무선 LAN
무선 LAN 기술이란 무선접속장치인 AP(Access Point)가 설치된 곳에서 일정 거리 안에 있는 다수의 컴퓨터를 무선으로 연결하는 것이다. 전자기파 기반의 FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum, 주파수 도약 확산 스펙트럼), DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼) 방식, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 직교 주파수 분할 다중화) 방식 등을 사용해 제한된 지역 안에 있는 디바이스끼리 데이터통신을 할 수 있다.
무선 LAN을 구성하는 방식에는 하부구조(Infrastructure) 방식과 애드혹(Ad-hoc) 방식이 있다.
하부구조 방식
하부구조 방식은 유선 LAN과 연결된 서버에 접속하기 위해 무선접속장치인 PAU(Portable Access Unit) 또는 무선 AP(Wireless Access Point, WAP) 장치를 사용한다. PAU의 수렴 반경은 50~100m인데 서비스 커버리지가 넓어지면 다수의 PAU를 사용한다. 휴대용 단말기나 컴퓨터 등은 PAU 장치를 이용해 무선 LAN에 접속하게 된다.
애드혹 방식
애드혹 방식은 AP와 같은 장치 없이 무선장치를 직접 연결해 구성한다. 고정된 PC로 이루어진 SOHO(Small Office/Home Office) 방식의 무선 LAN도 애드혹 방식으로 구성할 수 있다.
무선 매체
무선 LAN에서 사용하는 매체에는 전자기파 기반의 무선 주파수(Radio Frequency, RF)와 광학 신호 형태의 적외선 등이 있다.
무선 주파수
라디오 방송, TV, 휴대전화와 같은 응용 시스템에서 광범위하게 사용되는 무선 주파수의 특성을 살펴보자.
- SNR과 경로 손실
무선 수신장치는 SNR(Signal to Noise Ratio, 신호 대 잡음비)가 어느 정도 이상이 되어야 정상적으로 작동한다. SNR이 감소하면 신호 성분이 약해져서 신호 검출에 필요한 수신지의 비용이 증가한다. 따라서 무선 수신지의 SNR을 가능한 높은 값으로 설정한다. 가구나 사람과 같은 피사체에서 나오는 반사 신호로 발생하는 간섭 효과에 의해 무선 채널의 경로 손실이 발생하기도 한다.
- 인접 채널 간섭
무선 LAN은 다수의 이용자가 동일 주파수 대역을 사용함으로써 간섭 효과가 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 하부구조 방식의 무선 LAN에서는 이용 가능한 대역폭을 여러 종속 대역으로 나누어 사용한다. 이것을 3셀 반복 패턴(Three-cell Repeat Pattern)이라고 하며 각 셀 내에서 이용 가능한 대역폭의 크기를 선택할 때 예측 가능한 실제 이용자 수를 고려하여 주파수 효율을 향상시킨다. 그 결과 인접 채널 간섭 효과를 현저히 감소시킬 수 있다.
- 다중경로
무선신호가 전송될 때 수신지에서는 직접 수신된 신호와 다른 경로로 들어온 신호를 함께 수신하게 되는데 이를 다중경로 분산 혹은 지연 확산(Delay Spread)이라고 한다. 다중 경로 분산은 비트/기호 체계와 관련 있는 전 단계의 신호가 다음 단계의 신호와 서로 간섭해 일어나는 것으로 심볼 간 간섭(InterSymbol Interference, ISI)현상이라고 한다.
수신한 신호의 경로 길이 변이는 주파수 선택적 페이딩(Frequency-Selective Fading) 손실을 발생시킨다. 무선 주파수에서 다른 수신 신호 간의 위상 이동 현상을 일으켜서 직접 전송되는 신호가 다른 경로에서 반사된 신호에 의해 감쇄되다가 한계 상황에 도달할 수도 있다. 이러한 현상을 레일레이 페이딩(Reyleigh Fading)이라 한다.
실제 반사파의 진폭은 직접 전송된 신호의 일부분이며 감쇄량은 반사 물질에 따라 결정된다. 따라서 페이딩 문제를 해결하려면 무선 주파수와 관련된 파장의 길이가 매우 짧다는 사실을 이용해야 한다. 짧은 파장은 안테나의 작은 위치 변화 정도에도 민감하게 반응하므로 1/4 파장마다 두 대의 안테나를 설치하고 양쪽 안테나에서 수신한 신호는 합성한 수신 신호를 만들기 위해 재결합한다. 이 기술을 공간 다이버시티(Space Diversity)라고 한다.
적외선 장치
적외선(Infrared) 방출기와 검출기는 광섬유 전송 시스템, 텔레비전, VCR 등과 같은 원격제어 응용 시스템에서 다양하게 이용되고 있다. 적외선 방출은 무선 주파수 파장보다 더 높은 주파수 대(1,014Hz 이상)에서 발생한다. 주로 800~1300nm의 파장을 이용한다.
검출기는 방출기에서 나오는 적외선도 수신할 수 있는데 이를 위해 적절한 SNR을 갖추려면 높은 신호전력이 필요하다. 적외선 방출기는 전기-광(Electrical-to-Optical) 전환 효율이 낮으므로 보다 큰 전력이 필요하다. 잡음을 줄이기 위해 외부 적외선 신호를 감쇄하는 광-대역통과 필터(Optical Bandpass Filter)를 통해 합성한 수신 신호를 통과시키는 것이 일반적이다.
적외선 장치의 예로 무선 LAN 장치가 있다. 무선 LAN의 작동 모드로 전기적인 변조 신호를 이용해 방사체(Emitter)의 적외선 강도를 조절하는 방식이 있는데 적외선 신호의 강도 변이는 동급의 전기적 신호로 전환하는 검출기에 의해 직접 수신된다. 이와 같은 방식의 작동 모드를 IMDD(Intensity Modulation with Direct Detection)라고 한다.
적외선 방사체에는 LD(Laser Diode)와 LED(Light Emitting Diode)가 있다. 광섬유 전송 시스템에서 광범위하게 사용되는 LD는 약 1~5nm의 작은 주파수 대역을 가진 빛을 생성하고 빛이 적은 장소에서 사용할 때 높은 전력밀도를 얻을 수 있다. LED는 주파수 대역이 25~100nm 사이인 빛을 만들어낸다. LED의 이용 가능한 변환 주파수는 20MHz로 제한되는데 이 수치는 10Mbps까지의 최대 비트 전송률을 얻을 수 있는 값이다. 10Mbps까지는 비교적 적은 비용이 드는 LED를 사용하고 10Mbps 이상의 높은 비트율이 필요할 때는 LD를 사용한다. LD가 이용할 수 있는 변환 대역폭은 몇백 MHz까지이다.
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