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론. 5GHz Wi-Fi가 필요한 이유

Wi-Fi (무선랜) 는 기본적으로 비면허 대역 (Unlicensed Band) 을 사용하는 기술입니다.

주지의 사실이지만 주파수는 매우 비싼 자재죠. 
각 국의 정부는 주파수 대역의 독점 사용권을 주고 그 대가로 일정 사용료를 받고 있습니다.
세계적으로 이동통신 시장의 발전에 따라 해당 권리 비용이 기하급수적으로 증가하는 추세입니다.
[주] LG U+가 4G LTE 서비스를 위하여 2.1GHz 중 20MHz4455억에 샀죠.. 
        4455억으로 '거저 주웠다'가 대체적인 평가였습니다.
        ( http://www.ddaily.co.kr/news/news_view.php?uid=81353 )
        SKT는 1.8GHz 대역 20MHz를 1조원에 샀으니 박한 이야기는 아닌듯 합니다.

국가는 아무런 투자 없이 돈벌이를 할 수 있는 주파수를 많이 확보하여 팔면 팔 수록 이득이지만, 일부 대역에서는 특정 회사/단체에 독점적 권한을 통한 수익을 얻는 대신 비허가 대역으로 설정하고 일정 기준을 통과한 제품에게 사용할 수 있도록 하고 있습니다.
이런 대표적인 주파수 대역이 ISM band이며 Wi-Fi가 사용하는 대역도 이 대역입니다.
[주1] 방송/레이더등 주파수를 쓰는 다른 기기/서비스는 다양하나, 통신에 한정하면 ISM Band가 대표적인 비허가 대역입니다.
[주2] 좋은 의미로 공익적 차원에서 비허가 대역을 설정하였다고 하나 엄밀하게 보면  
         
주파수 특성이 좋지 않아 상업적으로 사용하기 힘든 대역을 쓸 수 있는 놈들은 써봐라 하고 내놓은 것이죠..


현재까지 Wi-Fi는 2.4GHz 대역 사용이 주류입니다. (802.11b/g가 적힌 로고를 달고 있는Wi-Fi 기기는 2.4GHz를 사용하는 단말입니다.) 2.4GHz의 ISM Band는 약 80MHz (2.400 ~ 2.4835GHz) 입니다. 하나의 채널이 점유하는 대역폭이 11g 기준 20MHz정도이니 3 ~ 4개 정도의 채널을 사용할 수 있는 수준이죠.
(선택할 수 있는 채널은 국내 기준 13개 채널이지만 겹치지 않는 채널3개 또는 4개입니다. 혼란이 있을 수 있는데요, 해당 내용도 많이 길어질 내용이라 다음기회에 설명하겠습니다.)



[참고자료] TTA 저널 Vol. 139 ‘Wi-Fi CWG-RF 인증시험  개요 및 동향

1999년에 5GHz 표준 (802.11a) 이 제정되었지만 이미 대세가 된 2.4GHz를 바꾸기는 쉽지 않았습니다.
여러가지 이유가 있겠지만, 2.4GHz가 5GHz 대역보다 전파환경이 좋고 80MHz 정도의 대역에서도 서비스하는데 지장이 없었기 때문에 크게 부각되지 않았다고 봅니다.

그러나 근래에 들어 상황이 바뀌고 있습니다. 스마트기기 (폰/패드) 의 폭팔적 확산에 따른 무선 데이터 수요 증대 및 그에 따른 무료 무선 데이터 채널인 Wi-Fi 사용 증대가 그것입니다. 
[주] 물론 엄밀히 '무료'는 아닙니다. 실제 국내 통신 3사 모두 Hotspot 정액 요금제가 있습니다.
        또한 집에 무선공유기(AP)를 설치하고 사용하는 것도 국내 인터넷 (유선) 이 정액 요금이어서 추가되는 요금이 없을 뿐입니다.

서두에 말한 것과 같이 비싼돈 주고 서비스하는 통신사의 입장에서는 비싼 망을 사용하는 사용자에게 합당하게 (?) 비싼 값을 받고 종량제 형식의 데이터 서비스를 하고 있습니다.
스마트 기기를 이용하면서 무선데이터의 편리한 맛을 알아버린 이용자들은 비싼돈 드는 3G/4G 망 대신 돈을 내지 않고 사용할 수 있는 Wi-Fi를 쓰려고 합니다. 이런 수요에 방방곡곡 AP가 증가하고 2.4GHz는 점점 혼잡해지게 되었습니다. 

[주] 아이러니하게도 무선 데이터를 많이 팔면 팔 수록 이득인 통신사업자들Wi-Fi를 '망 수준'으로 늘리고 있습니다.
        무선 데이터 소비가 매우 가파르게 늘어나면서 자신들의 망으로 감당하기 힘든 무선 데이터를 사용함에 따라 울며 겨자먹기로
        늘리고 있는 것이죠.. 트래픽이 늘면 20MHz에 1조씩하는 주파수도 더 확보해야 하고, (확보하고 싶다고 확보할 수 있는 것도
        아니죠!) 그에 몇 배가 되는 네트워크 장비 투자까지 해야하니까요..

Wi-Fi 혼잡도에 불을 더 붙인 것이 802.11n (이하 11n) 의 확산입니다. 11n 기술은 최대 속도가 54Mbps인 (54Mbps는 Physical 속도입니다. MAC Layer의 속도는 이론상으로도 30Mbps 전후입니다.) Wi-Fi의 속도를 300Mbps (MAC 속도 약 200Mbps) 가깝게 올려주는 혁신적인 기술입니다.(지금은 범용적인 기술이 되었죠..)
언뜻 봐서는 똑같은 자원환경에서 6배 정도의 효율을 올려주는 기술입니다. 같은 자원을 쓰면서 높은 속도를 내게한다면 오히려 혼잡도를 줄여야 할 기술인데요, 실제로는 그렇지 않습니다.

혼잡도를 증가시키는 첫번째 이슈는 Channel Bonding 기술입니다. 쉽게 말해서 2개 채널을 동시에 쓰는 것입니다. 앞에서 설명하였듯이 Wi-Fi는 1개 채널 20MHz를 기본으로 4개 정도의 독립적인 채널이 있습니다. 채널 본딩을 쓰는 순간 가능한 독립 채널이 2개뿐이 존재하지 않게됩니다. 같은 수의 AP가 있는 환경에서 채널본딩을 사용한다면 2배로 혼잡해지는 것이지요.

두번째는 생각만큼 Throughput이 올라가지 않는다는 것입니다. 11n은 2개의 안테나를 사용하는 MIMO기술로 2개 안테나에 서로 다른 데이터를 전송하여 2배로 뻥튀기 하게 됩니다. 문제는 많이 쓰게된 스마트기기에는 안테나가 1개만 들어갑니다. 채널본딩 기술 또한 최근에 지원되기 시작했죠. 본딩을 쓰지 않고 1개 안테나를 사용할 경우 최대 속도는 65Mbps입니다. 11g와 얼마 차이나지 않았다는 것이죠. 

결론적으로 채널 상황만 복잡하게 만들어놓고, 효율은 거기서 거기가 된 것이지요.

2.4GHz는 스마트기기의 확산과 11n의 보급에 따라  이미 레드오션이 되어버렸습니다. 강남 네거리에서 Wi-Fi는 빵빵하게 뜨는데 인터넷라디오도 뚝뚝 끊겨 들리는 상황이 되버린 것이지요.. 
물론 이를 바라보고만 있을 수 없던 방통위는 2011년 Wi-Fi 혼신 가이드 라인을 제정하였습니다. 
http://www.wifi.or.kr/new/guide_line/ 

공공장소에서는 서로간의 간섭을 최소로 줄여보자는 취지로 만들어졌구요, 가이드라인이지만 방통위가 한 것이기에 통신사들이 매우 잘 따르고 있구요, 공공장송에서는 매우 나이스하게 채널이 나뉘어 있는 것을 쉽게 확인할 수 있습니다.

그러나 수백개의 AP가 검색되는 환경에서 아무리 채널을 잘 나누어 써봤자 2.4GHz 80MHz 만으로는 한계가 있습니다. 국제적으로 서비스하는 5GHz 대역이 화두로 떠오른 이유입니다.
뿐만아니라 2.4GHz에는 같은 대역을 활발히 사용되는 경쟁 기술이 많이 있습니다. 블루투스, 지그비, wireless 마이크, DCP (Digital Cordless Phone) 등 다양한 기술이 비면허 대역의 이점을 이용하고자 하고 있습니다. 논란의 여지가 있으나 블루투스와 지그비와 같이 보편화 된 기술간의 간섭 문제는 가장 큰 약점이 되어 가고 있습니다. 거기다 2.3GHz를 사용하는 WiBro도 2.4GHz Wi-Fi에게는 큰 간섭요인이 되고 있다는 것은 아는사람은 아는 비밀입니다. 

덧붙여..

5GHz 대역은 최대 24개의 독립채널이 존재합니다.
국내에서 사용가능한 대역 크기만 보아도 총 19개 채널로 2.4GHz의 4배가 넘습니다.

[참고자료] TTA 저널 Vol. 139 ‘Wi-Fi CWG-RF 인증시험  개요 및 동향

물론 이 대역 역시 Wi-Fi만을 위한 대역이 아니기에 간섭에 자유롭지 않으나 매우 넓은 대역과 상대적 깨끗한 환경은 그것만으로 매우 큰 매리트라 할 수 있습니다. 

5GHz의 등장이 주목받는 또하나의 이유는 차세대 Wi-Fi 기술로 최대 기가급 성능을 지원하는 802.11ac의 등장입니다. 아직 표준화가 완료되지 않았으나, 2012년 말 상용화를 시작으로 2013년의 가장 큰 화두가 될 것으로 예상하고 있습니다. 11ac 기술이 backward compatibility를 보장하고 있어 기존의 802.11a/n과 호환성을 가지고 있어 11ac의 진행이 곧 5GHz의 활성화와 직결된다고 할 수 있습니다. 
근래의 대부분의 스마트기기 (아이패드2, 갤럭시노트, 옵티머스lte/패드 등)와 노트북에서 5GHz를 디폴트로 탑재하고 있다는 점도 5GHz의 활용도가 점차 높아지고 있다는 것의 방증일 것입니다.

5GHz의 가장 큰 약점은 높은 주파수 사용에 따른 작은 커버리지 입니다. 직진성이 높아 벽과 같은 장애물 투과율도 현저히 떨어집니다. 또한 레이더나 방송등 우선 사용이 요구되는 점도 마이너스 요인으로 꼽힙니다.

하지만 현재 기술의 발전 추세와 망 사용성의 관점에서는 2012년이 5GHz Wi-Fi 폭발이 원년이 될 것이라는 것에는 의심의 여지가 없어 보입니다.

최초작성 : 2012.3.13
보완작성 : 2012.9.12

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Posted by vestasun

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