Wi-Fi 802.11ax(Wi-Fi 6) 알아보기

802.11ax Overview

  802.11ax 규격은 지난 번 포스팅과 같이 Galaxy S10 에 최초로 도입되었다. 11ax를 World First로 하고, 그 이후 아이폰 시리즈에도 들어게 되었다. 우리는 802.11ax 에 대해 좀 더 깊게 알아보도록 하겠다. 현재 보급된 802.11ax 의 주파수는 2GHz, 5GHz, 6GHz 이다. 그러나 6GHz 대역은 아직 제대로 활성화가 되어있지 않기 때문에 우선은 넘어가도록 하자. 이전 버전의 Wi-Fi 인 802.11ac(Wi-Fi 5)와 비교하였을 때, 802.11ax는 1024-QAM 지원을 하고, OFDMA 를 통해 더 큰 속도를 얻을 수 있다. 이 부분에 대하여 자세히 알아보도록 한다.

Wi-Fi 를 속도 측정시 나오는 약어(쓰루풋)
Wi-Fi 4(802.11n)  HT  High Throughput
Wi-Fi 5(802.11ac)  VHT  Very High Throughput
Wi-Fi 6(802.11ax)  HE  High Efficiency
Wi-Fi 7(802.11be)  EHT  Extreme High Throughput

  위 약어를 보면, Wi-Fi 6 를 제외하고는 모두 빠른 Throughput 이라는 내용이다. 그러나 Wi-Fi 6의 경우, Throughtput에 대한 언급이 없다. 그 이유는 Wi-Fi 6가 속도에 특화된 것이 아니라, 효율성에 특화된 기술이라는 뜻이다.   802.11n/ac는 전체 채널이 시간 내에 단일 사용자에게 할당
-> 낮은 데이터 속도, 멀리 있는 사용자가 채널을 너무 오래 차지하여 전체 처리량 감소

  802.11ax에서 사용자는 주파수의 서브캐리어 블록을 동시에 할당 받음
-> 스펙트럼 사용을 극대화, BSS에서 낮은 데이터 전송률 사용하작 있을 때 유용함.

 

	11ac	11ax
Modulation / Multiplexing	OFDM	OFDM+OFDMA
MU-MIMO	DL MU-MIMO 4 users	DL and UL MU-MIMO 8 users
Subcarrier frequency Spacing	312.5KHz	78.125KHz
Modulation	256QAM	1024QAM
Frequency	(2.4G and) 5GHz
Bandwidth	20, 40, 80, 80+80, 160MHz
MIMO	8 stream

 

 

Subcarrier 간의 간격이 1/4로 되었다는 말은 4배 더 많은 데이터를 싣을 수 있다는 뜻이다. 그러나 1/주파수 하게되면, FFT Period 는 11ac 보다 4배로 길어진다. 11ac는 3.2usec, 11ax는 12.8usec

  위 그림은 OFDM과 OFDMA 를 구분지어주는 그림이다. 그림을 자세히 보자. Wi-Fi Channel 이 같을 경우, OFDM은 STA1 부터 순차적으로 STA4 까지 데이터를 전송한다. 반면 OFDMA 는 STA1, STA3 을 동시에 전송하고, 2번째는 STA1, STA2, STA3 을 동시에 전송하는 방식이다. 4번째까지 모두 전송했을 경우, 둘의 데이터 양은 같다고 볼 수 있다. 그래프의 면적이 곧 전송한 데이터 양이기 때문이다. 그렇다면 OFDMA 를 아까 전 위에서 HE(High Efficiency) 라고 표현한 이유가 조금은 감이 온다. 동시에 여러 기기들과 연결을 할 수 있다는 장점 때문이다. 지금은 위에 STA가 4개 밖에 없지만, 만약 50개가 있다면 어떨까? 혹은 그 이상으로 많다면? 또한 DATA를 보내는 양이 모두 다르다면?

  첫번째 예시) 256QAM을 사용했을 경우
  50명의 유저가 1개의 공유기를 사용하고 있다고 생각해보자. 그리고 데이터를 받는데 1초 걸린다고 가정한다. 50명이 Wi-Fi 데이터를 받을 경우, 공유기와 첫번째로 연결되어 데이터를 받는 사람은 1초만에 모든 데이터를 받겠지만, 50번째 연결된 사람은 50초 뒤에 받게 되는 것이다. 그렇다면 OFDMA는 어떨까? 시간은 마찬가지로 50초 정도가 걸리겠다. 이 것도 큰 차이가 없다고 볼 수 있겠다... 그렇다면 왜 쓰는가?

  두번째 예시) 256QAM을 사용했을 경우
  위 나와있는 4명의 유저로 예를 들어본다. 아래와 같이 User 0, 1, 2, 3 과 통신을 하는 동안, Subcarrier 에 남는 부분이 생긴다. 이런 부분을을 모두 채워서 사용할 수 있는 것이 OFDMA 이다. 이것을 Resource Unit(RU) 라고 표현하며, 각각의 Bandwidth 에 따라 다르게 나온다. 현재는 4개의 User를 가정했지만, 첫번째와 같이 50명의 User가 있다면? 이럴 경우에도 사이사이 빈 틈의 Carrier 에 데이터를 가득 싣을 수 있기 때문에 훨씬 더 효율적으로 통신을 할 수 있다. 이것이 11ax를 HE라고 표현하는 것이다. 첫번째 예시처럼 OFDMA가 OFDM보다 속도에서 큰 이점을 발생시켰다고는 할 수 없다. 다만, 기술적으로 보았을 때, 256-QAM에서 1024-QAM이 되었기 때문에 속도가 오르긴 했을 것이다.

 

  자, 지금까지 보았을 때는 OFDM 보다 OFDMA 가 더 효율성이 있다고 할 수 있을까? 사실 크게 와닿지 않는 사람이 많을 것이다. 이는 AP와 User 간 DL(Down Link) 통신만 봐서 그렇게 느낄지도 모른다. 나에게 도달하는 데이터가 다른 사람들하고 나누어서 받기 때문에, 뭔가 비효율적이라고 생각할 수 있기 때문이다. 하지만 통신은 양방향이다. UL(Up Link)의 경우도 생각해야한다. 그렇다면 UL 에서 OFDMA 는 얼마나 더 동작을 잘 할 수 있을까? 50명의 데이터를 순차적으로 받는 것(시간이 각각 다르게 걸려 비효율)과 50명의 데이터를 동시에, 제대로 할당하여 받는 경우를 생각해보면 된다. 11ax 에 대하여 다음 번에 더 자세히 쓰도록 하겠다.