빔포밍¶
규격 · 개정판
802.11n: 명시적·암시적 빔포밍 (여러 피드백 방식, 상호 운용성 부족) → 802.11ac: NDP 사운딩 + 압축 빔포밍 피드백으로 통일 (Clause 10, 19, 21) → 802.11ax/be: 트리거 기반 사운딩 (Clause 26/27, 802.11be Clause 35/36)
한눈에 보기
빔포밍은 여러 안테나에서 보내는 신호의 위상과 크기를 조절해, 받는 사람 위치에서 신호가 서로 보강되게 만드는 기술입니다. 손전등의 초점을 좁혀 멀리 비추는 것과 비슷합니다.
문제는 AP가 "어떻게 조절해야 보강되는지" 알려면 채널 정보가 필요하다는 것입니다. Wi-Fi 5부터 AP는 이렇게 알아냅니다.
- AP가 데이터 없는 시험 패킷(NDP)을 보냄
- 단말이 그 패킷으로 채널을 측정해, 압축한 빔포밍 보고서를 AP에 돌려줌
- AP가 보고서로 조향 행렬을 계산해 다음 데이터 전송에 적용
이 과정을 **사운딩(sounding)**이라고 하고, 여러 단말에게 동시에 빔을 나눠 보내는 MU-MIMO도 같은 정보를 씁니다.
빔포밍 방식¶
| 방식 | 채널 정보 얻는 법 | Wi-Fi에서 |
|---|---|---|
| 명시적 (explicit) | 수신 측이 측정해 피드백 | 11ac 이후 표준 방식 (압축 V 행렬 피드백) |
| 암시적 (implicit) | 역방향 신호로 송신 측이 직접 추정 (채널 상호성 가정) | 11n에 정의, RF 보정 필요로 거의 쓰이지 않음 |
| 비표준 / 안테나 선택 | 칩셋 고유 알고리즘 | 일부 제품 ("universal beamforming" 등) |
사운딩 교환 (11ac SU)¶
sequenceDiagram
participant AP as AP (Beamformer)
participant STA as STA (Beamformee)
AP->>STA: NDP Announcement (누구에게, 어떤 피드백)
Note over AP,STA: SIFS
AP->>STA: NDP (VHT-LTF만 있는 PPDU)
Note over STA: 채널 H 측정 → SVD → V 행렬 각도로 압축
Note over AP,STA: SIFS
STA->>AP: VHT Compressed Beamforming 프레임
Note over AP: 조향 행렬 Q 계산 → 다음 데이터에 적용| 피드백 항목 | 내용 |
|---|---|
| V 행렬 (압축) | 각 부반송파 그룹의 조향 벡터를 Givens 회전 각도 φ, ψ로 표현 |
| 평균 SNR | 공간 스트림별 SNR |
| 부반송파 그룹핑 Ng | 1, 2, 4 (11ac) / 4, 16 (11ax) — 클수록 보고서가 작음 |
| 코드북 크기 | 각도 양자화 비트 수 (예: SU φ 4비트/ψ 2비트 또는 6/4비트) |
| MU 전용 (11ac/ax) | 부반송파별 델타 SNR (MU 간섭 계산용) |
전문가 노트 — 압축 피드백과 오버헤드
Givens 분해. 수신 측은 \(\mathbf{H}_k = \mathbf{U}\boldsymbol{\Sigma}\mathbf{V}^H\)의 \(\mathbf{V}\) 앞 \(N_c\)열을 구하고, 각 열의 위상을 정규화한 뒤 Givens 회전 각도로 분해합니다. \(N_r \times N_c\) 행렬(\(N_c < N_r\))에서 각도 개수는 \(N_a = N_c(2N_r - N_c - 1)\)로, 4×2이면 10개, 8×2이면 26개입니다.
오버헤드 감각. 80 MHz(11ac, 234 데이터 톤), Ng = 4, 4×2, MU 코드북(φ 9비트, ψ 7비트)이면 피드백 부반송파가 62개, 각도 10개(φ·ψ 5쌍, 쌍당 16비트)이므로 약 62 × 5 × 16 ≈ 5 kbit에 SNR 필드가 더해집니다. 이 보고서를 단말 여러 대가 수십 ms마다 보내야 하므로, MU-MIMO 이득의 상당 부분을 사운딩 오버헤드가 깎습니다. 11ax의 트리거 기반 사운딩(BFRP Trigger로 여러 STA가 HE TB PPDU로 동시에 보고)이 이것을 줄입니다.
채널 낡음. 사운딩 후 채널이 바뀌면 조향 행렬이 맞지 않아 MU 간섭이 생깁니다. 사람이 걷는 정도의 실내 변화에서도 수십–수백 ms면 성능이 떨어지므로, AP는 MU 그룹별로 사운딩 주기를 조절합니다.
802.11bn의 협력 빔포밍(CBF). 이웃 AP가 서로의 단말 방향으로 널(null)을 형성하는 Multi-AP 협력 방식이 논의되고 있습니다. Multi-AP 조정과 Wi-Fi 8을 참고하세요.