[Network Basic] 무선 네트워크, Spread Spectrum

1. Wireless LAN(무선 근거리 통신망) 

  

Wireless LAN은 전기적인 신호를 사용하는 유선 LAN과 달리 전파(Radio Frequency), 또는 적외선(Infrared)을 사용하여 데이터를 전송하는 방식으로 건물 및 캠퍼스와 같은 환경(10Mbps 속도로 최대 100m 이내)에서 장소의 제약이 없이 업무를 처리할 수 있다는 장점 때문에 각광 받고 있다. 현재 IEEE802.11b에서는 무선 랜의 전파자원을 효율적으로 관리하고 사용하기 위하여 표준화를 주도해 오고 있다. 

  

(1) 각 무선 통신용 주파수 대역의 사용 현황 

파형	대역 폭(HZ)	용도
EHF	300G ~ 30G	간이 무선국, 실험용
SHF	30G ~ 3G	고정 마이크로파 회선(전화, 위성통신)
UHF	3G ~ 1G	무선 LAN, 해상위성통신, 국내무선통신
	960M ~ 770M	자동차, 휴대전화, 항공기전화, UHF TV
	470M ~ 335.4M	경찰통신, 소형 선박 통신
VHF	332M ~ 251M	무선호출, 선박 전화
	170M ~ 118M	경찰통신, 소방통신 등
	68M ~ 54M	도로관리, 수방관리, 신문취재용 통신 등
	41M ~ 29M	소형 선박용
HF	28M ~ 26.1M	라디오, 해상보안용, 해난구급용

  

무선 LAN에서 사용하는 기술에는 협대역(Narrowband) 방식과 적외선(Infrared)방식, 확산 대역(Spread Spectrum) 방식의 기술이 있다. 

  

(2) 협대역 마이크로웨이브 방식 

 마이크로웨이브 주파수 대역은 스펙트럼 상에서 라디오파와 적외선의 중간에 위치하고 있다. 일반적으로 고주파를 사용하면 저주파보다 넓은 대역폭을 쓸 수 있으므로 이더넷(Ethernet)의 데이터 전송율(10Mbps)과 비슷한 정도의 성능을 지니는 LAN을 구현할 수 있다.   

18GHz나 19GHz 대의 주파수를 사용하는 마이크로웨이브 LAN은 미국의 FCC(연방 통신 위원회)나 영국의 DTI(영국 통산성)가 요구하는 가장 높은 주파수 대역에서 동작한다. 대부분의 경우 마이크로웨이브는 전자기적 스펙트럼 상에서 높은 주파수를 사용하기 때문에 직진성 기반의 기술이다. 그럼에도 불구하고 이 대역을 사용하는 전자기적 장비가 거의 없어서 간섭이 없다는 장점이 있다. 

 무선 채널에서 제공되는 물리적 연결성이 간헐적이라는 점이 무선 매체의 가장 두드러진 특징이다.  

  

(3) 적외선 방식 

 적외선의 파장은 8300Å 정도로 가시광선 파장과 비슷하여 장애물을 만나면 신호가 완전히 약해져 버리는 직진성을 가지고 있다. 적외선은 반사 특성이 있어 개방된 구조의 사무실에서는 신호가 벽에 부딪혀 반사되어 모든 단말 상에 신호가 도달할 수 있다. 

적외선으로 신호를 전송하는 방법은 두 가지가 있는데 레이저를 사용하는 것과 LED를 사용하는 것이다. 레이저를 사용하는 경우는 신호가 약 16Km까지 도달 할 수 있어 주로 실외에서 사용하기에 적합하다. 그러나 대기의 상태(강한 햇빛, 눈이나 비, 또는 심한 대기 오염 등) 에 따라 신호전달에 영향을 받을 수 있다. LED는 레이저 적외선보다 약하지만 실내에서 무선 랜 환경을 구현하기 때문에 대기의 영향을 받지 않으며 레이저에 비해 경제적이다. 

햇빛에 직접적인 노출은 전송 단에 영향을 줄 수 있으므로 전송 단이 햇빛에 직접 노출되지 않도록 하는 것이 좋다. 레이저 적외선 LAN은 직진성을 요구하기 때문에 개방된 사무실 공간이나 적외선이 투과할 수 있는 우리가 설치된 것에서 효과적으로 사용할 수 있다. 

적외선 방식은 미국의 FCC(연방 통신 위원회)나 영국의 DTI(영국 통산성) 등으로부터 사용인가가 필요 없고 전자기의 간섭이 적으며 속도가 빠르다는 장점이 있으나 신호가 물체를 통과할 수 없어 근거리에서만 사용할 수 있다는 단점으로 인해 수요가 제한적이었다. 그러나 최근에는 이러한 제약을 해결할 수 있는 제품이 발표되면서 단점이 보완되어 관심이 높아지고 있다. 

  

(4) 스펙트럼 확산 방식(Spread Spectrum) 

 스펙트럼 확산 방식이란 정보를 전송하는데 필요한 대역폭보다 훨씬 넓은 대역에 신호를 사상하여 전송하고 수신측에서는 신호를 원래의 정보 대역폭 내로 다시 사상함으로써 신호를 복원하는 기술이다. 이 때문에 협대역 신호와 광대역 신호간의 사상변환이 핵심기술이다. 

 Spread Spectrum 기술은 1940년대부터 연구가 시작되었으며 장거리 데이터 통신에 관련된 다중경로 문제를 해결하기 위해 제안되었다. 강력한 보안성과 전파간섭, 전파방해에 강하다는 특징 때문에 군용으로 널리 이용되고 있다. 1960년대 이후에는 비동기 다중 접속이 가능하다는 이점 때문에 위성간의 통신에도 이용되고 있으며 최근에는 무선 LAN 및 이동통신 등에서도 사용되고 있다. 

Spread Spectrum 방식은 자연적으로 생기는 잡음이나 고의적인 전파 방해에 강하지만 완벽한 보안성을 보장하지 않으며 안전한 데이터 전송 환경을 보장하지도 않는다. 보안을 위해 암호화 기법을 사용하여 데이터를 전송할 수 있다. 

1985년 FCC에서 ISM 대역(2.4GHz)으로 허가를 받지 않고 사용할 수 있는 Spread Spectrum 방식을 인가함으로서 무선 LAN 시스템에 본격적으로 적용되기 시작했다. 

 

Spread Spectrum 방식의 특징 

• 신호의 간섭, 방해에 강해 고품질의 신호전송이 가능하다. 
• 멀티패스와 같은 주파수 선택성 페이딩에 강하다. 
• 전력 스펙트럼 밀도가 낮기 때문에 신호 비익이 가능하다. 
• 망 구성의 경우 과부하 내성이 있어 망의 제어가 용이하다. 
• 다중 영역 구성의 시스템인 경우 영역간 이동이 용이하다. 
• 동일 주파수대에서 복수의 통신을 할 수 있어 효율성이 높다. 

  

Spread Spectrum 기술은 주파수도약방식(FHSS : Frequency Hopping Spread Spectrum)과 직접확산방식(DSSS : Direct Sequence Spread Spectrum)으로 나누어 진다.  

  

(1) 주파수 채널 

• FHSS : 23개의 독립 채널 사용 
• DSSS : 15개의 중첩 채널 사용(독립채널 3개 사용가능) 

  

(2) 주파수 채널 할당  

FHSS : 시스템에 의해 자동 할당되어 23개 채널 전체에 걸쳐 임의로 무작위 주파수 채널을 할당(Random Hopping Sequence)하며 데이터를 송수신한다.

무작위 채널 할당 전에 대상 채널에 대한 사전 스캐닝 기능이 있어 대상 채널에 잡음이나 전파의 간섭이 있을 경우, 자동으로 다른 채널로 할당되므로 잡음이나 전파간섭에 영향을 받지 않고 안정된 데이터 송수신이 가능하다. 

  

※ Hopping 

할당된 채널에 잡음이나 간섭현상이 발생하여 신호의 송수신이 불가능한 경우, 다른 채널로 도약(건너뛰기)하는 것 

DSSS : FHSS와 달리 고정 주파수 채널 할당 방식을 채택하고 있어 클라이언트 컴퓨터마다 특정 주파수 채널을 고정으로 할당해 주어야 한다. 고정 주파수 할당 방식을 사용하므로 특정 컴퓨터에 할당된 채널에 잡음, 또는 전파간섭이 있을 경우, 시스템에 의한 자동 채널 변경 능력이 없으므로 수작업으로 컴퓨터의 할당채널을 변경시켜 주어야 한다. 

  

(3) 잡음 및 전파간섭 저항성(Noise and Interference Immunity)  

동일 주파수대에 다른 무선 신호가 유입되어 잡음이나 간섭현상이 발생했을 때, 오류없이 작동 가능한 시스템의 능력을 말한다. 

  

(4) Near/Far Problem  

DSSS 시스템에서 발생하는 문제로 수신기 가까이 위치한 다른 송신기의 과도한 전력이 신호를 파괴하여 수신기의 작동을 방해하는 것. 

그러나 수신기가 FHSS 시스템이라면 다른 송신기에 의해 생성된 간섭이 일부 주파수 채널(Hop)을 차단한다 해도 수신기가 다른 채널을 할당하게 되므로 안정적인 데이터 송수신이 가능하게 한다. 따라서 DSSS 시스템에서 상존하는 Near/Far 문제에 의한 데이터 통신 단절 현상은 FHSS 시스템에서는 나타나지 않게 된다.