| Wi-Fi 규격 | ||||
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| Wi-Fi 4 와이파이 4 | |
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1. 개요
Wi-Fi 4 또는 IEEE 802.11n(이하 802.11n)은 유선망의 품질에 버금가는 무선망을 구현하기 위한 Wi-Fi 규격으로, 2009년 9월 중순 Draft 단계에서 최종 승인되었다.2018년 10월, Wi-Fi 얼라이언스에서는 기존 802.11n에 Wi-Fi 4라는 네이밍을 병용하기로 하였다.
2. 필요성
2009년 당시에는 아시아권을 중심으로 100 Mbps 유선망이 보급되어 있었고 Wi-Fi의 이전 규격들은 유선망의 속도를 100% 전달하기가 어려울 정도로 기술적으로 뒤처져 있었다. 이에 따라서 Wi-Fi 얼라이언스가 유선망의 품질을 그대로 무선망으로 구현할 수 있는 후속 규격을 개발해야 할 필요성을 느끼게 되어 등장한 것이 802.11n(Wi-Fi 4)이다.802.11n의 등장은 스마트폰의 보급과 더불어서 무선 인터넷의 급진적인 발전을 이뤄내는 데에 크게 일조하였다.
후기 규격에서 5 GHz 주파수 대역의 도입으로 Wi-Fi 5로 넘어가기 직전에는 이 규격으로 100 Mbps의 유선망 속도를 완벽하게 송출할 수 있는 인프라가 갖춰지게 되었다.[1]
이 때부터 100 Mbps 이더넷의 속도를 따라잡기 시작했으나, 이더넷의 속도가 업링크와 다운링크가 동시에 가능한 Full Duplex인 데 반해서 Wi-Fi는 업이나 다운 둘 중 하나만 가능한 Half Duplex 방식인 데다가 신호 간섭 및 손실 문제로 이론상 속도와 실효 속도의 차이가 큰 편이다. 또한 채널 본딩(40 MHz 대역폭 설정)의 경우 2.4 GHz 주파수 대역에서는 채널 간섭이 심해서 채널 본딩을 하나 안 하나 실제 속도 향상이 거의 없고 윈도우 시스템이 아닌 경우에는 대부분 공유기 설정과 상관없이 채널 본딩을 사용하지 않는 20 MHz 모드로 작동하므로 전파간섭이 적은 곳이라도 속도 향상은 거의 없다.[2][3] 실질적으로는 5 GHz 40 MHz 2Tx-2Rx 이상에서만 유선 100 Mbps를 상회하는 것이 가능하다.
단 일부 Wi-Fi 4 지원 Wi-Fi 장치는 2.4 GHz만 지원하기 때문에, 5 GHz를 지원하는 Wi-Fi 4 장치를 알아보려면 5 GHz 지원이 명시되어 있거나 11a를 같이 지원하는지 여부를 확인하면 된다. 11a / 11n 규격은 서로 독립되어 있지만, 같은 5 GHz 주파수 대역을 사용하기 때문에 11a 규격이 지원되면 11n의 5 GHz 대역도 지원할 가능성이 높기 때문. 또한 11ac를 지원하는 장치는 5 GHz 대역을 무조건 지원한다.
2020년대 이후로는 기가비트(급) 인터넷이 많이 보급되고 차기 규격인 Wi-Fi 5(11ac), Wi-Fi 6(11ax)도 보편화 되고 Wi-Fi 7(11be) 규격도 나오면서 500Mbps급 반기가 속도도 완전히 커버하지 못하는 Wi-Fi 4 규격은 최고속도가 중요하지 않은 스마트 가전제품이나 스마트 플러그 같은 IoT 디바이스에서나 쓰일정도이다.
3. 보급
가장 쉽게 접할 수 있는 스마트폰에서는 2.4 GHz는 2010년 갤럭시 S, 아이폰 4, 옵티머스 마하, 넥서스 S 시기부터 보급되어 2011년 이후 출시된 대부분의 기기에서 지원하고 있다. 5 GHz는 2011~2012년 갤럭시 S2, 아이폰 5, 옵티머스 LTE, 넥서스 4 시기부터인데 2023년까지(한국 내수용은 2021년 출시된 갤럭시 A12, M12까지) 갤럭시 최하위 라인업에서는 지원하지 않았다.[4] 2024년 이후 출시된 갤럭시 스마트폰은 전 기종이 5 GHz를 지원한다.4. 스펙
변조 방식은 OFDM을 사용한다.주파수 대역은 초기에는 2.4 GHz만을 지원하였으나 후기 규격에서는 5 GHz도 지원한다. 5 GHz의 고주파 주파수를 도입함으로써 Wi-Fi의 고질적인 문제였던 지연속도(핑) 상승과 속도 손실이 개선되었다. 다만, 5 GHz 대역은 직진성이 강하여 장애물이 있으면 출력이 강하지 않는 이상 2.4 GHz보다 커버리지가 떨어지는 고질적인 문제가 있으며 Wi-Fi 4 규격에서는 이러한 문제를 극복하지 못하는 한계를 보여주었다. 이후 Wi-Fi 5와 Wi-Fi 6에서는 2017년 개정된 전파법으로 허용 출력이 상향되어 5 GHz 대역 커버리지가 다소 개선되긴 했으나 아직 갈 길이 먼데 5 GHz 대역의 일부 채널들은 기상관측/군사용 레이더, 위성통신 등에 우선적으로 사용되기 때문에 모든 채널을 온전히 사용하기 어려운 실정이라 차기 규격들은 6 GHz 대역도 활용하는 방향으로 발전중이다.
Wi-Fi 역사상 가장 혁신적인 변화가 이루어졌는데, 이 규격부터 MIMO 기술(다중 안테나)과 케리어 어그리게이션 기술(채널 본딩)이 사용되기 시작했다.
초기 규격에서는 20 MHz의 채널 대역폭만을 지원하였으나 후기에 와서는 40 MHz의 채널 대역폭을 지원하게 되었다. 20 MHz 채널, 1Tx-1Rx(송신 안테나 1개, 수신 안테나 1개) 구성에서 최대 72.2 Mbps를 지원한다. 여기에서 채널 대역폭을 40 MHz로 늘리면 150 Mbps, 송수신 안테나를 2개로 늘린 2Tx-2Rx 구성에서는 150x2=300 Mbps까지 지원한다.
이론적으로는 4Tx-4Rx(4x4) 구성으로 최대 150x4=600 Mbps까지 지원하나, 저가형은 1Tx-1Rx(1x1)까지[5], 가장 많이 보급된 노트북 및 스마트폰은 대개 2Tx-2Rx(2x2)까지 지원했고 일부 고급형 무선 랜카드 장착 노트북에서야 3Tx-3Rx(3x3) 구성으로 150x3=450 Mbps까지 지원했다. 안테나가 4개 달려 있는 공유기는 대개 4Tx-4Rx(4x4) MIMO 구성이 아닌 2.4 GHz / 5 GHz 각각 안테나를 2개씩 쓰는 경우가 많다.
통신사 쪽에서도 Wi-Fi 4 규격을 이용한 Wi-Fi를 서비스할 당시에 안테나를 두 개 사용하여 링크 속도를 5 GHz 2x2 구성을 통해 300 Mbps로 송출하였다.
| 최고 속도[6] | ||
| 20 MHz | 40 MHz | |
| 1x1 | 72(40~60) Mbps | 150(80~130) Mbps |
| 2x2 | 144(60~120) Mbps | 300(120~260) Mbps |
| 3x3 | 217(90~180) Mbps | 450(180~390) Mbps |
| 4x4 | 289(135~240) Mbps | 600(270~520) Mbps |
[1] 기가비트 이더넷은 Wi-Fi 6/6E 2Tx-2Rx 환경에서야 안정적으로 제 속도로 송출 가능하다.[2] 심지어 윈도우 노트북에서도 일부 인텔 랜카드는 설정을 별도로 변경해야 채널 본딩이 적용된다. #1 #2[3] 2.4GHz 대역 기준, 안드로이드나 애플 기기에서는 공유기의 채널 본딩 사용 여부와 관계없이 최대 링크 속도가 72(1Tx-1Rx)/144Mbps(2Tx-2Rx)로 나온다. 반면 윈도우에서는 채널 본딩을 사용한 경우 최대 링크 속도가 150(1Tx-1Rx)/300Mbps(2Tx-2Rx)로 나온다.[4] 다만 이는 의도적인 것으로 로우엔드 AP라도 5 GHz 주파수를 하드웨어적으로는 지원하나 안테나나 SW 등으로 제약을 걸어 급나누기를 한 것이다.[5] 일부 초창기 802.11n 지원 스마트폰은 전력 소모 절감이나 급나누기를 위해서인지 링크속도가 최대 65Mbps로 제한된 경우도 있었다.[6] 소수 첫째 자리에서 반올림. 괄호 밖은 링크(이론상), 괄호 안은 실제 속도