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[데이터통신] 매체

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By 정승우
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서론

이번에는 L1 계층에서의 매체에 대해 알아봅시다.

유선

이더넷 케이블: UTP, STP(차폐 유무)

규격: Cat5e, 6, 6a등 존재.

매체 접근방식: CSMA/CD (Ethernet에서 사용): 충돌 발생 시 탐지하고 재전송하는 방식 (현재는 스위치 기반이라 충돌 거의 없음)

안의 선 구조: 쌍을 꼼, 꼬면, 외부 간섭, 상호 간섭이 감소함.

동축 케이블은 안에 중심 도체가 있는 구조입니다.

광케이블은 멀티 모드와 싱글 모드로 나뉘고, 싱글 모드에서도 grade와 step index로 나뉩니다.

장거리/고속 전송용은 싱글 모드(SMF)로 한 경로로만 빛이 전달됩니다.

멀티 모드(MMF)는 여러 경로로 빛이 퍼져 짧은 거리 고속 전송에 적합합니다.

grade는 코어 클래딩 사이 굴절률 변화인데, grade는 완만하고

step은 급격합니다. step이 제작이 쉽습니다. 성능은 grade가 좋습니다.

무선

안테나가 물리계층, 입출력 장치이다.

주파수 송수신부 - 아날로그 신호 처리단, 즉 입/출력 받은 것을 RF 처리한다.

이후에 이를 이용해 Digital/Analog 신호 처리를 한다.

RF

Radio?

Radio = Wireless

RF의 방식으로 고주파수를 많이 활용하늗네, 주파수가 높으면 파장이 짧다.

따라서 설계가 어렵다.

왜 고주파수를 활용을 할까? 주파수는 제한되어있기 때문이다.

이미 선점 주자들이 존재하여, 더 높은 주파수를 이용할 수 밖에 없다.

라디오 .. 티비 .. 이동통신.. 점점 고주파수가 올라간다.

이러한 신포들은 공기 중을 통해 전파로 전달된다.

Microwave

마이크로파(Microwave)는 RF 대역 중 GHz 단위의 고주파수를 의미하며, 다음과 같은 특정 밴드로 나뉜다:

  • C band: 약 4~8 GHz
    • 위성 통신, 레이더 등에 사용
  • X band: 약 8~12 GHz
    • 군용 레이더 및 위성 통신에 사용

정리하면, 무선과 고주파를 통신하기 위한 학문이 RF 공학이다.

이동통신망

이동통신망은 코어네트워크 + 액세스 네트워크가 결합된 형태이다.

액세스 네트워크

  • 사용자가 기지국을 통해 네트워크에 접속하는 구간입니다.
  • 보통 전파를 이용해 단말기와 무선 연결을 수행합니다.

코어 네트워크

  • 지능적인 제어 역할을 수행한다
  • 인터넷, 음성망 등의 연결 및 관문 역할

주파수 재활용

  • 주파수 자원은 한정되어있으므로, 서로 떨어진 셀에서는 동일한 주파수를 다시 사용할 수 있다.
  • 간섭을 줄이기 위해 셀간 거리 유지가 필요하다.

Wifi

Wi-Fi는 Wireless Fidelity의 약자로, 무선 LAN (WLAN) 기술의 브랜드 이름이다.

Wi-Fi 표준 비교

| 세대 | IEEE 표준 | 출시연도 | 주파수 대역 | 최대 속도 | 특징 | |——|————|———-|————–|————|——–| | Wi-Fi 4 | 802.11n | 2007 | 2.4GHz / 5GHz | 600 Mbps | MIMO 최초 도입 | | Wi-Fi 5 | 802.11ac | 2013 | 5GHz | 1.3 Gbps+ | 고속 전송, OFDM | | Wi-Fi 6 | 802.11ax | 2019 | 2.4 / 5GHz | 9.6 Gbps | OFDMA, MU-MIMO | | Wi-Fi 6E | 802.11ax | 2021 | 6GHz 추가 | 10 Gbps+ | 6GHz 대역 확장 | | Wi-Fi 7 | 802.11be | 2024 | 2.4 / 5 / 6GHz | 46 Gbps | 4096-QAM, 320MHz 채널폭 | | Wi-Fi 8 (예정) | 802.11bn | 2028 | 2.4 / 5 / 6 / mmWave | 100 Gbps+ | 초고속, 다중 연결 최적화 | ** 주요 기술 요소**

기술 요소설명
OFDMA다수 사용자에게 자원을 효율적으로 할당하는 다중 접속 방식
MU-MIMO여러 사용자에게 동시에 다중 스트림 제공
QAM변조 방식 (64-QAM → 1024-QAM → 4096-QAM 등), 수치가 클수록 고속
채널 폭더 넓은 주파수 대역을 한 번에 사용 (20/40/80/160/320MHz)
Duplex반이중(half) 통신 → 향후 전이중(full) 통신 전환 시도 중

블루투스

2.4GHZ 사용 근거리 무선통신 기술이다.

주로 장치 간 데이터 전송, 오디오 송수신, 위치 추적 등 다양한 응용에 활용된다.

FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)가 뭐임??

  • 블루투스는 FHSS 방식을 사용
  • 79개 채널을 빠르게 수백 회/초 빈번하게 전환하며 주파수 이동 → 간섭에 강함
  • 보안성, 신뢰성 향상

위치 기반 기술 응용 블루투스는 위치 추적 및 공간 인식에도 활용된다:

RSSI (Received Signal Strength Indicator)

  • 수신 신호 세기의 세기를 기반으로 거리 추정
  • 근접 탐지, 간단한 위치 인식, 출입 인증 등에 활용

비콘 (Beacon)

  • PoI(Point of Interest) 기반의 블루투스 소형 전송기
  • 주변 기기에 주기적으로 ID 신호 전송
  • 스마트폰 앱과 연동하여 위치 알림, 마케팅, 자동 안내 제공

RTLS (Real-Time Locating System)

  • 실시간 위치 추적 시스템
  • BLE 신호의 RSSI 값을 이용하여 단말의 위치를 실시간으로 추정
  • 공장, 병원, 창고 등의 사물 및 사람 위치 추적에 활용
  • 다수의 수신기로 삼각측량 방식 등 사용

Zigbee

Zigbee는 소형, 저전력, 근거리 통신을 위한 무선 네트워크 프로토콜이다.

주로 웨어러블 기기, 센서 네트워크, IoT 기기 등에 사용된다.

정리

위 내용을 표로 정리하면 다음과 같습니다.

기술주파수 범위주요 용도주요 특징
Wi-Fi2.4GHz / 5GHz / 6GHz무선 인터넷빠름, 실내용, 중거리
Bluetooth2.4GHz무선 이어폰, 키보드저전력, 근거리
Zigbee2.4GHz 등스마트홈, 센서매우 저전력, 메시 네트워크
NFC13.56MHz교통카드, 결제아주 근거리 (10cm 이내)
셀룰러 (4G, 5G)수백 MHz ~ GHz휴대폰, 차량통신장거리, 전국망
LoRa, NB-IoT수십 ~ 수백 MHzIoT 센서초저속, 장거리, 저전력
위성통신GHz대역해양, 군사, 오지넓은 범위, 고비용
적외선(IR)수백 THz리모컨, 센서직선성, 장애물에 약함
CS, 데이터통신
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