IEEE 802.11은 현재 주로 쓰이는 유선 LAN 형태인 이더넷의 단점을 보완하기 위해 고안된 기술로, 전파(RF)나 빛(적외선) 등을 이용하여서 무선으로 랜(근거리통신망) 환경을 구축하는 것이다.
전송방식표준
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종류(승인연도)
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속도
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접속/변조방식
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주파수대역
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특징
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802.11b
(1999)
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11 Mbps
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CSMA/CA
DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)
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ISM대역
2.4GHz
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가장 많이 사용되고 있음
전송 속도가 느림
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802.11a
(1999)
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54 Mbps
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CSMA/CA OFDM
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5 GHz
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주파수 대역이 구별되어 전파간섭이 적은 편
주파수 대역이 달라 호환성 없음
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802.11g
(2003)
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54 Mbps
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CSMA/CA OFDM
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ISM대역 2.4GHz
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802.11b와 호환 가능
2.4GHz 기기들로부터 간섭이 있을 수 있음
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802.11n
(2009)
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600 Mbps
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CSMA/CA OFDM
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2.4GHz/
5GHz
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다중 안테나 기술과 채널본딩을 통한 성능 증가
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※ ISM 대역(Industrial Scientific Medical band)
이 주파수 대역을 사용하는 통신 장비는 ISM 기기들과 이 대역을 사용하는 통신 장비 간에 간섭을 용인한다는 조건에서 사용할 수 있다. 특히 2.4GHz 대역은 공중 무선 LAN 서비스, 블루투스, 무선 식별 시스템(RFID), 디지털 코드 없는 전화 등 다양한 통신에 사용되고 있다.
※ CSMA/CA - Carrier sense multiple access with collision avoidance
※ 블루투스 - 무선 랜(802.11b/g)과 같이 2.4Ghz대의 주파수를 사용한다. 첫째, 블루투스는 저렴한 가격에 저전력(100㎽)으로 사용할 수 있다는 점이 장점이다. 둘째, 블루투스는 주파수 대역을 나누기 때문에 데이터 전송을 여러 주파수에 걸쳐서 분할해 보낼 수 있다.(주파수 도약 확산 스펙트럼, FH-SS) 그렇기 때문에 무선 전송에 따른 보안 위협에서도 상대적으로 안전하다.
무선랜과 블루투스 두 기능을 동시에 가지고 있는 기기의 경우에는 두 장비가 하나의 안테나를 사용하게 되는데, 서로 번갈아가며 데이터를 전송하는 사용하는 방식을 이용하여 애초부터 그 간섭을 최대한 줄이게끔 되어 있다.
블루투스 3.0은 2009년 4월 21일에 발표되었다. 전송속도는 24Mbps로 향상되었다.
※ 적외선 통신 - 전파 대신 파장이 수 ㎜부터 수 100㎚까지의 적외선을 사용하여 수행하는 통신. 적외선의 투과율은 가시광선에 비해 훨씬 좋고, 파장은 마이크로파에 비해 훨씬 짧으므로 초다중 회선을 만들 수 있다. 적외선의 증폭이나 발진에는 적외선 영역의 메이저를 사용하는데 이것은 현저하게 저잡음이고, 주파수 안정도가 좋으며, 또 단방향으로만 집중하여 강력한 방사를 할 수 있는 등의 이점이 있다. 적외선 통신은 빛(光)을 매체로 이용하므로 제품 생산 시 주파수 사용 허가를 받을 필요가 없고 소비 전력이 적은 것이 특징이다.
1993년에 IBM, HP, 마이크로소프트 등이 주축이 되어 ‘IrDA(Infrared Data Association)’라는 규격 단체를 설립, 적외선 통신의 표준 규격을 정함. IrDA DATA 1.4 규격을 준수하는 기기끼리는 1미터 이내의 거리에서 최대 16Mbps의 속도로 무선 데이터 통신이 가능하다.
※ Zigbee - 저속 전송 속도를 갖는 홈 오토메이션 및 데이터 네트워크를 위한 표준 기술. 버튼 하나로 하나의 동작을 잡아 집안 어느 곳에서나 전등 제어 및 홈보안 시스템 VCR on/off 등을 할 수 있고, 인터넷을 통한 전화 접속으로 홈 오토메이션을 더욱 편리하게 이용하려는 것에서부터 출발한 기술이다. IEEE 802.15.4에서 표준화가 진행되며, 듀얼 PHY 형태로 주파수 대역은 2.4GHz, 868/915MHz를 사용하고, 모뎀 방식은 직접 시퀀스 확산 스펙트럼(DS-SS)이며, 데이터 전송 속도는 20~250kbps이다.
802.11a
OFDM 방식의 통신시스템에서는 OFDM신호의 직교성이 유지되어 ISI와 ICS가 방지되도록 정확한 carrier recovery(잡음과 무관하더라도 송수신기간의 거리와 발진기주파수의 차이, 전력계통/송전선로 주파수의 영향)와 symbol synchronization(time recovery)가 이루어져야 한다.
carrier recovery는 주로 정기적으로 삽입된 pilot symbol이나 PRS(Phase Reference Symbol)를 이용한 correlator, PLL 및 협대여필터, tuner 등으로 구성된 장치에 의해 반송주파수 및 위상을 추적하는 것으로 수행되고,
symbol synchronization(time recovery)는 preamble이라 불리우는 trainingg symbol(훈련심볼) 나 CP(Cyclic Prefiz) 또는 null symbol을 이용해서 구현하기도 한다.
이외에 동기화가 잘 수행되기 위해서는 STO(Symbol Timing Offset, δ)와 CFO(Carrier Ferquency Offset, ε)를 잘 보상해주어야 한다. CFO가 발생하는 이유는 발진기의 특성이 안정적이지 못하여 발생되는 위상잡음과 단말의 이동에 따라 도플러주파수 천이(파원이 다가오는 경우 주파수가 높아지는 것)가 발생하기 때문이다.
수신단에서 동기가 이루어지지 않은 경우 이산시간에서 기저대역 신호는 다음과 같이 주어진다.
y[n]=Σ(k=0~N-1) H[k]X[k]exp(j2π(k+ε)(n+δ)/N)+z[n]
※ z는 채널 임펄스응답
초기동기를 위한 OFDM심벌에서, the initial 4.0 µs interval is the idle time when the transmitter sends no signal, and follows the short preamble(8.0 µs), long preamble(8.0 µs), SIGNAL, and DATA fields.
<802.11a 프리앰블 구조>
프리앰블에는 주기가 각각 16(short 훈련심볼), 64(long) 샘플인 두 종류의 훈련심볼이 정의되어 있다. 한 샘플의 주기는 50ns이므로 프리앰블 전체 주기는16us 의 길이를 갖는다.
※ 1 OFDM 심볼(80샘플)=T_gaurd_interval(16샘플)+T_fft(64샘플)
1. CFO 동기
훈련심볼의 반복주기가 D로 주어질 경우에 수신된 시간영역 신호 y[n]와 y[n+D]사이에는 반송파 주파수 옵셋에 의해 각각 exp(j2π*ε*n/N), exp(j2π*ε*(n+D)/N) 만큼의 위상변화가 발생한다. 이경우 두 신호의 위상차이와 반송파 주파수 옵셋의 추정범위는 다음과 같이 주어진다.
∠2π(n+D)/N-∠2πn/N=2πD/N
｜2πD/N｜=π
짧은 훈련심볼을 사용할 경우에 N=64, D=16 이므로 1FFT주기에 신호가 4번 반복하게 되어 추정할 수 있는 주파수 옵셋 범위가 부반송파 간격의 4배가 되며(｜ε｜<2),
긴 훈련심볼을 사용할 경우 N=D=64이므로 부반송파 간격 이내의 주파수 옵셋만 추정할 수 있다.(｜ε｜<0.5).
따라서 IEEE 802.11a에서는 추정 범위를 넓히기 위하여 짧은 훈련심볼을 한 후, 긴 훈련심볼을 이용하여 정확하고 미세한 주파수 추정을 하게된다.
x[n+D]*x[n]=X*exp(2πεD/N)
2. STO 동기
수신단에서 알고 있는 short 훈련신호와 수신신호의 correlation을 취해서 그 크기가 임게치보다 큰 시점으로부터 16 샘플포인트 전의 시점을 심볼의 시작시점으로 인식하는 과정
