무선 전파와 실내 채널¶
규격 · 참고
IEEE 802.11 TGn 채널 모델 문서 (11-03/0940, 모델 A–F) · TGac/TGax 채널·시나리오 모델 (11-09/0308, 11-14/0980) 표준 본문에는 채널 모델이 없고, 성능 평가용 별도 문서로 정의
한눈에 보기
Wi-Fi 신호는 AP에서 출발해 멀어질수록, 벽을 지날수록 약해지고, 벽·천장·가구에 반사된 여러 사본이 조금씩 늦게 도착합니다.
- 경로 손실: 거리가 2배가 되면 자유 공간에서 신호는 1/4(−6 dB)로 줄어듭니다. 주파수가 높을수록 같은 거리에서 더 약합니다(2.4 GHz보다 6 GHz가 약 8.5 dB 불리).
- 투과 손실: 석고 벽은 몇 dB, 콘크리트 벽은 10–20 dB 이상 깎습니다. 실내 커버리지는 거리보다 벽 개수로 결정되는 경우가 많습니다.
- 다중 경로: 반사파가 겹치면서 어떤 주파수는 더해지고 어떤 주파수는 상쇄됩니다(주파수 선택적 페이딩). OFDM과 GI가 이것을 다루기 위한 장치입니다.
- 실내는 지연 확산이 작습니다: 반사 경로의 길이 차이가 수십 m 이하라 지연 차이는 수십–수백 ns입니다. 그래서 Wi-Fi의 GI(0.8 µs)는 셀룰러의 CP(약 4.7 µs)보다 훨씬 짧습니다.
링크 버짓¶
수신 신호 세기는 송신 출력 + 안테나 이득 − 경로 손실 − 기타 손실입니다. 단위를 dB로 쓰면 덧셈·뺄셈으로 계산할 수 있습니다.
| 항목 | 일반적인 값 | 비고 |
|---|---|---|
| AP 송신 출력 (전도) | 17–23 dBm | 대역·국가 규제(EIRP 한도)와 MCS에 따라 다름 |
| 단말 송신 출력 | 12–18 dBm | 배터리·SAR 때문에 AP보다 낮음 → 상향이 먼저 끊김 |
| 안테나 이득 | 2–5 dBi | 내장 안테나는 0 dBi 근처 |
| 자유 공간 손실 (5.5 GHz) | 1 m에서 47 dB, 10 m에서 67 dB | 아래 그림 참조 |
| 벽 1개 | 석고 3–5 dB, 벽돌 6–12 dB, 콘크리트 10–20 dB | 주파수가 높을수록 커짐 |
| 잡음 바닥 (20 MHz) | 약 −101 dBm + 잡음 지수(5–7 dB) ≈ −95 dBm | 대역폭 2배 → +3 dB |
RSSI와 SNR 감각¶
| 수신 신호 (20 MHz) | SNR (잡음 −95 dBm 가정) | 가능한 MCS (대략) |
|---|---|---|
| −50 dBm 이상 | 45 dB 이상 | 4096-QAM (11be MCS 12–13) |
| −60 dBm | 35 dB | 1024-QAM (11ax MCS 10–11) |
| −67 dBm | 28 dB | 256-QAM — 음성·영상 서비스 설계 기준으로 흔히 쓰는 값 |
| −75 dBm | 20 dB | 64-QAM |
| −82 dBm | 13 dB | 16-QAM / QPSK, 20 MHz 프리앰블 감지 한계 근처 |
| −90 dBm | 5 dB | MCS 0 (BPSK 1/2) 근처 |
표의 MCS는 감을 잡기 위한 대략값입니다. 실제는 칩셋의 잡음 지수, 채널 폭, 공간 스트림 수, 간섭에 따라 다릅니다. 표준이 정한 최소 수신 감도는 MCS와 전송률에 있습니다.
다중 경로와 지연 확산¶
반사파들이 도착하는 시간의 퍼짐을 **지연 확산(delay spread)**이라고 합니다. RMS 지연 확산이 클수록 주파수 선택적 페이딩이 심해지고, 심볼 간 간섭을 막기 위한 GI가 길어야 합니다.
| TGn 모델 | 환경 | RMS 지연 확산 |
|---|---|---|
| A | 평탄 페이딩 (시험용) | 0 ns |
| B | 주거 공간 | 15 ns |
| C | 작은 사무실 | 30 ns |
| D | 일반 사무실 | 50 ns |
| E | 큰 사무실 | 100 ns |
| F | 큰 공간 (실내외) | 150 ns |
코히어런스 대역폭은 대략 \(1/(5 \cdot \tau_{rms})\)입니다. 50 ns면 약 4 MHz로, 20 MHz 채널 안에서도 페이딩이 여러 번 오르내립니다. 그래서 Wi-Fi는 부반송파마다 채널을 추정하고, 부호화로 페이딩된 부반송파의 비트를 복구합니다.
실내 채널의 시간 변화¶
| 요인 | 크기 | 영향 |
|---|---|---|
| 사람 보행 (1 m/s, 5 GHz) | 최대 도플러 약 17 Hz | 코히어런스 시간 수십 ms → 패킷 하나(수 ms) 안에서는 거의 고정 |
| 선풍기·사람 몸 움직임 | 수 Hz | 빔포밍 행렬이 수십–수백 ms마다 낡음 → 사운딩 주기 결정 |
| 문 열고 닫기 | 순간 변화 | 레이트 적응이 따라가야 함 |
Wi-Fi는 패킷마다 프리앰블의 LTF로 채널을 새로 추정하므로 느린 변화에는 강하지만, 긴 PPDU(수 ms)에서는 중간에 채널이 바뀔 수 있습니다. 11ax가 midamble(데이터 중간에 LTF 삽입)을 도입한 이유입니다.
전문가 노트 — 모델과 수식
자유 공간 경로 손실 (Friis).
TGn 경로 손실 모델. 중단점 거리 \(d_{BP}\)까지는 자유 공간(기울기 2), 그 뒤로는 기울기 3.5를 씁니다. 모델 B는 \(d_{BP}\) = 5 m, D는 10 m, F는 30 m입니다. 즉 사무실에서는 10 m 이후로 거리 10배당 35 dB씩 손실됩니다.
열잡음. \(N = -174\ \text{dBm/Hz} + 10\log_{10} B + NF\). 20 MHz는 −101 dBm, 320 MHz는 −89 dBm입니다(잡음 지수 제외). 대역폭을 16배 넓히면 잡음이 12 dB 늘어나므로, 같은 송신 전력에서는 넓은 채널이 셀 가장자리에서 오히려 불리합니다. 이것이 11ax의 OFDMA 소형 RU와 11ax/be의 전력 스펙트럼 밀도(PSD) 규제 문제를 이해하는 출발점입니다.
TGn 모델의 군집(cluster) 구조. 모델 B–F는 Saleh-Valenzuela 계열로, 경로들이 2–6개 군집으로 도착하고 각 군집에 도래각(AoA)·출발각(AoD) 분포가 있습니다. MIMO 상관(correlation)과 빔포밍 이득은 이 각도 퍼짐에서 나옵니다. TGac는 이를 더 넓은 대역폭(80/160 MHz)과 MU-MIMO용으로 확장했습니다.