Wireless Transmission & Network(1)

무선 통신과 네트워크입니다. 에어팟이 나오고 무선 이어폰에 대한 반응이 굉장히 핫한 요즘이죠. 여기에 쓰이는 무선 통신 기술들에 대해 알아보겠습니다. 

 

 

 

사실 무선은 유선에 비해 굉장히 열악한 환경을 가지고 있습니다. 노이즈(Noise), 에러(Error), 신호감쇄(Attenuation), 딜레이(Delay) 등 이 때문에 왜곡이 크게 일어날 수 밖에 없습니다.

 

Analog - SNR(Signal to Noise Ratio)

Digital - Bit Errors, Metric : BER(Bit Error Rate)

심지어 Delay 에 대한 왜곡도 존재합니다. 

 

이중에 Line Noise가 주는 영향이 가장 크다고 합니다. 

 

무선은 유선에 비해 환경이 열악하다고 했습니다(Scarce Resources). 이는 무선이 자원이 부족하기 때문인데요. 무선 통신의 자원이 부족하기 때문에 주파수를 재사용하게 됩니다. 이를 Frequency Reuse, Cellular Architecture 이라고 합니다. 

보안도 취약합니다.  

 

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Wireless Propagation

 

무선 통신 방식에는 3가지가 있는데요. 각자 다음과 같은 특징이 있습니다.

 

1. Ground Wave

- AM radio 에서 사용

- 2MHz 

 

2. Sky Wave

- Amateur radio, BBC world service 사용

- 2 to 3 MHz

- 신호가 대기에 있는 층에 의해 반사되면 통신

3. Line of Sight

- 30MHz 이상

- 굴절을 통해 더 멀리 나감 ( further than optical line of sight due to refraction)

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주파수

-무선 Radio 통신을 위해서는 주파수가 필요합니다.

동일한 주파수를 사용할 경우에는 간섭으로 인한 문제 발생할 수 있습니다. 

 

이를 통해 권한을 획득한 주파수 대역인 면허 대역(Licensed Band) 의 주파수 경매가 있었습니다. 

또 이와 달리 별도의 사용 권한 획득이 필요하지 않은 대표적인 주파수 대역인 ISM Band 에 대해 알아보겠습니다.(Wi-fi)

 

 

 

다음은 우리나라 이동 통신의 주파수 경매 내역입니다.

 

 

왼쪽 사진의 KT 왼쪽인 D영역을 봅시다. 주파수는 인접한 곳을 사면 좋습니다.(그래서 KT 가 이쪽을 살려고 했는데 다른 기업들이 이를 보고 있을리 없죠?)

오른쪽 아래 LG U+ 부분을 볼까요? 이 부분은 2.6GHz 로 High Frequency 로 집적도가 높기 때문에 범위가 낮습니다. (low coverage) 이를 위해 기지국을 더 많이 세워야합니다. 그러니 낮은 게 좋겠죠?

 

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ISM Band(ITU-R) 

 

ISM Band는 Licensed Band 와 달리 면허 없이 사용이 가능한 주파수 입니다.

 

Power Regulation (파워 제한) : 면허 없이 사용할 수 있지만 너무 센 전송파워를 보내면 다른 사용자들에게 악영향을 끼치기 때문에 제한이 있습니다. 

위에 433.0505 MHz 와 902.000MHz는 품질이 좋은 주파수 대역입니다. (Sub-1GHz Band) 

 

 

아래와 같이 여러 Working Groups 에서 주파수에 관련된 기술을 연구한 표준 기구입니다.

 

IEEE802.11채널에 대해 알아봅시다. 

IEEE802.11의 기본 채널 폭은 20Mhz 입니다. 여기서는 채널 번호는 다르지만 서로 겹치는 경우가 많습니다.

2.412 Ghz 는 2412 Mhz 입니다. 채널 폭은 20Mhz 이니깐 2402 ~2422Mhz 의 폭을 가지고 있는 겁니다. 이를 여러 개 겹쳐서 사용하는 겁니다.

 

 

 

Bluetooth(블루투스) 

1MHz 의 채널 Bandwidth 를 가집니다. 위에 와이파이보다 무려 1/20이죠. 이 때문에 속도가 느립니다.

색칠된 부분은 2.400~2.4835 GHz 은 WIFI 와 범위가 겹치게 됩니다. 이러면 어떻게 해야할까요? 

WIFI와 Bluetooth을 같이 쓰면 간섭이 일어납니다. 이를 같이 쓸 수 있는 기술 개발하면 됩니다.

 

 

LPWA vs Ceelular, WLAN/WPAN

Cellular 는 멀리 그리고 Power 도 쎕니다. 속도도 빠르고 하지만 가격이 비쌉니다. 

LPWA(Low Power Wide Area) 는 멀리 가는데 에너지가 작습니다. 

 

 

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Wireless Propagation

 

Radio Propagation Mechanisms

라디오 전송 메커니즘에는 세가지 종류가 있습니다. 

1. Reflection(반사)

2. Diffraction(회절)

3. Scattering(산란)

 

아래 사진과 같습니다. 

다음 처럼 신호가 전달될 때는 한가지 루트가 아니라 다양한 루트로 전달이 됩니다.(Multi-Path Propagation) 이건 좋을 까요 나쁠까요?

 

receiver 에게 전달되는 경로가 다양할때

신호를 구분해내지 못하면 자신이 보낸 신호들끼리 간섭이 일어납니다.( Bad)

신호를 구분해내면 신뢰성(reliable)이 증가합니다. (Good) 

 

 

 

Wireless Transmission Impairments(무선 통신 손상)

 

1.Path Loss

  -Signal disperses with distance ( 거리에 따라 신호가 약해짐), Attenuation(신호감쇠)

2.Fading

 - Fluctuations in signal strnegth(파동 신호 세기)

 - Large Scale/ Slow Fading 

 - Small Scale/ Fast Fading 

3.Interference

4.Doppler Shift

 

(a) Path Loss (b) Slow Fading (c) Fast Fading

 

 

 

전송 파워 - decibel, dBm

decibel 은 logarithmic unit(로그 단위) 입니다. 

식은 아래와 같습니다 .

PY =1, PX = 1000 이면 30 db 입니다. 

PY =1 일때 -30 dB가 될려면 PX 는 1/1000 입니다.  

 

dBm과 dB 차이는 다음 글에서 정리가 잘 되어있었습니다!

http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/dbdbm.htm

dB와 dBm은 뭐가 다를까?