2. 와이파이 규격 & 발전 과정, 2.4GHz vs 5GHz?
와이파이의 발전 과정 (~802.11n)
이렇듯 와이파이는 처음 발표된 이후 지속적으로 새로운 버전이 개발되면서 점차 데이터 전송 속도가 향상되었다.
1997년에 발표된 IEEE 802.11 규격은 최대 2Mbps의 속도밖에 내지 못했지만 1999년에 나온 IEEE 802.11b 규격은 최대 11Mbps 속도를 지원하는 최초의 상용화된 WiFi 무선 기술로 표준이 확정되자 마자 시장에 다양한 제품이 등장하게되었고 이전 규격보다 현실적인 속도 (실제 속도 5Mbps급)로 기업이나 가정등에 유선 네트워크를 대체하기 위한 목적으로 폭넓게 보급되었다.
이후 2003년에 나온 IEEE 802.11g 규격은 최대 54Mbps로 전송속도가 향상되었다. 참고로 1999년에 이미 54Mbps를 지원하는 IEEE 802.11a 규격이 나온적이 있지만 11b와의 호환성 부족과 수신 거리에 따라 속도 저하가 심한 문제가 있어 많이 사용되지 않았다. 802.11g 규격은 a규격과 전송 속도가 같지만 5GHz가 아닌 2.4GHz 대역을 사용하며 802.11b 규격과 쉽게 호환되면서 Wifi 무선랜 보급의 시발점이 되었다.
그리고 2002년 처음 발표된 이후 2009년에 확정된 규격이 바로 IEEE 802.11n 규격이다. 802.11n은 현재 가장 많이 쓰이는 와이파이 규격으로 최대 150Mbps 데이터 전송 속도를 지원한다. 또한 여러개의 안테나를 사용해 출력을 높이는 MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output) 및 채널 본딩등의 기술이 적용된 AP나 단말기를 사용하면 최대 600Mbps의 전송 속도를 지원한다. (단 600Mbps은 이론적인 최대 전송 속도이며 현재 시중에 나온 IEEE 802.11n 제품들은 대부분 최대 300Mbps까지의 전송 속도를 보장한다.)
참고로 상위 규격의 와이파이 기기는 하위 규격의 와이파이 기술을 포함하는 경우가 많은데, 이런 기기들은 대부분 ‘IEEE 802.11 b/g/n’과 같은 형식으로 사양을 표기한다. 만약 IEEE 802.11 b/g 규격의 무선 공유기와 IEEE 802.11 b/g/n 규격의 노트북을 접속해 사용할 경우, 무선 인터넷 자체는 가능하지만 통신 속도는 IEEE 802.11g 규격 수준(최대 54Mbps)으로 떨어지게 된다.
와이파이의 발전, 802.11n 다음은?
802.11n이 채널 본딩과 MIMO 기술을 이용해 이전 규격에 비해 커다란 속도 향상이 이뤄졌고 대중화를 이뤘지만 그 사이 무선 인터넷 환경역시 크게 변화했다. 이제 무선 인터넷을 통해 단순히 인터넷 검색등을 하는 것이 아니라 풀HD 해상도의 고화질 멀티미디어 컨텐츠를 감상하거나 온라인으로 실시간으로 게임을 즐기며 무압축 음악을 감상하고 클라우드를 통해 PDF 문서등을 필요할 때마다 꺼내보는 것이 일상생활화 되었다.
이렇듯 더욱더 향상된 전송속도에 대한 요구가 커지고 동시에 접속하는 모바일 기기의 개수가 늘어나면서 와이파이 사용이 크게 증가하였고 그 결과 새로운 규격이 필요해졌다.
이에 2011년 IEEE는 새로운 와이파이 규격인 802.11ac을 발표했다. 802.11ac는 802.11n의 2.4GHz와 호환성을 유지하면서 802.11n의 5GHz 주파수에서 높은 대역폭 (80~160MHz)과 더많은 MINO 스트림 지원등을 통해 무선 성능을 개선하였다.
802.11ac의 가장 큰 특징은 향상된 전송 속도로 기존 802.11n 규격에 비해 최대 3배 이상 빠르기 때문에 풀HD영상을 실시간으로 전송이 가능하다. 또한 802.11n에 비해 최대 6배 이상 높은 전력 효율을 제공한다.
지난 2012년말 802.11ac를 지원하는 AP 공유기가 선보인 이후 노트북, 데스크탑 PC 뿐만 아니라 디지털 TV 및 셋톱박스등의 다양한 멀티미디어 기기에 적용이 되고 있으며 최근 출시되는 프리미엄 스마트폰, 태블릿PC에서도 802.11ac 지원이 추가되고 있는 추세이다.
와이파이 채널 본딩과 MINO을 통해 와이파이 무선 속도 향상
보다 빠른 무선 인터넷 속도를 지원하기 위해 802.11n 규격부터 지원하기 된 기술중에 하나가 바로 와이파이 채널본딩(WiFi Channel bonding)이다.
와이파이 채널 본딩은 한마디로 말해 2개의 와이파이 신호를 하나처럼 합쳐서 쓰는 기술로 이는 LTE-A에서 사용되는 LTE 캐리어 어그리게이션(CA)와 비슷한 개념이라고 할 수 있다. 다만 합치는 2개의 신호가 다른 주파수가 아닌 ㅂ지슷한 주파수대의 다른 채널 2개를 잇는 것으로 이론적으로는 2배의 속도를 낼 수 있다.
802.11n 무선랜의 경우 5GHz 신호에서 20MHz의 대역폭으로 최대 75Mbps의 속도를 낼 수 있다. 이걸 2개 묶어서 2채널 본딩으로 구성하면 대역폭은 40MHz로 늘어나고 속도는 150Mbps로 빨라진다. 현재 가정에서 사용되는 광랜이 100Mbps 라는 점을 생각한다면 무선랜으로 유선랜을 충분히 대체할 수 있는 속도라고 할 수있다.
802.11ac의 경우 4채널 본딩 기술을 적용해 더 넓은 채널 대역폭을 제공하는 한편 256QAM 변조 방식으로 64QAM 802.11n에 비해 데이터 전송률이 크게 증가하였다.
다중 안테나 기술 (MINO)는 다수의 안테나에서 데이터를 동시에 송/수신함으로써 데이터 신호의 신뢰도를 높히는 한편 전송 속도를 향상시켜준다.
MIMO 기술은 송/수신기 모두에 다수의 안테나를 채용한 것으로 추가적인 주파수 할당이나 전력의 증가 없이 안테나 수에 비례하는 채널 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 장점을 갖추고 있다.
MIMO 기술은 802.11n과 802.11ac 규격에서 사용되며 예를 들어 2개의 안테나(2Tx-2Rx)를 통해 전송될 경우 802.11n 규격은 150Mbps의 2배인 300Mbps 속도를, 802.11ac 규격은 433.3Mbps의 2배인 867Mbps 속도를 각각 지원하게 된다. 참고로 802.11n의 경우 국내에서는 관련법상 300Mbps 까지만 지원하기 때문에 현재 국내에 출시되는 대부분의 유무선 공유기의 경우 2x2 안테나 또는 2x3 안테나 구성으로 최대 300Mbps 속도를 제공하고 있다.
2.4GHz vs 5GHz 와이파이
(좌) WiFi 2.4GHz, (우) WiFi 5GHz
위에서 살펴보았듯이 대부분의 와이파이 규격은 2.4GHz 주파수 대역을 사용하며 결국 현재 주로 쓰는 와이파이 장비 대부분은 2.4GHz 주파수 대역을 사용하면서 속도가 느려지거나 신호가 불안해지는 신호 간섭 현상에 시달리고 있다.
2.4GHz와 5GHz 주파수는 스펙상 동일한 속도를 제공하지만 파장 형태로 인해 사용자가 체감하는 속도는 달라지게 된다.
2.4GHz 주파수의 경우 유무선 공유기와 랜카드의 가격이 저렴하고 주파수 대역이 낮아 장애물을 지나갈 수 있는
회절(반사, 굴절) 특성이 5GHz 주파수보다 좋기 때문에 적은 안테나로 좀더 안정적인 수신 환경을 구현할 수 있다.
5GHz는 높은 주파수를 사용하며 장애물이 없는 직선상에서는 신호 감도가 더욱 뛰어나지만 낮은 주파수에 비해 회절과 반사에 약하다는 단점이 있어 벽으로 가로 막혀 있는 경우 수신률이 감소하게 되며 신호 간섭이 없는 경우라면 장거리 수신률은 2.4GHz에 비해 떨어질 수 있다. 결국 두 주파수 모두 특성에 따른 장단점을 갖추고 있기 때문에 어느 주파수가 절대적으로 좋다고는 할 수 없는 상황이다.
하지만 실제 환경에서는 앞서 언급한 신호 간섭으로 인해 5GHz 무선랜이 보다 쾌적하고 빠른 속도를 제공한다. 802.11n을 비롯해 이전에 나왔던 규격 모두 2.4GHz 주파수를 사용하며 이동통신사, 자치단체, 기업, 가게, 가정, 대중교통 등 모든 무선 AP들이 사용하고 있기 때문에 신호 간섭이 일어날 수밖에 없다.
특히 2.4GHz 와이파이의 경우 채널을 5MHz 단위로 촘촘하게 나눠 배치해 사용하기 때문에 20MHz 단위로 나눠 사용하는 5GHz 와이파이에 비해 간섭 현상이 발생할 가능성이 높다. 2.4GHz의 경우 3개의 비중첩 채널이 20MHz 단위로 분리되어 있지만 5GHz는 24개의 비중첩 채널이 20MHz 단위로 분리되어 있으며 여기에 40MHz 채너 본딩 기술을 사용할 경우 5GHz는 12개, 2.4GHz는 2개의 비중첩 채널을 사용할 수 있게 된다.
결론적으로 2.4GHz 와이파이의 경우 2개 이상의 채널이 사용되면 전체 채널에 무선 간섭이 발생하지만 이에 비해 5GHz 와이파이의 경우 바로 인접한 채널이 아니라면 무선 간섭의 영향이 거의 없게 된다. 그로 인해 5GHz 와이파이가 2.4GHz 와이파이에 비해 채널이 겹칠 확률이 적고 속도가 떨어질 확률 또한 적을 수밖에 없다.
위에서 2.4GHz 주파수가 5GHz 주파수에 비한 장점중에 하나로 회절 또는 반사를 통한 전달이 쉽게 일어난다고 언급했다. 물론 대부분의 경우 회절 및 반사등을 통해 음영 지역을 줄일 수 있지만 그만큼 전달되는 무선 신호의 세기는 크게 감소해 버린다. 결국 무선 신호가 잡히기는 하지만 실제 데이터 통신이 원활하지 않고 다른 무선 신호와 간섭 현상을 일으키면서 오히려 노이즈의 역할을 할 수도 있다.
이에 비해 5GHz 주파수의 경우 비록 회절 및 반사가 적어 미치는 영역이 상대적으로 적을 수는 있지만 주변 무선 통신에 영향을 주는 노이즈역시 적어 안정적인 신호 세기를 제공하게 된다.
특히 우리나라의 경우 상가와 사무실, 주거 공간들이 밀집되어 있는 형태가 많으며 무선랜이 보급이 본격화되면서 설치된 무선랜 제품의 경우 2.4GHz 위주로 설치되었기 때문에 현재 2.4GHz 주파수를 사용하는 와이파이 기기 및 채널은 이미 포화 상태에 이르러 신호 간섭이 심할 수밖에 없다.
이에 비해 5GHz 주파수 대역은 802.11a이후 무선랜쪽에서는 사용되지 않았고 최근에서야 5GHz 지원의 802.11n과 802.11ac을 사용하는 유무선 공유기와 스마트 기기가 선보이기 시작했기 때문에 비어있는 채널을 찾기가 훨씬 수월해 상대적으로 간섭이 발생할 확률이 낮다.
특히 802.11ac의 경우 혼잡한 2.4GHz 대역이 아닌 5GHz 대역의 전파만을 사용해 무선 신호를 전송하기 때문에 무선의 신뢰성 향상은 물론 더 넓은 범위와 빠른 처리량 제공으로 무선의 사각지대를 없을 수 있다는 강점을 갖추고 있다. 결국 802.11ac 규격처럼 향후 와이파이 표준은 5GHz를 중심으로 빠르게 발전할 것으로 전망된다. |
