IEEE 802.11ac: 테스트에서 어떤 의미입니까? · · 2018-03-08IEEE 802.11ac: 테스트에서 어떤 의미입니까? 2 802.11ac 소개 2008년 말에 802.11-2007 규격에

IEEE 802.11ac: 테스트에서 어떤 의미입니까?

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IEEE 802.11ac: 테스트에서 어떤 의미입니까? 1

목차 802.11ac 소개............................................................................................................... 2

802.11ac: 개요.............................................................................................................. 3

시장 전망 ...................................................................................................................... 6

규격 .............................................................................................................................. 7

응용 분야 .................................................................................................................... 11

802.11ac 테스트 ......................................................................................................... 13

결론 ............................................................................................................................ 14

부록 I: 참고 자료 ......................................................................................................... 14

부록 II: 질문 ................................................................................................................ 14


802.11ac 소개 2008년 말에 802.11-2007 규격에 대한 새 개정안을 만들기 위해 IEEE 802 표준 위원회에 태스크 그룹(TG)이 신설되었습니다. 802.11ac라고 일컬는 이 수정안에는 기존 무선랜(WLAN)의 데이터 처리량을 향상시켜 무선 네트워크가 유선 네트워크 성능을 발휘할 수 있게 해 주는 메커니즘이 포함되어 있습니다.

802.11ac TG는 설립 이래로 상당한 기술적 발전을 이루었습니다. 2011년 1월에 이 기술의 기본 규격에 대한 초안이 작성되었고 현재 버전 D1.1까지 나와 있습니다. 이 초안은 2012년 말에 완료되었으며 2013년 6월에 인증 프로그램이 확립되었습니다. 802.11ac 규격에 대한 승인은 2014년 2월로 계획되어 있습니다(그림 1 참조).

802.11ac TG 설립 D 1.0 초안 발표 첫 번째 802.11ac

최종 사용자 제품

기본 체계가 D 0.1 초안으로 이동

2014년 2월 승인 예정

인증 프로그램 확립 첫 번째 802.11ac 실리콘 출하

2008 2011 2012 2013 2014

그림 1: 802.11ac 수정안 이력 및 향후 일정

802.11ac 수정안은 2014년 초까지 공식 발표되지는 않겠지만, 초안이 제시되었다는 것은 실리콘 요구 조건이 일반적으로 완결되었음을 의미하며 칩셋 업체들은 2011년 하반기에 802.11ac 기기에 대한 마케팅을 시작할 수 있었습니다. 첫 번째 802.11ac 실리콘 출하는 2012년 초에 시작되었습니다. 이후 수십 종의 라우터, 무선 공유기, 동글이 출시되었고 첫 번째 802.11ac 호환 스마트폰이 2013년 초에 나왔습니다.

802.11ac는 시장에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상되며, 2015년까지 전세계적으로 10억 개가 넘은 IC가 출하될 것으로 보입니다. 802.11ac에 대한 기대가 큰 이유는 여러 가지가 있습니다. 첫째, 이 기술은 최초로 1Gbps가 넘는 데이터 전송률을 약속할 뿐만 아니라 사용자 경험을 향상시키는 고급 기능을 포함하고 있습니다. LTE Advanced와 비슷하게 8x8 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)를 통해 더 많은 공간 스트림을 채용하고 더 넓은 채널 대역폭(최대 80MHz 채널)을 제공하면서 채널 결합도 사용해 전체 대역폭을 최대 160MHz까지 구현합니다. 게다가 802.11ac 성공의 열쇠는 진화한 기술이라는 점입니다. 즉, 목표를 달성하고 몇몇 중요한 패러다임을 타파하는 한편 기존 802.11n 수정안을 바탕으로 합니다. 이러한 특징은 큰 장점입니다. 제조업체와 사용자가 기존 WLAN 네트워크와 애플리케이션(802.11n 또는 이전 수정안을 사용)에서 802.11ac를 사용하는 것으로 비교적 쉽게 전환할 수 있기 때문입니다.

본 문서에서는 802.11ac에 대한 추진 동기와 주요 특성 및 시장 전망에 대해 설명합니다. 그 다음 현재의 802.11ac 물리적 계층(PHY)과 새로운 802.11ac 기능으로 구현할 수 있는 몇 가지 응용 분야에 대해 살펴보겠습니다. 마지막으로 새로 나오는 802.11ac 규격이 연구 개발과 제조 환경에서 기술 검증에 필요한 장비 테스트 요구 조건에 어떻게 영향을 미치는지 알아보겠습니다.

회사 개요 라이트포인트는 WiFi를 비롯해 모든 주요 무선 연결 및 휴대폰 규격을 테스트하는 자동화된 종합 솔루션을 제공합니다. 라이트포인트는 WiFi 생태계의 일부로서 웹사이트와 출간물을 통해 전문 지식을 다함께 공유합니다. 본 문서에 대한 문의 또는 의견이 있거나 그냥 라이트포인트에 연락하고 싶은 경우에는 [email protected]으로 이메일을 보내주시기 바랍니다.


802.11ac: 개요 추진 동기 802.11ac 수정안의 목적은 기존 응용 분야에 대해 상당히 높은 처리량을 제공해서 WiFi 사용자 경험을 향상시키고, 멀티 데이터 스트림 배포를 비롯해 6GHz 미만에서 운용하는 새로운 시장 부문을 창출하는 것입니다. 802.11ac는 1Gbps가 넘는 데이터 전송률, 여러 가지 새로운 기능과 처리량, 응용 분야별 특성으로 기존 유전 네트워크와 동등한 성능을 약속합니다.

VHT(Very High Throughput)라고도 부르는 802.11ac는 기존 802.11n 기술을 바탕으로 해서 이러한 목표를 달성합니다. 이렇게 해서 데이터 전송률 향상을 향한 오랜 동향을 이어나가고(그림 2) 점점 더 커지는 WiFi 네트워크 용량 수요를 충족시키며 계속해서 WiFi가 주요 기술로 선택되도록 만듭니다.

데이터 전송률을 높이기 위해서 802.11ac TG는 다양한 옵션 파라미터와 필수 요건을 규정했습니다. 기술적 유연성은 최근 무선 기술(LTE 참조)의 일반적인 특성으로 칩셋과 기기 제조업체가 가용 자원을 최대한 활용하고 제품을 대상 응용 분야의 특정 요구에 맞출 수 있게 해줍니다. 특히 TG는 다음에 대한 옵션 파라미터를 규정했습니다.

1995

10,000

1,000

100

10

1

.1

최대

데이

터 전

송률

(Mbp

s)

2000 2005

Year

802.11

802.11b

802.11 a(g)

802.11n(4x4, 40 MHz)

802.11ac(4x4, 160 MHz)

2010 2015

• 채널 대역폭 • 변조

• 공간 스트림 개수

필수 파라미터(80MHz 대역폭, 공간 스트림 1개, 64QAM, 보호 구간이 긴 5/6 코딩)만 사용하는 802.11ac 기기는 약 293Mbps의 데이터 전송률을 낼 수 있습니다. 모든 옵션 파라미터(160MHz 대역폭, 공간 스트림 8개, 256QAM, 보호 구간이 짧은 5/6 코딩)를 사용하는 기기는 6Gbps가 넘는 데이터 전송률이 가능합니다.

그림 2. 더 높은 데이터 전송률을 향한 WiFi 기술 동향을 이어나가는 802.11ac

주요 특성 802.11ac는 여러 가지 특성과 고유 메커니즘을 사용하여 처리량을 높이고 사용자 경험 등을 향상시킵니다. 이러한 새로운 기술의 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 5GHz 주파수 대역 • 넓은 채널 대역폭 • 새로운 변조 및 코딩 방식(MCS) • 하위 호환성 / 공존성 / 다중 공간 스트림 / 빔포밍 및 다중 사용자 MIMO / 에너지 효율


5GHz 주파수 대역 2.4GHz와 5GHz RF 대역에서 모두 작동하는 802.11n과 대조적으로 802.11ac 기기는 5GHz RF 대역에서만 작동합니다. 이 대역으로만 제한한 것은 주로 802.11ac에 대한 더 넓은 채널 대역폭 요건 때문입니다. 대역폭이 증가하면 채널 배열이 까다롭고 특히 충만된 분할 2.4GHz 대역에서 어렵습니다. 상대적으로 넓은 5GHz 대역이라도 제조업체는 가용 자원을 널리 사용하고 스펙트럼을 보존하기 위해 자동 라디오 튜닝 기능을 채택해야 합니다.

넓은 채널 대역폭 802.11ac는 802.11n에 비해 향상된 필수 및 선택 대역폭을 모두 포함합니다.

802.11ac 초안 규격에는 오늘날 대부분의 802.11n 기기에서 지원되는 20MHz와 40MHz 채널 대역폭뿐만 아니라 필수적인 연속 80MHz 채널 대역폭이 들어갑니다. 더 넓은 대역폭의 주요 이점은 칩셋 제조업체의 비용 증가가 거의 없이 효과적으로 PHY 비율을 802.11n에 비해 두 배로 늘린다는 점입니다. 80MHz 연속 대역폭 모드에서는 데이터 전송률/처리량이 더 높을 뿐만 아니라 시스템 효율이 높아지고 데이터 전송이 더 빨라지므로 현재 802.11n에서는 지원되지 않는 새 응용 분야가 가능합니다.

또한 802.11ac 규격에는 옵션으로 160MHz 채널 대역폭이 포함되며 이 대역폭은 연속 또는 불연속(80+80MHz) 모두 가능합니다. 불연속인 경우 주파수 스펙트럼이 다음과 같이 두 가지 부분으로 구성됩니다. 각 부분이 비인접 주파수의 802.11ac 80MHz 채널 2개를 사용해 전송됩니다. 40/80MHz 전송과 비교해 160MHz PHY 전송은 요구 조건 복잡성(예: MIMO 순서, MCS 등)이 적어 기기에서 Gbps 무선 처리량을 실현하고 더 많은 응용 분야가 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 5GHz 대역의 160MHz 대역폭은 전세계적으로 이용할 수 있는 것이 아니고 이 기능을 지원하려면 비용이 증가할 것이기 때문에 802.11ac 기기에서 이 기능을 옵션으로 두도록 결정했습니다.

새로운 변조 및 코딩 방식(MCS) 802.11ac에서는 802.11n OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조, 인터리빙, 코딩 구조를 사용합니다. 특히 802.11ac와 802.11n 모두 기기가 BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 변조를 지원해야 합니다. 하지만 802.11n 규격과 비교해 두 가지 주요 차이점이 있습니다.

첫째, 802.11ac에는 승인된 성좌도 매핑 개선책, 특히 802.11ac 80MHz와 160MHz 전송에 모두 사용할 수 있는 256QAM(3/4 코딩과 5/6 코딩 비율) 옵션이 있습니다. 256QAM의 장점은 64QAM 전송에 비해 처리량이 33% 더 늘어난다는 것입니다. 하지만 이러한 증가로 신호 손실 환경에서 비트 오류의 내성이 떨어집니다. 256QAM 변조는 필수 모드와 반대로 다음과 같은 이유로 옵션 모드로 추가되었습니다.

• 설계 유연성 허용 • 더 높은 변조가 필요하지 않은 응용 분야에서 비용 절감 • 다음과 관련해 256QAM 모드의 엄격한 요건을 충족시킬 수 없는 장치에 대한 802.11ac 규격 적용 편의성

- EVM(Error Vector Magnitude)

- SNR(Signal-to-Noise Ratio)

- PAPR(Peak-To-Average-Power Ratio)

802.11n과 다른 두 번째 차이점은 규정된 MCS 인덱스의 수가 매우 적다는 점입니다. 802.11ac에서 규정된 단일 사용자 MCS(0~9) 인덱스는 10개에 불과해 802.11n에 명시된 77개 보다 훨씬 적습니다.

• 802.11n에서는 “비균등” 변조를 지원하기 위해 77개의 MCS 인덱스가 필요합니다. 즉, 단일 사용자가 한 스트림에서 하나의 BPSK 변조 신호를 수신하고 다른 스트림에서 하나의 16QAM 변조 신호를 수신할 수 있습니다.

• 802.11ac는 오직 균등 변조만 지원합니다. 802.11ac TG는 비균등 변조를 지원하지 않기로 결정했습니다. 왜냐하면 이 기능은 시장에서 성공하지 못한 것으로 입증되었기 때문입니다(매우 적은 802.11n 기기가 실제로 이 기능을 지원). 또한 802.11ac의 추가 채널 대역폭 변조 옵션을 고려했을 때 가능한 수량(즉, MCS 인덱수의 수)이 비현실적입니다.


하위 호환성 802.11ac는 5GHz 대역에서 작동하는 802.11a와 802.11n 기기에 대해 하위 호환성을 제공합니다. 이 특성은 다음을 의미합니다.

• 802.11ac가 802.11a 및 802.11n 기술을 지원하는 기기와 상호 작용합니다. • 802.11ac 프레임 구조가 802.11a 및 802.11n 기기를 사용한 전송을 수용할 수 있습니다.

802.11ac의 하위 호환성은 다른 혁신 기술(예: 802.11ad)에 비해 확실히 유리하여 802.11n보다 데이터 전송률을 향상시키지만, 기존 WLAN 기기와는 호환되지 않습니다. 하위 호환성으로 시장 선정이 용이해지고 802.11ac 기기가 기존 WLAN 네트워크에 원활하게 “접목”할 수 있습니다.

공존성 802.11ac TG의 중요한 작업 요소는 5GHz 대역에서 802.11a와 802.11n을 사용하는 기존 네트워크와 공존하기 위한 메커니즘을 설계하는 것입니다. 이러한 메커니즘의 예로는 CCA(Clear Channel Assessment), 채널 접근 공정성, 스캐닝, 채널 선택 메커니즘이 있습니다. 또한 공존성 메커니즘은 서로 다른 채널 대역폭(20/40/80MHz, 최대 160MHz)의 802.11ac가 상호 운용성을 갖도록 보장하기 위해 규정되고 있습니다.

다중 공간 스트림 802.11ac는 공간 스트림을 최대 8개까지 지원합니다. 반면에 802.11n은 4개를 지원합니다. 802.11n과 마찬가지로 동일 주파수에서 멀티플 스트림 데이터의 공간 다중화 과정에서 채널 용량을 효과적으로 증가하기 위해 독립적인 공간 경로에 의해 제공되는 추가 자유도를 활용합니다. 스트림이 채널을 통과하는 동안 혼합되고 수신기에서 그러한 혼합 스트림을 분리하고 디코딩합니다. 이러한 기술 복잡성에도 불구하고 802.11n 기기 제조업체들은 여러 안테나 사이의 독립 경로를 사용하는 것이 매우 효과적임을 터득했고, 지금은 이 지식을 802.11ac 기기 제조에 효과적으로 적용할 수 있습니다. 최초의 802.11ac 실리콘은 멀티플 공간 스트림을 사용할 것으로 보입니다.

빔포밍 및 다중 사용자 MIMO 802.11n 규격에서는 WiFi 기기 제조업체들이 송신 빔포밍, 즉 RF 에너지를 주어진 한 방향으로 집중시켜 개별 스테이션에 대한 전송력을 향상시키는 기능을 사용하는 방법을 터득했습니다.. 802.11ac는 이러한 지식을 바탕으로 이루어지며 싱글(802.11n에서는 멀티플) 사운딩과 피드백 포맷과 같은 개선책을 사용합니다.

802.11ac에서 더 중요한 기능으로 802.11ac TG는 802.11n의 빔포밍 기능을 바탕으로 무선 공유기(AP)가 같은 채널과 여러 안테나 및 공간 다중화를 사용해 여러 방향으로 동시에 여러 클라이언트 기기와 통신할 수 있도록 해주는 새로운 메커니즘을 고안했습니다. 예를 들어 안테나가 8개인 AP가 물리적으로 분리된 두 스테이션에 대해 한 번에 4x4 MIMO를 사용할 수 있습니다. 반대로 오늘날 MIMO 기기는 각 개별 터미널에 연결된 여러 안테나에 대해 점대점 액세스만 고려합니다. 따라서 AP에서 여러 클라이언트를 위해 시간 다중화를 해야 합니다.

이러한 발전된 메커니즘을 MU-MIMO(Multi-User MIMO)라고 부르며, 최신 802.11 규격의 효율(스펙트럼의 메가헤르츠당 전송되는 메가비트 수, Mbps/MHz)을 높이기 위해 802.11ac TG에서 진행 중인 가장 흥미로운 개선책 중 하나입니다.

유사성을 사용하기 위해서 MU-MIMO에서는 기본적으로 이더넷 스위칭을 사용합니다. 즉, 오늘날 일반적인 유선 이더넷 네트워크가 작동하는 것과 유사한 방법으로 AP가 스테이션 전용 대역폭의 “전환된” WiFi를 제공할 수 있도록 송신 빔포밍 기술을 확장합니다.

MU-MIMO에서 보장하는 장점이 많고 매력적이지만, 이 기술을 올바로 사용하기 위해서는 칩셋 설계자와 제조업체가 조건이 맞을 시 여러 클라이언트에게 전송하는 기회를 활용할 수 있도록 정밀한 큐잉 시스템과 클라이언트의 공간 인식력을 개발해야 합니다. 다시 말해서 시스템 용량이 증가하는 한편 신호 처리가 훨씬 더 비싸고 복잡성이 높아집니다. 이러한 이유로 MU-MIMO(하나의 송신 기기, 여러 개의 수신 기기)는 802.11ac 초안 규격에서 옵션 모드로만 포함되었습니다.


에너지 효율 802.11 규격의 에너지 효율(마이크로줄당 비트)은 첫 번째 기술 수정안이 승인된 이래로 계속 높아지고 있습니다. 특히 802.11ac는 그림 3에 나타난 것처럼 기존 802.11n에 비해 에너지 효율을 두 배 향상시킨다고 장담합니다. 이러한 향상은 다른 모든 파라미터(RF 주파수, 파워, 대역폭)를 일정하게 유지한 채로 데이터 전송률을 높이기 위해 각 수정안에서 도입된 여러 가지 개선책의 효과입니다.

동향이 거의 알려지지 않았지만, 에너지 효율 증가는 점점 더 늘어나는 휴대용 WiFi 기기에 분명히 커다란 이점으로 작용합니다. 이러한 기기는 작은 배터리와 제한적인 전력 소비량으로 무선 통신 링크를 지원해야 하기 때문입니다.

0

1,000

1,200

1,400

1,600

800

600

400

200

0

에너

지 효

율(마

이크

로줄

당 비

트)

100 200

Data Rate (bps)

802.11 a/g

802.11n(1x1)

802.11ac(1x1)

300

그림 3. 이전 802.11 규격에 비해 에너지 효율이 향상된 802.11ac

시장 전망 802.11n을 지원하는 무선 기기의 수는 지난 몇 년 사이에 빠르게 늘어났고 이러한 성장은 향후에도 계속될 전망입니다. 전통적으로 사용되어 온 이전의 개선책(802.11a/b/g)이 적용된 기기에 더 새로운 기술이 도입되고 있을 뿐만 아니라 이전에는 무선 기능이 없었던 기기에도 무선 기능이 점점 더 많이 도입되고 있습니다.

2012년에 스마트폰, 태블릿, PC, 라우터/무선 공유기, 인터넷 접속 기기, 자동차 인포테인먼트, 여러 가지 소비자 가전 제품을 포함해 WiFi 기능이 있는 기기의 출하량이 14억 대를 넘었습니다(출처: IDC, IHS, Gartner, 2013년 3월). WiFi IC의 소비량은 2013년에 25% 이상 성장해 18억 대가 넘을 것으로 전망됩니다. 스마트폰과 태블릿이 이러한 출하량 중 가장 큰 부분(58% 이상)을 차지합니다. 일부에서는 2020년까지 설치되는 “사물 인터넷” 기반 기기가 300~500억 대에 이를 것으로 전망하며 이 가운데 대다수는 WiFi 기능을 사용할 수 있습니다.


802.11ac 규격은 과거에 802.11n 규격이 했던 것처럼 현재 기기에 적용되는 802.11n 규격을 대체하고 새로운 응용 분야에 대한 길을 열어서 분명히 이러한 성장에 있어 중요한 역할을 할 것입니다. 첫 번째 802.11ac 실리콘 출하가 2012년 초에 시작되었고 그 해 3분기에 최종 사용자 제품이 출시되었습니다. 하지만 802.11ac의 실질적인 영향은 아마도 2014년과 그 이후에나 느낄 수 있을 것입니다. 2015년에는 802.11ac 탑재 모바일 기기 출하량이 그 해 전체 WLAN 시장의 거의 절반에 해당하는 10억 대에 이를 것으로 전망됩니다(그림 4).

2010

1000.0

800.0

600.0

400.0

200.0

0.0

2011 2012

Year

전체 SISO/MIMO 802.11ac 시장

출하량

(백만

)

2013 2014 2015

그림 4. 전세계 802.11ac 기기 출하량 전망

사양 앞서 설명했듯이 802.11ac PHY는 잘 알려진 802.11n에 사용된 OFDM PHY를 기반으로 802.11ac의 목표를 달성하기 위해 몇 가지 중요한 개선책이 적용되었습니다. 802.11ac와 802.11n의 주요 기술 사양 비교는 표 1에 나와 있습니다. 이 두 규격의 차이점에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.

나중에 설명하겠지만 몇몇 차이점은 802.11ac 호환 기기의 기능을 검증하는 데 필요한 테스트 장비에 대한 요건에 상당한 영향을 미칩니다. 이에 대해서는 본 문서의 뒷부분에서 자세히 살펴보겠습니다.

표 1. 802.11ac와 802.11n의 기술 사양 비교

기술 사양 802.11n 802.11ac

주파수 2.4, 4.9, 5 GHz 5 GHz

변조 방식 OFDM OFDM

채널 대역폭 20, 40 MHz 20, 40, 80 MHz (160 MHz 옵션)

공칭 데이터 전송률, 싱글 스트림 최대 150 Mbps (1x1, 40 MHz) 최대 433 Mbps (1x1, 80 MHz) 최대 867 Mbps (1x1, 160 MHz)

결합 공칭 데이터 전송률, 멀티플 스트림 최대 600 Mbps (4x4, 40 MHz) 최대 1.73 Gbps (4x4, 80 MHz)

최대 3.47 Gbps (4x4, 160 MHz)

1.5시간 HD 스트림 소요 시간 약 30분 (4x4, 40 MHz) 약 15분 (4x4, 80 MHz)

스펙트럼 효율 15 bps/Hz (4x4, 40 MHz) 21.665 bps/Hz (4x4, 80 MHz)

EIRP 22-36 dBm 22-29 dBm

범위 12-70 m 실내 12-35 m 실내

벽 통과 예 예

비가시선 예 예

전세계 가용성 예 예 중국에서는 제한


채널 그림 5에는 802.11ac 기기가 20, 40, 80MHz와 연속 160MHz 채널 대역폭에서 작동하기 위한 스펙트럴 마스크 규격이 나와 있습니다. 중요한 점은 가장 넓은 채널이 폭넓은 240MHz 주파수 범위를 차지한다는 점입니다. 나중에 설명하겠지만 이로 인해서 제조업체들은 기기에 대한 테스트 장비를 선택할 때 각별한 주의를 기울여야 합니다. 테스트 장비가 802.11ac 신호를 기기로 송신(또는 기기에서 캡처)할 수 있어야 합니다.

스펙트럼 가용성이 제한적이고 설계와 테스트가 상당히 어렵다는 점을 고려해 현재 802.11ac 초안(D1.1)에서는 160MHz 채널이 “옵션”으로 지정되었습니다.

ƒ1 ƒ2 ƒ3 ƒ4

0 dBr

-20 dBr

-28 dBr

-40 dBr

채널 크기 ƒ1 ƒ2 ƒ3 ƒ4

20 MHz 9 MHz 11 MHz 20 MHz 30 MHz




그림 5. 20, 40, 80MHz와 연속 160MHz 채널에 대한 스펙트럴 마스크

802.11ac TG는 연속 160MHz 채널 이외에도 두 개의 비인접 80MHz 채널을 사용하는 불연속 160MHz 채널도 옵션으로 지정했습니다. 채널에 대해 올바른 스펙트럴 마스크를 만들려면 다음 단계가 필요합니다.

1. 80MHz 스펙트럴 마스크를 두 개의 80MHz 부분에 각각 놓습니다.

2. 두 개의 80MHz 채널 마스크 모두가 -20dBr ~ -40dBr 사이인 경우 • 마스크 결과값은 선형 영역에 있는 두 마스크 값의 합입니다.

3. 두 마스크 중 어느 것도 0dBr ~ -20dBr 사이에 있지 않는 경우 • 마스크 결과값은 두 마스크의 최고값입니다.

4. 기타 주파수 영역인 경우 • 마스크 결과값은 마스크 값이 지정된 두 개의 최근접 주파수 지점 사이에 있는 dB 영역의 선형 보간입니다.


0 dBr

PSD

Freq [MHz]-200 -160

-121 -119-80

-41 -39 39 4180

119 121160 200

-20 dBr

-25 dBr-28 dBr

-40 dBr

그림 6에는 두 80MHz 채널의 중앙 주파수가 160MHz에 의해 분리되는 두 개의 80MHz 채널을 사용하는 불연속 송신에 대한 송신 스펙트럴 마스크의 예가 나와 있습니다.

그림 6. 802.11ac 160 MHz 불연속 채널의 예

미국

유럽 및 일본

인도

중국

5170MHz

IEEE 채널 번호

20 MHz

40 MHz

80 MHz

160 MHz

36 40 44 48 52 56 60 64 100

104

108

112

116

120

124

128

132

136

140

144

149

153

157

161

165

5330MHz

5490MHz

5730MHz

5735MHz

5835MHz

5170MHz

IEEE 채널 번호

20 MHz

40 MHz

80 MHz*

160 MHz*

36 40 44 48 52 56 60 64 100

104

108

112

116

120

124

128

132

136

140

5330MHz

5490MHz

5710MHz

5170MHz

IEEE 채널 번호

20 MHz

40 MHz

80 MHz

160 MHz

IEEE 채널 번호

20 MHz

40 MHz

80 MHz

36 40 44 48 52 56 60 64 149

153

157

161

165

5330MHz

5170MHz

36 40 44 48 52 56 60 64

5330MHz

5735MHz

5835MHz

149

153

157

161

165

5735MHz

5835MHz

채널 전송 앞서 말한 것처럼 802.11ac에 대한 더 넓은 채널 대역폭 요건 때문에 802.11ac를 5GHz RF 대역에서만 사용하도록 규정되었습니다. 이에 따라 충만된 2.4GHz 대역에서 채널 배열이 어렵습니다. 하지만 5GHz 스펙트럼에서도 80MHz와 160MHz 채널의 가용성이 특히 일부 지역에서 다소 제한됩니다.

그림 7에는 지역별로 802.11ac 운용에 대한 현재 스펙트럼 가용성이 나와 있습니다. 80MHz 채널이 5개, 160MHz 채널이 2개인 미국에서 가용성이 가장 큽니다. 최고 주파수 80MHz 채널만 없는 유럽과 일본이 바로 그 뒤를 잇고 있습니다. 인도와 중국은 스펙트럼 가용성이 낮아서 가용성이 대략 절반으로 줄어듭니다.

그림 7. 지역 시장별 802.11ac 운용을 위한 현재 스펙트럼 가용성


성좌도 매핑 통신 시스템의 데이터 전송률과 스펙트럼 효율을 높이는 한 가지 방법은 더 높은 성좌도 순서로 이동해서 심볼당 더 많은 비트를 전송하는 것입니다. 하지만 성좌도의 평균 에너지가 동일하게 유지된다면 성좌도 지점이 서로 더 가까워지고 결국 잡음과 변형에 더 취약하게 됩니다.

최근에는 칩 제조 기술과 처리 능력이 모두 발달해서 수신 신호의 더 미세한 식별에 의존하는 더 민감한 코딩 기술과 아울러 같은 양의 에너지로 더 적은 체크 비트를 사용하는 더 공격적인 오류 교정 코드를 사용할 수 있게 되었습니다. 이러한 발전으로 802.11ac에서 256QAM 성좌도 매핑을 옵션으로 채택하게 되었습니다. 802.11n 규격에 규정된 64QAM 성좌도 매핑은 802.11ac 기기에서 필수 요건으로 유지될 것입니다.

이상적인 64 QAM 성좌도 이상적인 256QAM 성좌도

16

16 16 6464

64 6416 그림 8. 802.11ac 규격에는 256QAM에 대한

성좌도 비트 코딩 옵션(오른쪽, 사분면 64비트)의 정의가 포함됩니다. 이 옵션은 64QAM에 대한 성좌도(왼쪽, 사분면 16비트)와 비교했을 때 더 빠른 데이터 전송률과 더 높은 스펙트럼 효율을 위해 소음과 간섭에 대한 복원력을 갖습니다.

MCS 앞서 말했듯이 802.11ac에서 MCA의 수는 802.11n과 비교해 크게 적습니다. 표 2에는 802.11ac 단일 사용자 MCS 인덱스와 그에 따른 변조 및 코팅 비율이 나와 있습니다.

표 2. 802.11ac 단일 사용자 MCS 인덱스

MCS 변조 코딩 비율

0 BPSK 1/2

1 QPSK 1/2

2 QPSK 3/4

3 16-QAM 1/2

4 16-QAM 3/4

5 64-QAM 2/3

6 64-QAM 3/4

7 64-QAM 5/6

8 256-QAM 3/4

9 256-QAM 5/6


송신기 성좌도 오류 송신기 성좌도 오류는 상대적 성좌도 RMS 오류로 정의되며 부반송파, 주파수 부분, OFDM 프레임, 공간 스트림에 대해 먼저 평균화해서 해당 오류를 계산합니다. 가장 최근의 802.11ac 초안은 이 값이 표 3에 나온 데이터 전송률에 의존하는 값을 초과하지 않아야 한다고 규정합니다. 이때 송신 신호가 최소 19개 프레임으로 프레임당 심볼이 16개이며 무작위 데이터를 포함한다고 가정합니다. (송신기 성좌도 오류 요건은 신호 대역폭과 상관 없이 동일합니다.)

더 높은 변조, 즉 256QAM 모드를 사용하려면 802.11ac 송신기가 기존 802.11n 송신기에 요구되는 것보다 정확성(더 낮은 성좌도 오류)이 훨씬 더 좋아야 합니다. 엄밀히 말하자면 256QAM 옵션으로 작동하려는 기기에서 -32dB로 낮아진 성좌도 오류를 입증해야 합니다. 이러한 요건은 802.11ac 기기의 설계자와 제조업체에게 상당한 부담을 줄 뿐만 아니라 나중에 설명하겠지만 송신기 성능을 검증하는 데 사용하는 테스트 장비의 성능에도 명백하게 영향을 미칩니다.

용도 802.11ac에서 지원하는 싱글 링크와 멀티 스테이션 개선책은 잘 알려진 WLAN 응용 분야에서 성능과 사용자 경험을 향상시킬 수 있고 특히 다음과 같은 시장에서 몇 가지 새로운 것이 가능합니다.

• 무선 공유기 • 홈 엔터테인먼트 • 휴대용 컴퓨팅 • PC 주변 기기 • 휴대폰 • 모바일 엔터테인먼트

무선 공유기(AP) 무선 공유기(AP)가 802.11ac의 향상된 MIMO 기능을 사용해 가정용 또는 상업용 WLAN 네트워크의 용량을 효과적으로 늘립니다. 802.11ac는 향상된 멀티 스트림 기술과 새로운 MU-MIMO 기능으로 네트워크 용량을 상당히 늘리며 AP가 점점 더 많아지고 다양화되는 가정용 무선 호환 기기와 연결해야 하는 필요성을 더욱 효과적으로 지원합니다. AP는 2012년 하반기 시장을 강타한 최초의 MIMO 802.11ac 호환 제품입니다.

홈 엔터테인먼트 TV, 셋톱 박스, 네트워크 연결 게임 콘솔에서 802.11ac를 사용하면 집안에 있는 여러 클라이언트로 HD 비디오를 동시에 스트리밍하는 것을 비롯해 HDTV와 기타 컨텐츠를 집안에서 분배할 수 있습니다. 이러한 기기와 애플리케이션은 일반적인 휴대용 기기와 달리 공간 및 전력 제한을 덜 받으며 802.11ac의 새롭게 향상된 MIMO 기술(최대 4x4 MIMO 이상)을 성공적으로 적용할 수 있는 최상의 응용 분야에 해당됩니다.

모바일 엔터테인먼트 802.11ac의 증가된 데이터 전송률과 더 높은 에너지 효율은 음악 재생기기, 휴대용 게임기기, 무선 호환 카메라와 캠코더와 같은 모바일 엔터테인먼트 기기 응용 분야에 더할 나위 없습니다. 802.11ac를 사용하면 이러한 기기의 제한된 전력 소비 가용성을 너무 많이 추가하지 않으면서, 예를 들어 이러한 기기와 개인용 컴퓨터(PC)나 태블릿 사이에서 빠르게 동기화하고 대용량 데이터 파일을 백업할 수 있습니다. 전력 소비량과 물리적 공간의 제약 때문에 이러한 기기의 1세대는 SISO 또는 2x2 MIMO 802.11ac 칩셋을 사용할 가능성이 큽니다.

표 3. 802.11ac 기기에 대한 데이터 전송률 의존 최대 송신기 성좌도 오류

변조 코딩 비율

상대적 성좌도 오류(dB)

BPSK 1/2 -5

QPSK 1/2 -10

QPSK 3/4 -13

16-QAM 1/2 -16

16-QAM 3/4 -19

64-QAM 2/3 -22

64-QAM 3/4 -25

64-QAM 5/6 -28

256-QAM 3/4 -30

256-QAM 5/6 -32


휴대용 컴퓨팅 PC, 노트북, 슬레이트, 태블릿과 같은 휴대용 컴퓨팅 기기는 확실히 802.11ac 규격에 적합합니다. 이러한 기기가 지원하는 무선 응용 분야의 확대와 해당 기기 사용자의 더욱 빠른 연결 요구 증가가 802.11ac 채택을 위한 주요 동기가 될 것입니다. 휴대용 컴퓨팅 기기는 앞서 말한 것처럼 다른 802.11ac 호환 기기에 대한 빠른 동기화와 대용량 데이터 파일 백업 또는 HD 비디오와 기타 컨텐츠의 스트리밍을 위해 802.11ac를 사용할 것입니다.

PC 주변 기기 802.11ac의 향상된 처리량 덕분에 향후 휴대용 컴퓨팅 기기와 주변 기기의 연결이 무선 링크로 대체될지도 모릅니다. 가능성이 높은 응용 분야로는 예컨대 노트북용 무선 디스플레이가 있습니다. 이러한 응용 분야에 필요한 매우 높은 처리량이 가능하려면 기기 제조업체가 MIMO 802.11ac 기술을 이러한 기기의 형상에 구현하는 어려움을 극복해야 합니다.

휴대폰 휴대폰, 특히 스마트폰은 802.11ac를 사용해 모바일 엔터테인먼트 기기나 휴대용 컴퓨팅 기기와 통신해서 큰 데이터 파일의 빠른 동기화를 구현하고 보다 일반적으로는 더 빠른 데이터 전송에 대해 점점 더 커지는 사용자의 요구를 충족시킬 수 있습니다. 이러한 기기는 높은 처리량이 필요하지만 일반적으로 작고 전력 소비량도 고려하기 때문에 802.11ac는 아마 싱글 스트림으로만 구현될 것입니다. 첫 번째 802.11ac 호환 스마트폰은 2013년 초에 출시되었습니다.

일반적인 802.11ac 구성 표 4에는 AP와 기타 802.11ac 호환 네트워크 클라이언트 기기(STA) 사이에 몇 가지 802.11 구성의 예가 나와 있습니다. PHY 링크 속도와 총 용량은 256QAM, 속도 5/6, 짧은 보호 구간(400ns)을 가정합니다.

표 4. 802.11ac 구성의 예(모든 속도는 256QAM과 5/6으로 가정)

구성 일반적인 클라이언트(STA) 형상 PHY 링크 속도 총 용량

안테나 1개 AP, 안테나 1개 STA, 80MHz

휴대폰, 모바일 엔터테인먼트 기기 433 Mbit/s 433 Mbit/s


태블릿, 노트북, 네트워트 연결 게임 콘솔 867 Mbit/s 867 Mbit/s


휴대폰, 모바일 엔터테인먼트 기기 867 Mbit/s 867 Mbit/s


태블릿, 노트북, 네트워트 연결 게임 콘솔 1.73 Gbit/s 1.73 Gbit/s

안테나 4개 AP, 안테나 1개 STA 4대, 160MHz (MU-MIMO)

휴대폰, 모바일 엔터테인먼트 기기 각 STA마다 867 Mbit/s 3.47 Gbit/s

안테나 8개 AP, 160MHz (MU-MIMO) • 안테나 4개 STA 1대 • 안테나 2개 STA 2대 • 안테나 1개 STA 2대

TV, 셋톱 박스, 태블릿 노트북, 네트워크 연결 게임 콘솔, 휴대폰

안테나 4개 STA에 대해 3.47 Gbit/s 안테나 2개 STA에 대해 1.73 Gbit/s 안테나 1개 STA에 대해 867 Mbit/s

6.93 Gbit/s

안테나 8개 AP, 안테나 2개 STA 4대, 160MHz (MU-MIMO)

TV, 셋톱 박스, 태블릿, 노트북, PC 각 STA마다 1.73 Gbit/s 6.93 Gbit/s


802.11ac 테스트 당연하지만 802.11n과 비교해 802.11ac에 적용된 중요한 변경 사항 때문에 802.11ac 설계자와 제조업체들은 몇 가지 중요한 난관을 극복해야 합니다. 공간 스트림 8개와 더 넓은 대역폭 등이 설계에 미치는 영향을 다루어야 할 뿐만 아니라 중요한 테스트 문제에도 직면합니다. 특히 최신 802.11 규격과 함께 발전하기에 충분한 유연성을 갖춘 테스트 시스템이 필요합니다. 새로운 802.11ac 기기를 테스트하기 위해 선택하는 테스트 장비는 최소한 다음이 필요합니다.

• 넓은 VSA/VSG IF 대역폭 • 802.11ac MIMO 개선책을 완전히 지원 • 802.11ac 송신기 변조 테스트를 위한 향상된 변조 정확성

VSA/VSG IF 대역폭 802.11ac는 대역폭 증가로 인해 중요한 새로운 테스트 문제가 생깁니다. 802.11ac는 벡터 신호 분석기와 벡터 신호 발생기(VSA/VSG)를 하나로 결합한 대부분(전부가 아니라도) 테스트 장비를 효과적으로 퇴화시킵니다. 이러한 장비는 새로운 기술의 80-160MHz 채널을 테스트하는 데 필요한 120-240MHz IF 대역폭이 없기 때문입니다. 현재 기기 제조업체들은 802.11 테스트 장비를 선택할 때 매우 넓은 802.11ac 스펙트럼 마스크를 테스트할 수 있는지 확인해야 합니다.

802.11ac MIMO 개선책에 대한 지원 802.11ac는 대역폭에 대한 문제뿐만 아니라 MIMO 테스트 요건을 유발합니다. 올바른 MIMO 테스트를 위해서는 최대 8개의 공간 스트림을 사용하며 기존 802.11n MIMO 시스템에 비해 성능을 개선하려고 여러 가지 다른 개선책을 사용하는 802.11ac 기기에서 들어오고 나가는 신호를 독립적으로 캡처하고 생성해야 합니다.

특히 연구 개발 환경에서 MIMO 성능을 정확히 검증하려면, 802.11ac 기능 테스트 장비가 최대 8개의 독립적인 VSA/VSG 자원과 더불어 새로운 802.11ac MIMO 개선책을 지원해야 합니다.

개선된 VSA/VSG EVM 802.11ac 송신기의 변조 정확성(상대적 성좌도 RMS 오류)에 대한 요건이 생김에 따라 이것을 테스트하는 데 필요한 장비에 대한 요건도 발생합니다. 송신기 변조 정확성은 EVM(Error Vector Magnitude)으로 측정하며, 캡처한 신호를 거의(이상적으로는 전혀) 왜곡하지 않는 VSA와 테스트 장비가 필요합니다. 또한 VSA에 의해 추가된 왜곡은 EVM에 대해 측정되며 일반적으로 칩셋 생산업체들은 테스트 장비가 실리콘 사양보다 최소 10dB 우수한 성능을 발휘하기를 원합니다. 802.11ac 기능 테스트 장비의 경우 다음과 같이 VSA의 최대 EVM에 대한 요건이 발생합니다.

최대 기기 EVM(256QAM에서 -32dB) - 10dB = -42dB

기기 생산업체는 이 성능을 충족시키거나 초과하는 테스트 장비를 선택해야 합니다.


결론 802.11ac로 WLAN 통신 시스템이 상당한 발전을 나타냅니다. 802.11ac 기기는 802.11n과 같은 OFDM 변조 원리를 이용하지만 채널 대역폭이 더 넓은데다 변조가 높고 스트림도 더 많으며, MIMO 기술이 향상되어 처리량이 증가하고 더 빠른 새로운 애플리케이션을 활용할 수 있습니다. 802.11ac 기기 설계자와 제조업체는 제품 생산뿐만 아니라 테스트 장비가 야기되는 성능 테스트의 정확성 문제를 해결할 수 있도록 보장하기 위해서 이 새로운 기술에 대한 요건을 이해해야 합니다.

802.11ac 테스트에 대한 자세한 내용은 라이트포인트([email protected])로 문의하시기 바랍니다.

부록 I: 참고 자료

802.11ac 문서 • IEEE P802.11ac/D1.1: 5차 수정안 초안: 6GHz 미만 대역의 VHT를 위한 개선책

IEEE 802.11ac 프로젝트 현황 • http://www.ieee802.org/11/Reports/tgac_update.htm

공식 IEEE 802 프로젝트 일정표 • http://www.ieee802.org/11/Reports/802.11_Timelines.htm

부록 II: 질문

왜 “ac”라고 부릅니까? 이름에 “ag”가 붙어야 했지만 802.11a/g와 혼동을 피하기 위해 변경되었습니다.

mailto:sales%40litepoint.com?subject=

http://www.ieee802.org/11/Reports/tgac_update.htm

http://www.ieee802.org/11/Reports/802.11_Timelines.htm


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IEEE 802.11ac: 테스트에서 어떤 의미입니까? · · 2018-03-08IEEE 802.11ac: 테스트에서 어떤 의미입니까? 2 802.11ac 소개 2008년 말에 802.11-2007 규격에