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2020년 미국에서 출시된 IEEE 802.11ax 6 GHz 대역 (Wi-Fi 6E)의 장점 및 이슈

IEEE 802.11ax 6-GHz Band (Wi-Fi 6E) Advantages & Considerations

6 GHz 대역 출시

2020 년은 WLAN 역사에 혁명을 일으켰습니다. 4 월 23 일, 미국 FCC는 6 GHz 대역 (5925 ~ 7125MHz)의 unlicensed 사용을 허용하기로 결정했으며 다른 지역과 국가도 곧 이를 따를 것으로 예상됩니다. 새로운 애플리케이션과 서비스는 1200MHz라는 매우 넓은 주파수 대역을 기반으로 하는 고속 및 대용량 데이터 통신을 사용하여 개발될 것으로 예상됩니다. WLAN은 6 GHz 대역을 지원하는 많은 unlicensed 무선 통신 기술 중 최초입니다.

WLAN 주파수 리소스

WLAN에서 사용하는 주파수는 지역 및 국가에 따라 다릅니다. 미국을 예로 들면, 지금까지 사용된 두 개의 2.4 및 5 GHz 대역은 572MHz의 총 주파수 리소스를 제공합니다. 6 GHz 대역을 추가하면 이전에 사용 가능한 리소스에 비해 사용 가능한 리소스가 세 배가 됩니다.

  • 2.4 GHz band: 72 MHz total
    2.4 GHz band: 72 MHz total
  • 5 GHz band: 500 MHz total (180 MHz when excluding frequencies for DFS)
    5 GHz band: 500 MHz total (180 MHz when excluding frequencies for DFS)
  • 6 GHz band: 1200 MHz total
    6 GHz band: 1200 MHz total

WLAN 기술의 확산과 역사

WLAN은 일반적으로 로컬 영역에서 이더넷(ethernet)을 사용하는 데이터 통신을 위한 케이블 없는(cable-less) 기술입니다. 노트북 PC와 같은 배터리구동(battery-operated) 디바이스에 의해 처음 채택되었지만 스마트 폰 사용의 출현과 성장에 따라 빠르게 확산되었습니다.

1997 년 WLAN 기술을 규제하는 최초의 IEEE 802.11 표준이 출시되었을 때 최대 전송 속도가 2Mbps 인 2.4 GHz 대역만 지원했습니다. 5 GHz 대역의 사용은 1999년 출시된IEEE 802.11b 표준 (2.4 GHz 대역 및 최대 전송 속도 11Mbps용)와 802.11a 표준 (5 GHz 대역 용 및 최대 전송 속도 54Mbps)으로 시작되었습니다.

이후 5 GHz 대역에서 일부 후속 확장이 있었지만 사용 가능한 주파수에는 큰 변화가 없었습니다. 그러나 약 20 년 만에 처음으로 새로운 주파수 대역 할당이 추가되면서 큰 관심을 받고 있습니다.

2.4/5 GHz 대역에서 WLAN 사용 이슈

WLAN이 처음 등장했을 때 지원되는 디바이스 수가 적고 데이터 트래픽도 적기 때문에 주파수 제한과 관련된 큰 문제가 없었습니다. 그러나 스마트 폰 사용의 폭발적인 성장과 진화와 새로운 비디오 스트리밍 유통 서비스의 성장으로 인해 WLAN 통신에 대한 수요 증가에도 큰 변화가 있었습니다.

이러한 지속적으로 증가하는 수요를 충족하기 위해 WLAN 기술은 더 넓은 채널 대역폭(bandwidth), 고차 변조(high-order modulation) 및 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing)을 통합하도록 발전했습니다. 그러나 급증하는 WLAN 통신에 사용할 수 있는 주파수 폭은 20년 동안 거의 변하지 않았기 때문에 WLAN 할당 주파수가 정체되어 지금까지 안정적인 고속 데이터 통신을 달성하기가 어려웠습니다.

또한 이러한 어려움은 COVID-19 사태로 인한 재택 근무 및 온라인 학습과 같은 작업 방식의 변화로 인한 새로운 통신 요구로 인해 과장되어 왔습니다. 2.4/5 GHz 대역의 몇 가지 문제는 아래에 설명되어 있습니다.

data-trafic

고정 주파수 범위, 수요 충족 불가

최대 총 580 MHz 폭

  • 2.4 GHz band: 80 MHz
  • 5 GHz band: 500 MHz*

* 5 GHz 대역은 레이더 사용 조건에 따라 최대 약 180MHz 폭 까지만 사용할 수 있습니다.

다른 시스템과의 주파수 공유

2.4 GHz 대역은 특히 전자레인지, Bluetooth, ZigBee 및 저전력 디바이스와 같은 다른 무선 장비에서 unlicensed 사용을 허용하므로 근거리 범위에서 동시에 사용하면 통신 간섭 문제가 발생할 수 있습니다. 최근에는 WLAN 디바이스뿐만 아니라 Bluetooth (True Wireless Stereo 및 Smart Speaker)의 급격한 증가로 인해 심각한 혼잡이 발생하고 있습니다.

5 GHz 대역은 500MHz 대역폭(bandwidth)의 320MHz에 대한 기상 및 배송 레이더에 우선 순위를 부여하며 WLAN은 이러한 다른 서비스에 영향을 미치지 않는 조건에서만 사용이 허가됩니다. 레이더 파가 감지되면 WLAN 주파수를 자동으로 전환하는 동적 주파수 선택(Dynamic Frequency Selection, DFS) 기능이 없는 디바이스는 최대 약 180MHz 폭의 통신만 사용할 수 있으므로, DFS가 필요하지 않은 주파수만 지원하는 디바이스들이 있습니다.

160 MHz 채널 대역폭(bandwidth)의 낮은 유틸리티(low utility)

넓은 50 GHz 대역을 사용하여 고속 데이터 통신을 구현하기 위해 IEEE 802.11ac/ax는 최대 160MHz의 채널 대역폭 사용을 지정합니다. 그러나 레이더 우선 순위가 있는 주파수 범위를 제외하면 하나의 채널도 보호할 수 없습니다. 일반적으로 레이더 파가 없는 위치에서도 160MHz를 사용하여 2개 채널만 보호할 수 있기 때문에 더 적은 수의 클라이언트 디바이스를 연결할 수 있습니다. 통신이 불가능한 클라이언트가 있을 수 있으므로 일반적으로 채널 대역폭을 40MHz 이내로 제한하고 채널 수를 늘려 작동을 지원합니다. 이 문제를 예상하여 80MHz 이상의 채널 대역폭을 지원하지 않는 디바이스가 많이 있습니다.

이전 표준과의 상호 운용성으로 인한 낮은 네트워크 용량

셀에 이전 표준을 지원하는 클라이언트 디바이스가 있는 경우 일부 제한이 없는 한 액세스 포인트(Access point, AP)는 연결을 유지하기 위해 이전 표준에서 작동합니다. 현재 최신 표준을 지원하는 클라이언트 디바이스는 해당 셀 내에서 이전 표준을 사용해서만 통신할 수 있기 때문에 통신 용량이 저하됩니다.

Spatial Multiplexing 기술 구현

전송 속도를 높이기 위해 WLAN 표준은 최대 8개의 스트림을 지원합니다. 여러 개의 내장 안테나를 수용하려면 안테나 간의 거리가 일정한 거리를 초과하지 않아야 합니다. 전력 소비도 스트림 수에 따라 증가합니다.

스마트 폰과 같은 모바일 디바이스의 크기로 인해 내장 안테나의 수와 배터리 용량이 제한되어 있어 하나의 스트림만 지원하는 디바이스가 많으며 일반적으로 두 개의 스트림만 지원합니다.

WLAN 6 GHz 대역의 장점

6 GHz 대역이 unlicensed 대역으로 개방되면서 2.4 / 5 GHz 대역의 많은 문제가 해결되었습니다.

  • 최대 1.2 GHz의 넓은 주파수 대역으로 혼잡 해결
  • 마침내 실용적으로 160MHz 채널을 사용하는 운용
  • IEEE 802.11ax를 지원하는 디바이스로만 구성된 고속, 고효율 네트워크 지원
  • 최신 WPA3 기술로 보호되는 보안 네트워크 지원

6 GHz 대역 사용 문제

위에서 설명한 것처럼 6 GHz 대역에는 많은 주목할 만한 장점이 있습니다. 그러나 지금까지 이 대역은 license가 부여된 시스템에서 우선권이 주어졌기 때문에 WLAN 자원으로 자유롭게 사용할 수 없었습니다. 6 GHz 대역 사용과 관련된 몇 가지 문제는 다음과 같습니다.

기존 시스템을 보호하기위한 규칙

다른 서비스에 문제를 일으키지 않고 높은 신뢰성이 있는 통신(high-reliability)을 보장하기 위해 6 GHz 대역 장치에는 Tx 전력을 제한하고 간섭을 억제하기 위해 내장된 Automated Frequency Coordination(AFC) 기능이 필요합니다. 디바이스 역할 (AP/기지국) 및 위치 (실내/실외)에 따라 허용 주파수, Tx 전력, 전력 밀도가 다르기 때문에 6 GHz 대역 WLAN 제품을 개발하려면 제품이 제품 분류에 따라 규칙을 충족할 수 있는지 여부를 충분히 평가해야 합니다.

주요 라이선스(Licensed) 서비스

Predominant Licensed Services

Unlicensed 사용

Predominant Licensed Services

* 자동 주파수 조정(Coordination)

실외 WLAN AP를 작동할 때 해당 위치에서 licensed시스템을 간섭하지 않는 주파수에 대한 정보는 AFC 시스템에서 캡쳐됩니다.

Immature RF 부품

6 GHz 대역은 이전에 무선 통신에 사용되었지만 특정 비즈니스만 license를 받았으며 무선 제품의 수가 제한되었습니다. 대부분은 이동 중에 통신을 하지 않지만, 고정된 두 지점 간의 통신에 사용되기 때문에 무선 장비는 규모가 크고 안정적인 전원 공급 장치로 사용됩니다. 또한 한 쌍의 통신 디바이스는 전체 1200MHz 대역이 아닌 일부 주파수를 사용합니다.

스마트 폰은 크기, 질량, 전원 공급 등이 매우 다르기 때문에 제한된 6 GHz 영역에서 사용하는 부품을 우회할 수 없습니다. 크기 감소, 무게 감소 및 절전에 대한 요구에도 불구하고 licensing 시스템은 전체 1200MHz에서 동일한 통신 성능을 구현해야 합니다. 그것은 누구도 경험한 적이 없습니다. 또한 이 성능은 동일한 가격으로 많은 소비자에게 제공되어야 합니다.

이 문제를 해결하기 위한 도전은 이제 막 시작되었으며 많은 개발자들이 알 수 없는 문제에 직면 할 수 있습니다.

6 GHz 대역 WLAN 디바이스 개발 및 제조를 위한 새로운 안리쓰 솔루션

지금까지 볼 수 있듯이 미국 FCC에서 unlicensed 사용을 위해 무료로 사용되던 6 GHz 대역이 사용되기 시작했으며 WLAN 통신이 계속 증가함에 따라 더 많은 문제가 해결 될 수 있습니다. 그러나 6 GHz 대역 WLAN 제품을 개발하려면 다음과 같은 문제를 해결해야합니다.

6GHz 대역 WLAN 제품 개발을 위한 새로운 전략

  • 라이선스(licensed) 시스템과의 공존을 위한 기능 통합
  • 6 GHz 소비재의 대규모 양산 지원
  • 1200 MHz 폭에 걸쳐 균일한 높은 RF 성능 구현
  • 160 MHz 채널 대역폭 지원

광범위한 IEEE802.11 호환 WLAN 측정 솔루션을 통해 안리쓰는 오랫동안 WLAN 개발의 최전선에 있어 왔으며 이제 6 GHz 대역 WLAN 제품의 개발 및 제조를 위한 안정적인 솔루션의 전체 라인을 제공합니다.

WLAN 디바이스 개발용

Wireless Connectivity Test Set MT8862A
Wireless Connectivity Test Set MT8862A

이 테스트 세트는 개발 중 WLAN RF TRX 특성을 측정하기 위한 것입니다.
6 GHz 대역 WLAN 제품을 개발할 때 주요 과제에 직면한 개발자를 위한 안정적인 측정 솔루션입니다.

WLAN 생산 라인용

Universal Wireless Test Set MT8870A
Universal Wireless Test Set MT8870A

스마트폰, 자동차 장비, IoT 디바이스 등의 효율적인 양산을 지원하기 위해 6 GHz WLAN 제품의 Direct 및 Non-Signaling Mode RF 성능을 측정하기 위한 테스트 세트입니다.

6 GHz 대역 지원 및 테스트 요구 사항에 대한 문의는 당사로 부탁 드립니다.

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