 개선 했는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 사실 600Mbps 짜리 무선 AP는 시중에 깔린게 없습니다. 450Mbps 제품이 출시될 때 802.11ac가 등장함에 따라 600Mbps 제품을 출시하지

 않게 된 것이죠. 그리고 노트북이나 핸드폰에 안테나를 4개씩 꼽긴 부담이 있는 실정이라 600Mbps 를 눈으로 보신 분들은 국내에는 없지 않

 으실까 합니다. ^-^;

 

  802.11n 주요기술에는 MIMO, 채널 본딩, Frame Aggregation, Short Guard Interval 등이 있습니다. 이런 기술들로 인해 어떻게 600Mbps 속

 도가 나오는지 알아보도록 하겠습니다.

 

1.OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

 - 주파수 다중화 방식, 변조 방식에는 각기 장단점이 있습니다. 시분할다중화인 TDMA, 주파수분할다중화 FDMA, 코드분할다중화 CDMA 와

 연속적인 맥락에서 탄생한게 바로 이 Subcarrier (부반송파) 를 이용한 OFDM 기술 입니다.

 - 반송파라는 것은 저주파 신호를 전송하기 위해 사용하는 고주파를 이야기 합니다. 흔히들 반송파에 실어서 데이터를 전달 한다고들 합니다.

 OFDM 이라는 것은 데이터열을 여러 개의 데이터열로 나누고 다수의 부반송파를 사용하여 직교하는 일정 간격의 Subcarrier에다 병렬로

 동시에 전송하는 기술을 뜻합니다. 일단 여기까지 이해하는 사람은 별로 없습니다. 직교성이라는 건 다소 어려운 이야기이기 때문에 여기선

 넘어가도록 하겠습니다. OFDM 이라는게 Subcarrier 를 사용해서 주파수분할과 변조를 한다는 것을 이해하시면 되십니다.

  그림으로 표현하면 아래와 같습니다.

   

 - OFDM에서는 20MHz 대역을 3.125KHz 크기의 Subcarrier 로 나눈 총 64개의 Subcarrier로 구성 됩니다.

    3.125Khz * 64 = 20 MHz

 - 그림으로 하면 아래와 같습니다.

 - 양쪽 긑의 미사용 부반송파는 인접 채널과의 간섭 방지를 위하여 데이터 전송용으로 사용하지 않습니다. 중앙에 1개와 파일롯 부반송파

  4개는 위상 동기화 등을 위해 항상 송출되는 반송파 이므로 데이터에 사용하지 않습니다. 그러므로 802.11a/g 에서 OFDM 은 48개의

  Subcarrier를 데이터 전송에 사용하며 최대 54Mbps의 throughput을 내게 됩니다.

 - 802.11n 에서는 전송용으로 4개 더 맣은 총 52개의 subcarrier가 데이터 전송에 사용되어 65Mbps가 최대 throughput이 됩니다.

 

2.Short Guard Interval (가드인터벌)  

 - 가드 인터벌이라는 것은 무선상에 데이터를 연속적으로 보낼 때 민감한 무선상에서 데이터의 영향을 줄이기 위해 다음 신호를 보내기 전

  에 대기하는 시간을 말합니다. 802.11a/g 의 경우 800nsec 입니다만 802.11n에서는 이를 400nsec으로 두어 감소된 가드 인터벌 만큼

  Subcarrier 를 사용 할 수 있게 되어 전체 throughput은 72Mbps 가 되게 됩니다.

 - 가드 인터벌을 줄이는건 송수신단 모두 협의를 해야 하는 과정이므로 실제 무선랜을 구성할 땐 옵션으로 주어 설정 하는 편입니다.

 

3.채널 본딩 (Bonding, 40MHz)

 - 802.11n 에서는 인접한 2개의 채널을 묶어서 사용을 할 수 있습니다. 인접한 주파수 채널을 묶기 때문에 그 사이에 간섭방지를 위해데이터

  용으로 사용하지않던 Subcarrier들을 데이터용으로 사용 할 수 있게 되어 4개의 Subcarrier를 더 확보하여 6Mbps의 throughput을 더 얻을

  수 있게 됩니다.

  - 계산을 한번 해보죠. 20MHz를 사용하며 가드인터벌을 400nsec으로 했을 때 최대속도는? 72Mbps 라고 했습니다. 이게 40MHz로 두배가 되

   므로 72Mbps * 2 가 되어 144Mbps 가 되게 되지요. 거기에 인접 채널이 합쳐지면서 6Mbps의 이득을 얻게 되니 총 150Mbps 가 되게 됩니다.

  - 쉽게 정리하면 802.11n을 썼을 때 20MHz 만 사용을 하면 최대속도는 72Mbps, 채널본딩을 하여 40MHz를 사용하면 150Mbps의 속도가 나는

   겁니다. 이것을 스트림이라고도 하는데 무엇인지는 뒤에서 설명하도록 하겠습니다.

 

4.MIMO (Multi Input Multi Output)

 - 802.11n에서 가장 중요한 기술입니다. 마이모라고도 하고 미모 라고도 하는데 보통 마이모 라고 많이들 부릅니다. MIMO 이름을 한글로 풀면

  다중 입출력 기술 입니다. 동시에 데이터를 송수신 하겠다는 의미가 되겠지요. 무선에서는 신호가 멀어질 수록 그리고 어떤 경로로 신호를 받았

  느냐에 따라 품질이 좌우 됩니다. 같은 단말 간 통신이라도 어떤 신호는 벽을 타고 들어올 수도 있고 어떤 신호는 의자 밑으로도 들어 올 수 있

  지요. 이런 다양한 경로(MultiPath)로 들어오는 신호를 여러개의 안테나로 수신하여 데이터를 연산한 후 원래의 신호로 복원 하는 것도 MIMO

  의 기술입니다. 여러개의 데이터를 비교분석 해서 원래의 신호를 복원 하니 송수신 감도가 더 좋아지겠죠? 그렇기 떄문에 같은 거리에 있더라도

  802.11n 단말이 일반 802.11a/b/g 일 때 보다 신호감도가 좋게 나옵니다. 

   (802.11a/b/g는 안테나를 하나만 쓰는 Single Input Single Output, SISO 라고 합니다.)

 - MIMO의 Spatial Stream은 공간적 차이로 다수의 스트림을 동시에 송수신 한다라고들 어렵게 많이 표현하는데 쉽게 표현하면 1 Spatial Stream

  이면 안테나 1개, 데이터는 한개씩 보낸다. 라고 이해하시면 되고 2 Spatial Stream이면 안테나 2개가 필요하고 데이터는 두개씩 보낸다. 라고 이

  해 하시면 쉽습니다.  아래 그림을 보고 차이를 이해해 보세요.

 

  - "123456789" 라는 데이터를 보낼 때 동일한 시간에 보낼 수 있는 데이터가 달라지게 됩니다. 위에서 계산한대로 40MHz일 때 하나의 스트림

  으로 낼 수 있는 최대 속도가 150Mbps라고 했습니다. 2개의 Stream이면 데이터를 두개씩 보내게 되니 300Mbps가 되고, 3개의 Stream 이면

  450Mbps, 4개의 Stream 이면 600Mbps 의 속도가 나게 되는 겁니다. 안테나가 3개라고 반드시 3 Spatial Stream 을 지원하는 건 아닙니다.

  - 제품에서는 아래와 같이 AP datasheet를 제공하니 꼭 확인하고 구매 하시기 바랍니다. 아래와 같은 제품이면 450Mbps 속도가 나오겠죠?

 

 

5.속도 증가 총정리

 - 그림 하나로 끝내겠습니다. 워낙 유명한 그림이라 보신 분도 많으실 겁니다.

 

 

   

 6. 마치며

 - 다음에는 802.11n의 다른 기술들을 소개 하겠습니다.