DSSS와 OFDM 그리고 MIMO

“참 성주씨 지난 주에 무선랜 표준 <IEEE 802.11>에 대해 공부해오라는 거 했어?

“네 선배님”

성주는 미리 출력해 놓은 자료를 황과장에게 건넸다.

“그럼 802.11 위원회에 대해서 설명해봐?

승언은 문서를 받아 들고 성주에게 질문했다.

“<IEEE 802.11> 위원회는 무선랜의 표준을 연구하는 위원회의 이름입니다. <IEEE institute of electrical and electronics engineers>는 전기와 전자 분야의 국제 전문가 조직으로 다양한 분야에 산업 표준을 구현하고 있습니다. 전기공학, 전자공학, 물리학, 수학 같은 기초과학분야까지 상당히 광범위합니다. 그 중 무선랜 802.11 위원회가 있습니다."

성주는 <IEEE> 에 대해 알고 있는 것을 간단하게 설명했다.

“응 그렇지, IT 분야에서 일하는 사람이라면 <IEEE>를 모를 수가 없지”

승언은 성주에게 받은 한 페이지 요약 문서를 천천히 훑어봤다.

“음 깔끔하게 정리가 잘되었네”


“그런데 선배님 궁금한 게 2가지 있는데 질문해도 될까요"

성주의 문서를 보고있는 승언에게 성주가 말했다.

“어 해봐?”

“나머지 부분들은 어제 배워서 이해했는데요 <전송기술>와 <MIMO>는 아무리 자료를 찾아보아도 이해를 못 했습니다?”

승언은 자료를 천천히 보면서 성주에게 말했다.

“그러면 전송기술부터 설명을 해볼까”

성주는 노트를 펴고 황과장의 설명에 집중했다.

“유선에서는 숫자 0과 1로 구성된 <비트>를 물리적인 케이블을 통해 전송하면 되는데 무선은 전파를 통해 보내야 하니까 전송 방식 기술이 필요하겠지 이때  <비트>를 무선 신호로 변환하는 것을 인코딩이라고 하는데 <DSSS direct sequence spread spectrum>와 <OFDM orthogonal frequency division multiplexing> 두 가지 방식으로 나누어져” 

“우선 이 자료를 참조하고”

승언은 본인 컴퓨터에 자료를 성주에게 보여주며 설명했다.


“<DSSS> 와 <OFDM> 는 물리계층에 속한 전송 기술이라고 알고 있으면 되는데 우선 <DSSS>는 우리나라 말로 <직접 시퀀시 확산 스펙트럼>이라고 불러 그리고 <OFDM>은 우리나라 말로 <직교 주파수 분할 다중 방식> 이라고 불러 우리나라 말로 표현하면 복잡하니까 그냥 <DSSS>와 <OFDM> 으로 부르자고”

“네 선배님”

성주는 노트에 필기를 하면서 황과장의 설명에 집중했다. 황과장은 설명을 계속 했다.

“유선에서도 물리 계층에 유선 매체에 대한 정의가 되어 있지 예를 들어 CAT 5, CAT 5e, CAT 6 그리고 광통신처럼”

승언은 성주를 보며 계속 설명했다.

“그럼 <DSSS>와 <OFDM> 방식에 대해 설명을 해볼까 먼저 <DSSS>는 <IEEE 802.11b>에서 사용하니까 <2.4GHz> 주파수 채널을 사용하겠지 13개의 채널 중 한 개의 채널만 사용하는 기술이야. 디지털 신호를 매우 작은 전력으로 넓은 대역에 분산하여 동시에 송신하는 방식이야, 노이즈가 발생하더라도 복원시에 노이즈가 확산되기 때문에 통신에 영향이 적고 또한 강한 신호를 발생하지 않기 때문에 다른 통신에 방해를 하지 않은 장점이 있지”

승언은 노트 필기를 하는 성주를 보며 설명을 했다.

“하지만 빠른 속도를 위해서는 한 개의 채널만을 가지고 통신을 해서는 안되기 때문에 <OFDM> 이름이 말하듯이 주파수를 분할하는데 주파수의 간격을 최소화하기 위해 직교성을 부여하는 기술이 필요한거지  이 기술은 고속통신이 가능하다는 장점이 있어”

승언의 설명이 끝나자 성주는 예를 들어 질문했다.

“그럼 선배님 우리회사에서 야유회를 간다고 하면 <DSSS>는 버스 한 대에 모든 직원을 싣고 가는 방식이고, <OFDM>은 각자 자가용을 타고 오는 방식이라고 생각하면 되나요?”

"응 그렇지, 아무래도 <DSSS> 보다는 <OFDM>이 중요하니까 보충 설명을 해줄께"

"감사합니다. 선배님"

승언의 성주를 바라보며 설명했다.

"<OFDM>은 고속의 송신 신호를 저속의 신호로 병렬 전송하는 구조로 다중의 부반송파로 분할하여 실어 전송하는 기술인데 여기서 부반송파를 <Subcarrier> 라고 하는데 화면을 같이 볼까?"


"<IEEE 802.11a/g>에서는 64개의 <Subcarrier> 중 인접 채널 간섭 방지를 위해 11개를 사용하지 않고, 정중앙 1개와 4개의 파일럿 <Subcarrier>도 데이터 전송을 하지 않지 그래서 48개의 <Subcarrier>를 통해 최대 54Mbps의 최대 전송 속도가 가능하다고 할 수 있어"

성주는 열심히 노트에 필기를 했다.

"자 그럼 <IEEE 802.11n>은 64개의 <Subcarrier> 중 4개의 <Subcarrier>가 늘어난 52개의 <Subcarrier>가 데이터 전송에 사용되고있어 그래서 11Mbps 늘어난 65Mbps의 성능이 가능하지 여기에 <가드 인터벌>이라는 시간 감소로 인해 7Mbps 추가되어 72Mbps 성능이 가능하다고 볼 수 있어"

성주는 <IEEE 802.11n>이라고 적고 그 옆에 전송속도 72Mbps 적고 고민에 빠졌다. 그런 성주의 노트 필기르 보고 황과장이 살짝 미소를 지었다.

"성주씨 <IEEE 802.11n>은 <주파수 대역> 20Mbps를 사용하면 72Mbps를 사용하는 것이 맞아요 그런데 <주파수 대역> 40Mbps로 본딩하여 사용한다면 72*2=144Mbps에서 본딩으로 인한 인접 채널 간섭 방지용 <Subcarrier> 6Mbps가 복원되어 150Mbps 성능을 확보할 수 있는거야"

성주는 승언의 설명을 이해했다.

“자 그럼 <MIMO multiple input multiple output> 기술에 대해 설명을 해볼까? 여기까지 설명하고 점심 먹으러 가자”

“네 선배님”

“<MIMO>는 최대한 단순하게 생각하면 돼, 아주 단순하게 <AP> 한 대에 <안테나>가 한 개 달려 있으면 순간 <무선 단말기> 한 대만 통신이 가능하겠지?”

“네 선배님”

승언은 성주를 보며 웃으며 말했다.

“그럼 두 개가 달려 있으면?”

“순간 두 대가 통신을 할 수 있겠죠”

성주는 승언의 질문에 바로 답을 했다.

“응, 그거야”

“네?”

“밥먹으로 가자, 심대리 밥먹으로 가자”

“네 과장님”

성주는 다급히 황과장과 심대리를 따라 식당으로 향했다. 성주는 <MIMO>에 대한 기술이 정리가 안되어 있어 머리속이 복잡했다. 

“나만 빼고 밥을 먹으러 간단 말이야!”

최보미 과장의 목소리였다.

“우리 사무실 나올 때 최과장 안보였는데”

황과장이 최보미 과장을 보며 말을 얼버무렸다.

“그런데 막내는 정신이 나간 사람처럼 멍하고 앉아 있어, 무슨 일 있어?”

“그게 황과장님이 성주씨가 궁금한 내용을 너무 간단하게 설명하고 끝내버려서요”

심대리가 최보미 과장을 보며 웃으며 말했다.

“막내! 선배한테 물어봐 내가 그래도 과장식이나 되는데“

최과장은 식당 자리에 앉으며 성주를 보고 말했다. 성주는 최보미 과장에게 <MIMO>에 대한 승언과의 대화 내용을 설명했다.

“그게 왜 이해가 안돼? 안테나 하나면 순간 한번 통신, 두 개면 순간 두 번 통신 되는게 왜?

최보미 과장이 성주를 보며 말했다.

“그게 무선랜 표준을 보면 802.11 b/a/g 까지는 <MIMO> 1개로 되어 있으니까 지원하지 못하거든요 <SISO single input single output> 이라는 건데?”

“그런데?”

최보미 과장이 밥을 먹으며 성주에게 질문했다.

“802.11 b/a/g <무선공유기> 들은 안테나가 모두 두 개씩은 달려 있잖아요 과장님?”

“어 그래서?”

최보미 과장은 여전히 밥을 먹으며 성주에 말을 듣고 있었다.

“왜 두개가 달려있죠? 제가 조사한 자료에는 <SISO> 인데요?

“하나는 백업 아니야?”

최보미 과장이 성주를 보며 말했다. 최과장의 말을 들은 성주는 승언과 심대리를 바라봤다.

승언은 고개를 끄덕였다.

“정말로요? 선배님?

승언은 열심히 밥을 먹고 있었다.

“응 맞어, 성주씨 얼른 밥 먹어”

심대리가 웃으며 성주에게 말했다.

그렇게 점심 시간 최보미 과장 덕분에 단순한 <MIMO>에 대한 궁금증을 해결했다.

“성주씨 이쪽으로 와봐요?”

오전배운걸 정리하고 있는 성주를 심상민 대리가 불렀다.

“<MIMO>은 무선 통신의 용량을 높이기 위한 안테나 기술이거든 <AP>에 있는 안테나 수에 비례해서 용량을 높인다고 단순하게 생각해요”

심대리는 <MIMO>에 대한 보충설명을 성주에게 해주었다.

"성주씨 자료에서 <IEEE 802.11n>의 최대 속도가 600 Mbps 인 이유에 대해서 설명해볼래요?"

갑작스러운 심상민 대리의 질문에 성주가 당황했다.

"<MIMO>를 이해했으면 설명할 수 있어야하는데"

상민은 성주를 바라보며 말했다. 성주가 대답을 못하자 상민이 설명을 했다.

"성주씨 오전에 황승언 과장한테 <IEEE 802.11n>의 전송 속도가 <주파수 대역> 20Mbps 일때 72Mbps 가능하고, 40Mbps 일때는 150Mbps 가능하다고 설명 들었죠?"

"네 대리님"

심상민 대리는 성주 노트에 필기를 하면서 설명을 했다.

"<주파수 대역> 40Mbps 기준으로 150Mbps를 확보한 다음 성주씨가 조사한 <IEEE 802.11> 무선 표준 자료를 보면 <MIMO>에 4개의 안테나까지 추가 가능하다고 되어 있으니까 150*4해서 총 600Mbps 가능 한겁니다."

성주는 심상민 대리의 설명 덕분에 MIMO에 대해 이해했다.

“그리고 <MIMO>은 두 가지 방식이 있는데 <SU-MIMO single user MIMO>와 <MU-MIMO multi-user MIMO>가 있어요”

“네 대리님”

“<SU-MIMO>는 안테나 자원을 한순간에 한 사용자만이 이용하는 방식으로 단독 접속 시 안정적인 통신이 가능하지만, 여러 단말기가 접속하면 지연이 심해지고 전반적인 성능 저하가 생기는 문제가 있어 그렇다면 <MU-MIMO>는 다수의 접속자에게 효율적으로 통신 자원을 동시에 분배할 수 있기 때문에 여러 단말기가 동시에 접속해도 안정적인 접속이 가능해”

“이해했습니다. 대리님”