정보통신공학과 통신학과, 정보처리기사 등 정보통신시스템 요약정리 48. 무선 LAN 표준

48. 무선 LAN 표준

•TV White Spaces(TVWS) : TV 방송용으로 분배된 VHF 및 UHF 주파수 대역에서 방송사업자가 사 용하지 않는 비어있는 주파수 대역을 의미하며, 누구나 정부의 전파규제에 대한 조건을 만족하면 사용할 수 있는 비면허 대역이다. •WiGig(Wireless Gigabit) : 60GHz 대역의 무선랜 표준기술(IEEE 802.11ad)을 적용하여 10m 이내의 근거리에서 7Gbps 이상의 고속 데이터를 전송하기 위한 인증 브랜드를 말한다. •채널 본딩(Channel Bonding) : 주파수 채널 중 연속된 채널들을 결합하여 고속으로 많은 용량의 데 이터를 전송함으로써 전송 효율을 높이는 방식이다.

무선 LAN 표준은 크게 IEEE 802.11 규격, 유럽의 HIPERLAN(High Performance
Radio LAN) 규격, 일본 MMAC－PC(Multimedia Mobile Access Communication
Systems－Promotion Council) 규격으로 분류된다. 이 중에서 IEEE 802.11 표준은 인
가 없이 누구나 사용할 수 있는 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역
을 사용하여 2Mbps까지 전송할 수 있는 802.11이 1997년에 제정되었다. 그 후로 [표
5-6]과 같이 802.11의 변복조 기술을 일부 변경하여 전송속도를 11Mbps까지 고속화
한 802.11b, 5GHz 대역에서 6~54Mbps의 전송속도를 제공하는 직교 주파수분할 다
중화(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 802.11a, 2.4GHz
대역에서 54Mbps의 전송속도를 제공하는 802.11g 표준이 각각 제정되었다. 2.4GHz
또는 5GHz 대역에서 최대 540Mbps를 제공하는 초고속 무선 LAN 표준인 802.11n이
완성되었다.
최근 스마트 디바이스의 폭발적인 증가로 무선랜을 사용하는 접속기기 수가 기하급
수적으로 증가하고 있다. BYOD(Bring Your Own Device) 환경으로 화상회의, 비디오 스트리밍 등 다양한 어플리케이션의 사용은 무선랜 성능에 부담으로 작용하며, 특히
초고화질 대용량 트래픽의 멀티미디어 전송을 위해서는 기가비트 이상의 전송 속도가
요구된다. 기가비트 이상의 전송속도를 위해 IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ad 등의 규
격이 표준으로 제정되었으며, IEEE 802.11ac는 IEEE 802.11n의 뒤를 이은 무선랜 규
격으로 다중 사용자 동시접속 및 Gbps급 이상의 고성능 지원에 초점을 맞추고 있으며,
블루레이 및 압축되지 않은 초고화질 비디오 서비스를 실시간으로 제공할 수 있다.

<IEEE 802.11 무선 LAN 표준 및 특징>

표준	제정 시기	주파수 대역	전송속도(최대)	변조방식
802.11	1997	2.4GHz	2Mbps	DSSS/FHSS
802.11a	1999	5GHz	54Mbps	OFDM
802.11b	1999	2.4GHz	11Mbps	DSSS
802.11g	2003	2.4GHz	54Mbps	OFDM/DSSS
802.11n	2009	2.4 / 5GHz	600Mbps	OFDM/MIMO

최근의 무선랜 기술의 진화 방향은 [표 5-7]과 같이 크게 3가지 방향(전송 속도, 광
역 전송 거리, 편의성)으로 진행되고 있다. 전송 속도를 더욱 높이기 위한 노력으로는
IEEE 802.11ac와 IEEE 802.11ad 표준이 있으며, IEEE 802.11ad는 60GHz 주파수 대
역을 사용하는 무선랜 기술이며, IEEE 802.11ac는 기존의 5GHz 주파수 대역을 사용
하는 초고속 무선랜 기술이다. 아울러, 기존의 무선랜보다 거리적으로 광역 전송을
가능하게 하기 위해 1GHz 미만의 주파수 밴드를 활용하는 광역 무선랜이 대두되고
있는데, 이에는 TV 유휴대역(TVWS, TV White Spaces)을 활용하는 IEEE 802.11af와
900MHz 대역을 활용하는 IEEE 802.11ah가 있다. 이들 표준은 스마트그리드 및 광역
센서 네트워크뿐만 아니라, 와이파이 서비스의 확장을 주목적으로 한다. 기존의 무선
랜 MAC 기술은 초기 링크 셋업 시간이 경우에 따라 매우 길어지는 문제점을 안고 있
었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 IEEE 802.11ai, IEEE 802.11aq 표준화 활동이 최
근 활발하게 이루어지고 있으며, 이는 무선랜의 편의성을 제공하는 것이 주목적이다.
한편, 고밀도 AP/단말이 혼재된 실내외 환경에서 사용자가 실질적으로 체감할
수 있는 고효율의 무선랜 표준 개발을 목표로 2013년 3월 IEEE 802.11 HEW(High
Efficiency WLAN) 스터디 그룹(Study Group)이 결성되었으며, 이는 IEEE 802.11ax
표준으로 제정될 것으로 예상된다. 기존의 무선랜 표준들이 최대전송률 향상에만 초
점을 두어 실제 환경에서의 체감 성능 향상이 높지 않았던 것에 반해, IEEE 802.11ax 는 고밀도 중첩 무선랜 환경에서 향상된 사용자별 실질적 체감 성능 향상을 목표로 하
고 있다. 또한 IEEE 802.11에서는 60GHz 대역에서의 무선랜 기술인 802.11ad의 기술
을 진보시키고 여러 가지 문제점을 해결하기 위해서 2014년 9월에 NG 60GHz(Next
Generation 60 GHz) 스터디 그룹이 결성되었다. 그 후 2015년 5월 회의부터 IEEE
802.11ay Task Group으로 승격되었다. IEEE 802.11ay는 전력 효율성을 유지하거나 개
선시키면서 최대 20Gbps의 전송 속도를 지원하기 위해서 물리 계층과 MAC 계층을
변경하여 새로운 표준을 정의하는 것을 목표로 하고 있다.

차세대 무선랜을 위한 IEEE 802.11의 규격 현황

항목	목표	주파수 대역	기술 방향	서비스반경/ 최대전송률	핵심 특성
802.11ac	1Gbps 이상의 전송속도 실현	5GHz	전송 속도	100m 이하/ 6.9Gbps	기가비트 전송
802.11ad	수 Gbps 이상의 전송속도 실현	60GHz	전송 속도	10m 이하/ 6.9Gbps	좁은 서비스 범위 넓은 대역폭
802.11af	장거리 전송 가능	54~88MHz 470~806MHz	광역 전송	1Km 이하/-	TV 유휴대역 활용
802.11ah	장거리 전송 가능	900MHz	광역 전송	1Km 이하/-	스마트그리드 IoT 환경 , M2M,
802.11ai	고속 초기 링크 셋업 시간	2.4GHz/5GHz	편의성	100m 이하/-	보안 인증 (1/10) 시간 단축
802.11ax	고효율 무선랜	2.4GHz/5GHz	고효율	100m 이하/ 6.9Gbps	단말당 평균 전송율 증대
802.11ay	차세대 무선랜	60GHz	차세대	10m 이하/ 20Gbps	전력효율성 증대 전송속도 개선

가. IEEE 802.11
IEEE 802.11은 최초의 버전으로 인가 없이 사용할 수 있는 ISM 2.4GHz 대역을 사
용하여 2Mbps까지 데이터를 전송할 수 있는 무선 LAN의 물리계층과 매체 접근 제어
(MAC) 계층을 규정하고 있다. IEEE 802.11에서는 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple
Access/Collision Avoidance)의 매체접근제어 방식을 사용하고, 물리계층으로서는 직
접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS, Direct-Sequence Spread Spectrum), 주파수 호핑 확
산 스펙트럼(FHSS, Frequency-Hopping Spread Spectrum) 방식과 적외선(Infrared) 방
식을 사용한다.

나. IEEE 802.11a
802.11a는 5GHz 대역의 전파를 사용하는 규격으로, 직교 주파수분할 다중화
(OFDM) 기술을 사용해 최고 54Mbps까지의 전송 속도를 지원한다. 5GHz 대역은
2.4GHz 대역에 비해 다른 통신기기(무선 전화기, 블루투스 기기 등)와의 간섭이 적
고, 더 넓은 전파 대역을 사용할 수 있다는 장점이 있지만, 신호의 특성상 장애물이
나 도심 건물 등 주변 환경의 영향을 쉽게 받고, 2.4GHz 대역에서 54Mbps 속도를 지
원하는 802.11g 규격이 등장하면서 현재는 널리 쓰이지 않고 있다.

다. IEEE 802.11b
802.11b는 802.11 규격을 기반으로 더욱 발전시킨 기술로, 최고 전송속도는 11Mbps
이나 실제로는 CSMA/CA 기술의 구현 과정에서 6~7Mbps 정도의 효율을 나타내는
것으로 알려져 있다. 표준이 확정되자마자 시장에 다양한 관련 제품이 등장했고, 이
전 규격에 비해 현실적인 속도를 지원해 기업이나 가정 등에 유선 네트워크를 대체하
기 위한 목적으로 폭넓게 보급되었다.

라. IEEE 802.11g
네 번째로 등장한 802.11g 규격은 802.11a 규격과 전송 속도는 같지만 2.4GHz 대
역을 사용하고 변조방식으로 OFDM과 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DSSS, DirectSequence Spread Spectrum) 방식을 사용한다는 점만 다르다. 널리 사용되고 있는
802.11b 규격과 쉽게 호환되어 현재 널리 쓰이고 있다.

 

마. IEEE 802.11n
802.11n은 상용화된 전송규격으로 2.4GHz 대역과 5GHz 대역을 사용하며 최고
600Mbps까지의 전송속도를 지원하는 초고속 무선 LAN 표준이다. 802.11n은 미모
(MIMO, Multiple Input Multiple Output)와 같은 핵심 기술을 활용하여 기존 IEEE
802.11a에 비해 전송 속도를 11배 가까이 대폭 끌어 올렸으며, 더불어 동작 범위를 대
폭 늘렸고 신호의 품질 또한 향상시켰다. 따라서 최근 이슈가 되고 있는 Full-HD급
동영상을 무선으로 재생할 수 있는 기술로 기대되고 있다. 이러한 비약적인 성능 발
전에 대한 시장의 기대를 반영하여 와이파이(Wi-Fi) Alliance는 2007년 3월부터 IEEE
802.11n 표준을 만족하는 장치에 대하여 표준 적합 인증마크를 부여하고 있다. 대부
분의 무선 LAN 관련 장치에는 와이파이 인증마크가 부착되는데 이러한 이유로 흔히
무선 LAN과 와이파이라는 표현은 혼용되어 사용되고 있다.

 

바. IEEE 802.11ac
IEEE 802.11ac는 큰 폭으로 확장된 사용자 대역폭 및 다수 사용자 동시접속(Multiuser MIMO) 기술 등을 도입하여 무선 전송 속도를 기가비트 이상으로 보장하며, 특
히 다수 사용자 동시접속 기술은 5GHz 대역에서 1Gbps 이상의 서비스를 지원하는 중
요한 기술이다. 이는 [그림 5-26]과 같이 하나의 AP가 여러 개의 기지국에 대하여 안
테나 전송을 달리하는 방식으로서, 빔포밍(Beam Forming) 기술이 본격적으로 적용되
는 방식이다. 40MHz 대역폭까지밖에 사용할 수 없던 IEEE 802.11n에 비하여, IEEE
802.11ac에서는 주파수 대역폭을 최대 4배까지 확장시켜 데이터 용량과 전송 속도를 증가시키며, 기존의 연접 전송뿐만 아니라 [그림 5-27]과 같이 160MHz 대역폭의 비
연접 전송까지 허용함으로써, 무선랜 주파수 밴드의 레이더 간섭신호에 대한 회피 우
회 전송을 가능하게 하였다. 아울러, 무선랜 망 내의 동종 및 이종 간섭신호의 주파수
선별적인 교란에 적응적으로 대비하기 위하여 동적 대역폭(dynamic bandwidth) 운영
기능을 새로이 도입하였으며, 무선랜 망의 네트워크 용량을 증대시키기 위하여 특정
주파수 채널의 점유여부를 판정하는 기능 역시 부가하였다.

IEEE 802.11ac의 비연접 전송기술

사. IEEE 802.11ad
IEEE 802.11ad는 60GHz 주파수 대역을 사용하며, 약 10m 서비스 범위에서 2.1GHz
대역폭을 이용하여 7Gbps의 고속통신을 가능하게 하는 무선랜 표준이다. 풀 HD급 영
화 한편을 1~2초에 다운로드가 가능하며, 공기중 신호 감쇄가 극심한 60GHz 대역 전
파 특성을 극복하여 2012년 표준화가 완료되었고 인증 브랜드로서 와이기그(WiGig,
Wireless Gigabit)를 사용한다. 근거리에서 초고속 대용량 데이터 전송이 가능해지면
서 사무기기간 선 연결이 필요 없는 업무환경의 구축이 가능하며, 와이기그 칩셋이
탑재된 노트북, 휴대폰 등의 다양한 제품의 출시가 예상된다.

아. IEEE 802.11af
IEEE 802.11af는 TV 유휴대역(TVWS, TV White Spaces)을 활용하는 무선랜을 말
한다. 한국과 미국에서는 [그림 5-28]과 같이 54~698MHz의 주파수 대역이 여기에
해당된다. 현재 한국은 54~806MHz까지 DTV 및 아날로그 TV가 사용하고 있으나,
아날로그 방송 종료후에는 54~698MHz까지만 DTV가 사용하고, 아직 논란 중에 있
는 698~806MHz은 추후에 사용용도를 결정할 예정으로 있다. 미국도 비슷한 상황으
로서, 54~698MHz까지 DTV가 사용하고 있고, 698~806MHz은 상업 및 공공안전용
으로 사용한다.
TV 채널번호 CH2~CH51에 해당하는 54~806MHz 주파수 중에서 TV 송수신에 사
용하지 않는 대역을 이용하여 1km이내 광역전송이 가능하며, 기존의 와이파이(WiFi) 대역인 2.4GHz나 5GHz에 비해 장거리 전송이 가능하다.

TV 유휴대역(TVWS, TV White Spaces)

자. IEEE 802.11ah
IEEE 802.11ah는 일반적으로 1GHz(900MHz) 이하의 비면허 주파수 대역을 사용하
는 무선랜을 일컫는데, 주된 응용 분야는 Wi-Fi를 이용하는 스마트그리드 및 센서 네
트워크이나 사물인터넷(IoT, Internet of Things)과 M2M(Machine-to-Machine) 등에 적용될 수 있는 광역 무선랜 서비스 등이다. 단, IEEE 802.11af에서 다루고 있는 TV 유
휴대역은 통상적으로 제외하며, 전 세계적으로 주로 900MHz 밴드를 대상으로 한다.

차. IEEE 802.11ai
IEEE 802.11ai는 무선랜의 초기 셋업 및 접속 시간을 획기적으로 절감하기 위하여
신속인증 절차를 다루는 MAC(Media Access Control) 기술이다. 신속접속 절차를 가
능하게 하기 위하여 AP discovery, network discovery, TSF(Timing Synchronization
Function) Synchronization, 인증과 접속(Authentication & Association), Higher layer
와의 절차 병합 등 다섯 가지 영역에 대한 절차 간소화를 다루고 있다. IEEE 802.11ai
는 시장에서 소프트웨어 업그레이드만으로도 구현이 가능한 이슈들이므로, 표준이 정
식 승인되면 와이파이 업체들이 손쉽게 채택할 가능성이 매우크다.

카. IEEE 802.11ax
IEEE 802.11ax는 실내/외 단말/AP 밀집 환경에서 사용자 체감 성능(실효속도)을
향상시키기 위한 고효율 무선랜 표준(HEW, High Efficiency WLAN)으로 밀집 지역
에서 평균 전송률을 기존 802.11n/ac과 비교하여 4배 이상 개선하면서 기존의 Legacy
Wi-Fi 기기와의 혼용이 가능하도록 물리 계층과 MAC 계층을 제정하는 것을 목표로
하고 있다. 주요 기술로는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)
기술, 상향링크 다중 사용자 다중입출력 기술, 실외 통신 성능향상 기술, 동적인 민
감도 제어(Dynamic Sensitivity Control, DSC) 기술 등이 논의되고 있다. 이 중에서도
동적 민감도 제어 기술을 통해서 효율적인 CCA(Clear Channel Assessment) 기준 값
을 설정하는 기술이 중요하게 대두되고 있다.

타. IEEE 802.11ay
IEEE 802.11n 이후로 추가적인 대역폭 확보와 안테나 증가가 어려워지면서 60GHz
대역에서의 넓은 신규 대역폭을 확보하기 위해서 IEEE 802.11ad 표준이 만들어졌다.
IEEE 802.11에서는 60GHz 대역에서의 무선랜 기술인 IEEE 802.11ad의 기술을 진보
시키고 여러 가지 문제점을 해결하기 위해서 2014년 9월에 NG 60SG(Next Generation
60 GHz Study Group)이 결성되었다. 그 후 2015년 5월 회의부터 IEEE 802.11ay Task
Group(TGay)으로 승격되었다. IEEE 802.11ay는 전력 효율성을 유지하거나 개선시키
면서 최대 20Gbps의 전송 속도를 지원하기 위해서 물리 계층과 MAC 계층을 변경하 여 새로운 표준을 정의하는 것을 목표로 하고 있다. 최대 20Gbps의 전송 속도를 제공
하므로 이더넷, HDMI, USB, 디스플레이 포트 등과 같이 기존에 유선으로 10Gbps
이상의 전송 속도를 필요로하는 장치들을 무선으로 설비할 수 있을 것으로 보인다.
또한, 셀룰러 오프로드, 무선 도킹, 무선 디스플레이, 실내외 백홀과 같은 환경에서
다양하게 사용될 것으로 전망하고 있다.
IEEE 802.11ay는 훨씬 높은 전송 속도를 제공하기 위해서 채널 본딩과 다중 안테나
기술을 적용할 예정이고 특히 다중 안테나 기술을 적용하는데 있어서 [그림 5-29]와
같이 디지털 빔포밍과 아날로그 빔포밍이 결합된 형태의 하이브리드 빔포밍 기술이
주목을 받고 있다. 따라서 에너지 효율적이며 오버헤드를 줄여서 실직적인 전송 속도
를 크게 향상시킬 수 있는 것은 물론이고 기존의 IEEE 802.11ad와 혼용할 수 있는 하
이브리드 기법에 대한 연구가 진행되고 있다.