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다가오는 Wi-Fi 신기술 – IEEE802.11ac

LTE와 Wi-Fi의 속도 경쟁은 언제까지 계속될까요? IEEE802.11n 출현 이후 Wi-Fi 속도는 비약적으로 빨라졌고, 스마트폰 사용자들은 3G 보다 Wi-Fi 접속을 선호하게 되었습니다. 물론 비용적인 문제도 있었지만, 그보다 Wi-Fi Zone 내에서 데이터 전송속도의 차이가 크게 작용하였습니다. 그런데 최근 LTE 상용 서비스가 개시되면서, 사용자들은 Wi-Fi보다 LTE의 손을 들어주고 있습니다. 이에 질세라 Wi-Fi 진영의 속도 종결자 IEEE802.11ac가 신문지상에 등장하면서 다시 Wi-Fi가 관심을 모으고 있습니다. IEEE802.11n의 최대 속도가 600Mbps인 반면, IEEE802.11ac는 최대 6.9Gbps까지 가능한 것입니다. 어떻게 이런 고속의 성능이 가능한 것인지 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

속도 증가의 3요소 – Bandwidth, MIMO Stream, 256QAM

802.11n에서 802.11ac로 가면서 3가지 요소가 속도 증대를 가져왔습니다. IEEE802.11n의 Bandwidth는 채널본딩 기술로 기본 20MHz에서 2배인 40MHz까지 제공되지만, IEEE802.11ac는 8배인 160MHz까지 가능합니다. 또한 IEEE802.11n의 MIMO stream 수는 최대 4개까지 가능하였으나, IEEE802.11ac는 최대 8개까지 가능합니다. Bandwidth나 MIMO stream 수는 도로의 폭이 넓어지거나 동시에 사용할 수 있는 차선의 수가 많아졌다고 생각하면 편리합니다. 그리고 IEEE802.11n은 64QAM까지 제공한 데 반해, IEEE802.11ac 는 256QAM까지 제공합니다. 64QAM은 한번에 보내는 최소 데이터 단위가 6비트임을 의미하고, 256QAM은 8비트가 됨을 의미합니다. 이 세가지 요소에 의해 각각 4.35배, 2배, 1.33배 증가하여, 총 11.5배의 속도 향상이 발생하게 된 것입니다. (아래 표 참조)

802.11n과 802.11ac의 비교표
항목 802.11n 802.11ac 향상율
Bandwidth 40MHz 160MHz 4.35배1)
MIMO Stream 4 8 2배
QAM 64 256 1.33배2)
11.5배

속도 증가 외에도 눈에 띄는 혁신 기술로는 Multi-User MIMO (MU-MIMO)가 있습니다. 기존의 MIMO 기술에서는 하나의 사용자가 여러 개의 stream을 사용하여 속도를 높이는 데 집중했습니다. 이 경우, AP에 안테나를 최대 8개 달아서 stream 수를 8개까지 늘릴 수 있더라도 단말에서 안테나 8개를 지원하는 것은 거의 불가능하므로 stream 수를 늘이는 것이 무의미해집니다. IEEE802.11n 표준에서 stream을 4개까지 지원하지만, 실제로 그러한 제품이 나오지 않는 이유는 가장 대표적인 단말인 PC에서 stream을 3개까지만 지원하고 있기 때문입니다. 고사양의 PC에서는 stream을 3개까지 지원하고 있으나, 일반적인 PC는 stream을 2개까지, 스마트폰은 stream을 1개만 지원합니다. MU-MIMO에서는 8개의 stream을 여러 사용자가 나누어 사용하는 것이 가능합니다. 즉, stream 2개를 지원하는 단말이 있다면, 하나의 AP에서 동시에 4개의 단말까지 통신이 가능해집니다.

또한, 단말의 Power saving 기술이 향상되었습니다. 기존의 Power saving은 주기적으로 자다 깨다를 반복하면서 AP의 beacon을 읽어보고, 자신에게 수신되는 패킷이 있으면 AP에게 요청하는 방식이었습니다. 이 방식은 자다 깨다 하는 주기에 맞춰서 수신이 가능하게 되므로, 성능 저하가 발생합니다. 이런 이유로 성능 저하를 막기 위해서 아예 Power saving을 사용하지 않거나 또는 일정 시간 동안 트래픽이 없으면 Power saving 모드로 진입하는 방식을 사용하는 경우도 있습니다. Power saving 모드가 아닐 경우, 자신에게 수신되는 패킷이 아니더라도 수신 모드에서는 항상 패킷 전체를 수신해야 하고, 자신의 것이 아니면 버리도록 되어 있기 때문에 수신 모드에서도 전력 소모가 상당합니다.

반면 IEEE802.11ac에서는 패킷 헤더의 정보를 이용하여 자기 패킷이 아니면, 패킷 전송이 완료될 때까지 잠들도록 고안되어 있기 때문에 소모 전력을 절감할 수 있게 되었습니다.

표준화 : IEEE와 Wi-Fi Alliance (WFA)

Wi-Fi 기술의 표준화 단체로 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)와 Wi-Fi Alliance (WFA)가 있습니다. IEEE802.11로 불리는 표준은 IEEE에서 학계와 산업계의 전문가들이 모여서 제정을 하고, 흔히 말하는 Wi-Fi 표준은 산업 표준으로 IEEE 802.11 시리즈의 표준을 참고하여 여러 산업체의 전문가들이 제품 호환성에 초점을 맞추어 제정합니다. 따라서, IEEE에서 IEEE802.11ac 표준화가 완료되어야만 WFA에서 그 표준을 근거로서 산업 표준을 제정할 수 있습니다.

이러한 표준화 과정대로라면, IEEE802.11ac에 대한 IEEE의 표준화 완료 예상은 2013년 12월이므로, 그 이후에나 Wi-Fi 표준을 준수하는 제품을 만나볼 수 있을 것으로 전망됩니다. 하지만 WFA에서는 IEEE802.11ac 초안 3.0 문서를 기준으로 IEEE802.11ac stage 1 (가칭) 이라는 표준 제정을 2012년 말까지 추진 중에 있습니다. 최종 표준이 아닌 초안을 기준으로 Wi-Fi 표준을 만들다 보니, 필수적이고 최종 표준이 되더라도 변경되지 않을 만한 내용만을 담고 있으며, 이로 인해 MU-MIMO나 Power saving과 같은 향상된 기술은 포함되지 않았습니다. IEEE802.11ac stage 1에서는 80MHz 대역폭, stream 수 3개, 256QAM 정도의 속도 향상 기술을 포함하고 있습니다. 따라서 가정에서 빠른 속도를 원하는 사용자는 이 표준을 따르는 제품을 구매할 수도 있겠지만, 기업용으로는 아직 적합하지 않다고 할 수 있습니다. 최종 표준이 반영된 Wi-Fi 제품이 나오는 시점은 2014년 하반기로 예상됩니다.

5GHz 대역은 아직도 배가 고프다!

IEEE802.11ac는 앞서 설명한 바와 같이 주파수 대역을 넓게 쓸 수 있기 때문에, 2.4GHz에서는 더 이상 지원하지 않습니다. 현재 5GHz 주파수 대에서 Wi-Fi 기술을 사용할 수 있는 채널의 개수는 총 24개입니다. 국가에 따라서 허용하지 않는 채널도 있는데, 한국의 경우는 그 중 5개가 허용되지 않아서 19개 채널만 사용할 수 있습니다. 2.4GHz 주파수 대에서 설정 가능한 채널은 13개이지만, 서로 겹치지 않도록 설정 가능한 채널은 총 4개에 불과합니다. 반면 5GHz 대역은 아예 겹치도록 설정하는 것 자체가 금지되어 있기 때문에 그러한 혼란은 없습니다.

19개 채널이면 아주 많게 느껴지지만, 40MHz, 80MHz, 심지어 160MHz의 채널 본딩이 가능해지는 IEEE802.11ac에서는 다시 부족해지는 문제가 생깁니다. 40MHz 사용시에는 11개, 80MHz 사용시는 5개, 160MHz 사용시는 2개 밖에 없게 되는 것입니다. 그래서, WFA에서는 아래 그림3)과 같이 붉게 표시된 채널을 더 확보하기 위해서 노력 중에 있습니다.

마무리하면서,

IEEE802.11ac는 최대 6.9Gbps의 전송 속도를 자랑하고, 여러 단말과 동시에 통신 가능한 MU-MIMO를 지원하며, 또한 power saving도 향상되었습니다. 이 기술은 IEEE와 WFA에서 아직 표준화를 진행 중입니다. 속도를 향상시키는데 필수적인 IEEE802.11ac의 기술을 구현한 IEEE802.11ac stage 1 표준 제품이 2013년 상반기에 출시될 것으로 예상되지만, 표준화 완료 시점이 2013년 12월이므로 그 이후에나 모든 표준 기술이 반영된 제품을 만날 수 있을 것으로 전망됩니다.

  1. 1) 40MHz에서 sub-carrier 수가 108개이고, 160MHz에서 sub-carrier 수가 468개이므로,
         468/108 = 4.35
  2. 2) 256QAM은 symbol당 8bit, 64QAM은 symbol당 6bit이므로, 8/6 = 1.33
  3. 3) 출처 : VHT5G Marketing Group