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 802.11n 무선 랜의 스펙과 기술 특징은?
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구분 |
802.11 |
802.11a |
802.11b |
802.11g |
802.11n |
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주파수 |
2.4GHz |
5GHz |
2.4GHz |
2.4GHz |
2.4GHz/5GHz |
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변조 방식 |
FHSS/DSSS |
OFDM |
HR-DSSS |
OFDM |
OFDM |
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채널 대역 |
1MHz/22MHz |
20MHz |
22MHz |
20MHz |
20MHz/40MHz |
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안테나 수
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1 |
1 |
1 |
1
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1~4 |
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최대 속도 |
2Mbps |
54Mbps |
11Mbps |
54Mbps |
최대 600Mbps |
802.11 무선 랜 규격을 간략히 살펴보면 최초의 무선 랜 규격이었던 802.11은 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum, 주파수도약변조) 방식을 사용해 채널 사이를 건너뛰는 방식으로 하나의 채널 대역이 1MHz로 2.4GHz 주파수 대역 안에 100여개의 채널을 만들 수 있어 중첩 가능성은 적은 대신 최대 속도가 2Mbps를 넘지 못했다. DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum, 직접환산변조) 방식은 채널 대역폭을 22MHz로 구성했다.
802.11 규격 다음 등장한 802.11b는 HR-DSSS 방식을 사용해 속도를 11Mbps로 끌어올렸으나 802.11a는 5GHz 주파수 대역을 쓰면서 변조 방식을 OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, 직교주파수분할다중) 변조 방식을 사용해 최대 전송 속도를 54Mbps로 더 높였다. 802.11g는 다시 2.4GHz 주파수 대역에서 802.11a의 변조 방식 OFDM을 도입해 전송 속도를 802.11a와 같은 54Mbps로 올리고 같은 2.4GHz 대역의 802.11b 규격을 하위 호환으로 지원한다.
그리고 현재 보급 중인 802.11n 무선 랜 규격은 기존에 사용된 무선 기술에 새로운 기술들을 추가로 도입하면서 최대 전송 속도를 획기적으로 향상시켰으며, 사용 주파수도 2.4GHz와 5GHz 모두 지원하고 기존 규격에 맞은 동작 모드도 포함하고 있다.
802.11n 규격이 종전까지 최대 54Mbps에 불과하던 전송 속도를 최대 600Mbps까지 올릴 수 있는 것은 기존에는 사용되지 않았던 몇 가지 새로운 기술들이 추가되었기 때문인데, 이 기술들은 비단 무선 랜 뿐만 아니라 차세대 이동통신에서도 속도를 높이기 위한 방법으로 도입되고 있는 것들이다.
여러 개의 안테나를 이용하는 OFDM-MIMO 기술
802.11n 무선 랜에서 눈에 띄는 변화가 바로 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)라고 불리는 다중입출력 기술이다. MIMO는 여러 개의 안테나를 이용해 신호를 출력하고 수신 역시 여러 개의 안테나를 이용해서 하는 방식인데, 802.11n 무선 기술 가운데 중요한 스마트 안테나와 다중 공간 전송 기술이 MIMO를 통해 동작하게 된다.
여기에 802.11a에서 도입되었던 OFDM 변조 방식을 사용하여 ODFM-MIMO 형태로 속도의 향상을 꾀하게 된다. 이는 OFDM 변조 방식을 다수의 사용자가 이용할 수 있게 만든 OFDMA에 MIMO 기술을 적용하려는 4G 이동통신 목표와 동일하다. 무선 규격이 다르더라도 고속 무선 구현을 위한 기술 방향은 거의 같다는 뜻이다.
OFDM-MIMO의 기본 원리는 '물리적인 다중 공간(여러 개의 안테나)'을 통해서 다량의 반송파를 중첩시켜서 주파수 이용 효율을 극대화하는 것으로 반송파가 많을수록 대역폭당 전송 속도를 높일 수 있기 때문에 송신 안테나 숫자가 많으면 전송 속도도 그만큼 증가한다.
반대로 수신부의 다중 안테나는 알고리즘을 이용해 수많은 반송파들을 원래 신호로 바꾸게 되는데, 기본적으로 통신 거리 및 신뢰성 개선을 위해 수신측 안테나 숫자는 송신 안테나 숫자보다 많을 것을 원칙으로 하고 있다. 즉 2Tx-2Rx나 2Tx-3Rx 같은 제품은 가능해도 2Tx-1Rx와 같이 수신 안테나가 적은 제품은 안된다는 뜻이다.
다만 송신 안테나 숫자가 많으면 많을수록 전송 속도도 증가하겠지만 그만큼 많은 전력이 필요하고 수신측 알고리즘이 복합해지거나 지연 등으로 효율이 떨어질 수 있어 802.11n 규격에서는 최대 4개까지 MIMO 안테나 사용을 규정하고 있으며, 와이파이 연합의 드래프트 2.0 인증에서는 2TX-2Rx를 통한 300Mbps를 기본으로 한다.
20MHz 대역을 40MHz로 늘려쓰는 채널 본딩
802.11n의 또 다른 핵심 기술은 채널 본딩(Channel Bonding)이라고 불리는 채널 결합 기술인데, 이것은 802.11a/b/g까지 사용하던 채널당 20MHz 대역을 그 두배에 해당하는 40MHz로 늘리는 것이다. 인접 채널을 이용해 대역을 20MHz의 2배인 40MHz로 늘리면 20MHz일 때보다 한 번에 전송할 수 있는 서브캐리어 숫자가 늘어나 전송속도가 2배로 올라간다.
802.11n 초기에는 정부에서 채널 본딩을 허가하지 않아 무선 랜 장치들이 20MHz까지만 지원하도록 출시되었으나 이후 802.11n 기술에 맞춰 채널 본딩이 허가되면서 온전한 300Mbps 무선 랜 사용이 가능해졌다. (다만 채널 본딩을 사용할 경우 2.4GHz 주파수의 경우 가용한 비중첩 채널이 줄어든다는 점이 문제인데, 이 부분은 뒤에서 다시 설명하기로 하겠다)
기타 802.11n 주요 기술들
802.11n에는 핵심 기술인 MIMO와 40MHz 채널 본딩 외에도 무선 속도 효율을 높이기 위한 몇가지 기술들이 더 포함되어 있다.
802.11a의 OFDM보다 4개 더 많은 sub-carrier를 사용해 기본 속도를 65Mbps로 높인 OFDM 개선, 기존 802.11a/g의 OFDM 전송 간 지연 시간(800ns)을 절반으로 줄여 전송 효율을 개선한 SGI(Shot Guard Interval), 프레임 앞 부분에 붙는 프리앰블에서 하위 호환 규격인 802.11a/b/g 지원 요소를 제거해 802.11n 네트워크 전용으로 오버헤드를 줄여 효율을 높인 Green Filed Mode가 있다.
또한 MAC(물리계층)과 무선 랜의 QoS를 고려한 802.11e 표준에서 가져온 MAC 프레임을 모아서 송신하는 frame aggregation을 위한 A-MPDU 및 A-MSDU 지원, Block ACK 지원 등도 802.11n 표준에 포함되었다.
MIMO 구성과 채널 본딩으로 알아보는 간단한 속도 계산
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동작 모드 |
최대 속도 |
송신 안테나 숫자 |
수신 안테나 숫자 |
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802.11g
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54Mbps
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1 Tx
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1 Rx
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1x1 20MHz
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75Mbps
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1 Tx
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1 Rx
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1x1 40MHz
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150Mbps
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2 Tx
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2 Rx
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2x2 20MHz
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150Mbps
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2 Tx
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2 Rx
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2x2 40MHz
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300Mbps
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2 Tx
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2 Rx
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3x3 40MHz
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450Mbps
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3 Tx
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3 Rx
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위의 802.11n 기술들을 종합해보면 MIMO 안테나 숫자와 채널 본딩 유무에 따라 최대 전송 속도에 차이가 많이 나는 것을 알 수 있다. 송신과 수신 안테나 모두 1개씩을 사용하는 기존의 802.11g 무선 랜은 최대 속도가 54Mbps이며, 만약 802.11n 지원 장치도 1Tx-1Rx 구조에 20MHz 채널 1개만 사용한다면 최대 속도는 802.11g보다 약간 올라간 75Mbps에 불과할 것이다.
하지만 MIMO와 채널 본딩 기술이 들어가면서 40MHz 사용 여부와 안테나 숫자에 따른 전송 속도는 최대 300Mbps까지 올라가게 된다. 또한 휴대 단말기 등을 위해 안테나 1개만을 써도 채널 본딩으로 100Mbps 이상의 속도를 낸다면 문제 없을 것이다.
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