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Wi-Fi 7은 무엇일까요? - Part 2
안녕하세요! 오늘은 지난 Wi-Fi 7은 무엇일까요?의 2탄으로 Wi-Fi 7에 대한 Physical Layer에 대해 알아보도록 하겠습니다.
혹시 Wi-Fi 7은 무엇일까요? - Part 1을 아직 읽어보지 않으셨다면, 아래 링크에서 "Wi-Fi 7은 무엇일까요? - Part 1"을 먼저 읽어 보시면 Wi-Fi 7을 이해하시는 데 더 도움이 될 수 있으니 참조 부탁드립니다.
Wi-Fi 7은 무엇일까요? - Part 1
Wi-Fi 7은 무엇일까요? - Part 1안녕하세요! 오늘은 IEEE의 새로운 Wi-Fi 규격인 Wi-Fi 7에 대해 알아보도록 하겠습니다. IEEE 802.11 Working Group(이하 워킹 그룹)은 Wi-Fi 기술을 뒷받침하는 WLAN(Wireless Local
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그럼, 지금부터 Wi-Fi 7의 Physical Layer를 5개의 소주제로 나누어 살펴보도록 하겠습니다.
1. 새로운 Resource Units과 Tone에 대한 계획
IEEE 802.11ax(HE)는 IEEE 802.11에 OFDMA를 도입했으며 사용자에게는 26, 52, 106, 242, 484 or 996 tone 크기의 Resource Unit(RU)이 할당되었습니다. 20MHz 및 40MHz PPDU에 대한 EHT tone 계획 및 RU의 위치는 IEEE802.11ax 20MHz 및 40MHz PPDU와 동일합니다. 그러나, IEEE 802.11be(EHT) 80MHz PPDU에 대한 RU와 톤 위치는 HE와 조금 다릅니다. EHT에서 tone 계획을 개발할 때 초점은 스펙트럼을 최대한 효율적으로 사용하는 것이었습니다. 데이터 전송에는 가능한 한 많은 Subcarriers(부반송파)가 사용되는데, 예를 들어 Middle RU는 DC에 걸쳐 정의되었으며, 두 개의 242 tone RU 사이에는 Null Carrier가 사용되지 않습니다.
설계 결과에 따라 242 tone RU는 20MHz 하위 채널 경계와 정렬되지 않으며 중간의 26 tone RU는 2개의 20MHz 하위 대역에 속하며, 이는 Preamble puncturing에 대한 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어 puncturing된 20MHz 서브 채널이 인접한 RU의 tone을 puncturing하여 인접 채널 RU 성능 저하를 일으키는 경우입니다.
아래 그림에서는 20MHz 경계와 242 tone RU의 잘못된 정렬을 보여주고 있는데, puncturing된 20MHz 서브채널이 인접한 리소스 유닛의 부반송파에 영향을 미치는 두 가지 예를 보여주고 있습니다.
EHT에서는 HE에서 발생하는 80MHz tone plan의 문제를 그림 2와 같이 최소한의 변경을 통해 해결하고 있습니다. 여기서 최소한의 변경은 EHT에서 HE와 동일한 RU 크기를 사용할 수 있지만 중간 26 tone RU를 제거하고 242 tone RU를 20MHz 채널 경계에 맞추는 방식을 의미합니다.
2. Multiple resource units per user
IEEE 802.11be PHY의 대부분은 IEEE 802.11ax와 동일하거나 매유 유사하지만 IEEE 802.11be의 주요 차별화 요소는 단일 사용자에게 둘 이상의 resouorce unit을 할당하는 기능입니다. 사용자당 여러 RU를 할당하면 주파수 다양성을 활용하고 스펙트럼 내에서 리소스를 효율적으로 할당할 수 있는 유연성이 제공됩니다. 이러한 유연성의 단점은 가능한 모든 RU 조합을 설명하는 데 필요한 오버헤드가 증가한다는 것입니다. EHT는 가장 많은 이점을 제공하는 조합에 초점을 맞춰 결합할 수 있는 RU를 제한하는 규칙을 정의함으로써 이를 방지하고 있습니다.
규칙은 Small or Large size RU라는 EHT RU 분류를 기반으로 합니다. Small size RU는 20MHz 미만, 즉 26, 52, 106 tone RU 이고, Large size RU는 20MHz 이상, 즉 242 tone (20MHz), 484 tone (40MHz), 996 tone (80MHz) RU 입니다. 기억하실 부분은 Small size RU와 Large size RU는 MRU(Multi Resource Unit)에서 함께 사용되지 않는 다는 점이며, 따라서 MRU에는 두 개의 Small RU 또는 두 개의 Large RU가 포함됩니다.
MRU의 Small RU는 연속되어 있으며 20MHz 채널 경계 내에 있습니다. 또한, 26+26 / 52+52 / 106+106 tone MRU는 AP가 각각 단일 52/106/242 tone RU를 예약해야 하므로 허용되지 않습니다.
허용되는 Large size RU 조합은 단일 RU에서는 불가능한 대역폭을 달성하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 80MHz 채널에서 484+242 tone MRU를 사용하면 60MHz 대역폭이 생성됩니다. 그러나, 80MHz에서 484+484 tone MRU를 지원하면 80MHz 대역폭이 생성되지만, 이를 대신해 단일 996 tone RU를 사용해서도 사용할 수 있습니다. Small size RU와 달리 Large Size RU는 연속적일 필요가 없으며 지원되는 정확한 RU 위치는 EHT에서 정의한 puncture pattern에 따라 선택됩니다.
아래 그림에서는 52+26 / 106+26 / 484+242 tone MRU 조합을 녹색으로 보여주고 있습니다. 각 20MHz 세그먼트에는 하나의 106+26 tone MRU가 도입되어 8명의 사용자에 대해 스펙트럼을 활용하는 효율적인 방법을 제공하므로 사용자 1,4,5 및 8에는 106+26는tone MRU가 할당되고 사용자 2,3,6 및 7에는 단일 106 tone RU가 할당됩니다. 이 그림은 또한 펑처린된(punctured) 20MHz subchannel을 지원하는데 사용할 수 있는 4가지 가능한 Large size RU 조합인 482+242 tone MRU를 보여줍니다.
3. Preamble / Subchannel puncturing
IEEE 802.11은 다른 네트워크 및 기숧에서 활용할 수 있는 비면허 대역에서 작동하며, 새로 할당된 6GHz 대역에는 기존 사용자가 존재합니다. 따라서, IEEE 802.11 네트워크가 좋은 이웃으로 작동하고 이미 점유된 채널에 대한 간섭을 제한하는 것은 중요합니다. 또한, 동시에 스펙트럼을 최대한 효율적으로 사용하고 IEEE 802.11be (및 IEEE 802.11 ax)에 정의된 더 넓은 채널 대역폭을 활용하는 것이 중요합니다. 따라서 IEEE 802.11be (및 IEEE 802.11 ax)는 전송을 위해 넓은 대역폭 채널 (e.g. 160 MHz)을 활용할 수 있지만 이미 사용 중인 subchannel에 구멍(puncture)이 뚫릴 수 있으며, 이를 preamble puncturing (프리앰블 펑처링)이라고 합니다.
펑처링된 subchannel의 크기는 20MHz의 배수이므로 기존 preamble 대역폭과 일치하여 Legacy PHY와의 공존을 간단하게 합니다. 또한, 20MHz는 IEEE 802.11be의 CCA(Clear Channel Assessment) 대역폭입니다.
아래 그림은 AP-A의 80MHz PPDU 전송의 세 가지 시나리오 예를 보여주고 있습니다.
첫째, 다른 AP가 비활성화되어 있기 때문에 전체 80MHz를 전송에 사용할 수 있습니다.
둘째, AP-B가 두 번째 20MHz 채널에서 활성화되면 AP-A는 80MHz 채널의 기본 20MHz만 사용할 수 있습니다.
셋째, AP-A는 두 번째 20MHz 하위 채널이 사용 중임을 감지합니다. AP는 두 번째 하위 채널을 천공(puncturing)하고 첫 번째, 세 번 째 및 네 번 째 하위 채널에서 전송할 것임을 STA에 신호를 보내 가용 스펙트럼(60MHz)을 완전히 활용할 수 있도록 합니다.
신호 및 구현의 복잡성을 줄이기 위해 유한한 수의 천공(Puncturing) 패턴이 정의됩니다. OFDMA의 경우 X212, 1X12, 12X2, 121X, XX12, 12XX 및 1XX2 패턴이 80MHz 하위 블록별로 정의됩니다. 각 패턴 값은 20MHz 하위 채널을 나타내며, 'X'는 구멍이 뚫린 하위 채널을 나타내고 1,2는 콘텐츠 채널 번호(IEEE 802.11ax 콘텐츠 채널과 유사)를 타나냅니다. 주의할 점은 두 개의 하위 채널이 뚫린 경우에는 해당 채널은 인전해야 한다는 점입니다.
OFDMA가 아닌 경우 천공 패턴은 표 1 및 표 2와 같이 전송 대역폭에 따라 정의되며 천공(Puncturing)된 하위 채널은 'X'로 식별됩니다. 80MHz및 160MHz PPDU 대역폭에 대한 천공(Puncturing) 기준은 20MHz이고, 320MHz PPDU 대역폭에 대한 천공(Puncturing) 기준은 40MHz입니다. 표의 마지막 열에는 장치에 대한 puncture patten을 제공하는 데 사용되는 필드 값을 나타냅니다.
4. PPDU formats
IEEE 802.11은 PPDU(PHY layer Protocol Data Units)를 통해 데이터를 전송합니다. PPDU에는 전송될 데이터 앞에 추가된 프리앰블과 함께 프레임에서 전송될 데이터가 포함되어 있습니다. 프리앰블은 수신 목적(예: automatic gain control과 타이밍 동기화)으로 사용되며 수신기가 패킷을 복조하는 데 필요한 정보를 제공하는 여러 필드로 구성됩니다. 필드 이름은 표 3에 나열되어 있습니다.
EHT에서는 2개의 PPDU format이 정의됩니다.
- Multi-user PHY protocol data unit (EHT MU PPDU)
- Trigger based PHY protocol data unit (EHT TB PPDU)
EHT MU PPDU는 Single User 또는 Multiple user에게 전송될 수 있습니다. 관련 EHT-SIG 필드는 U-SIG와 함께 STA가 EHT MU 패킷을 이해하는 데 필요한 RU/MRU 할당 및 기타 정보를 제공합니다. MU PPDU가 여러 사용자에게 전송되는 경우 전송은 OFDMA 또는 MU-MIMO일 수 있습니다. OFDMA 전송에서 242톤 이상의 RU는 MU-MIMO를 사용하여 최대 8명의 사용자에게 RU를 보낼 수 있습니다.
AP는 트리거 프레임이라는 제어 프레임을 사용하여 리소스를 할당하고 하나 이상의 STA로부터 응답을 요청합니다. STA는 EHT TB PPDU를 사용하여 AP의 트리거에 응답합니다. EHT TB frame format은 EHT MU PPDU와 매우 유사하지만, TB PPDU에는 EHT-SIG preamble 필드가 포함되어 있지 않습니다. 또한, EHT-STF 필드는 업링크 전송의 성능과 신뢰성을 향상시키기 위해 EHT MU PPDU보다 길이가 2배 더 깁니다.
5. EHT preamble: design for the future
수년에 걸쳐 IEEE 802.11은 1999년에 발표된 IEEE 802.11a를 IEEE 802.11ax (2021년)로 PHY 계층을 발전시켰습니다. Preamble은 수신기가 전송된 데이터를 디코딩하는 데 필요한 MCS 등의 정보를 제공하는 데 사용되는 중요한 구성 요소입니다. 또한, 이전 PHY 버전과의 하위 호환성을 제공하는 데에도 사용됩니다. 그러나 preamble은 패킷의 PHY 버전을 직접 전달하지는 않습니다. 수신기가 PHY 버전을 암시적으로 확인할 수 있도록 auto detection(감지)/spoofing(스푸핑) 매커니즘이 정의되었습니다. IEEE 802.11에서는 PHY 수가 증가함에 따라 자동 감지 알고리즘이 더욱 복잡해졌습니다.
EHT는 U-SIG(Universal Signal Field)를 도입하여 이 문제를 해결합니다. U-SIG는 RL-SIG 바로 뒤에 오며 길이는 2-OFDM Symbol입니다. U-SIB는 EHT 및 향후 모든 IEEE 802.11 PHY에 존재하며 버전 독립 및 버전 종속 비트를 포함합니다. 버전 독립 비트는 U-SIG의 처음 20비트이며 EHT와 모든 향후 PHY에 대해 동일한 위치와 정의를 갖습니다. 표4에는 U-SIG의 독립 부분에 대한 내용이 나열되어 있습니다.
처음 3비트(비트 0~2)는 PHY 버전을 식별하는 데 사용되며, 이는 EHT 및 향후 IEEE 802.11 세대에 대한 자동 감지를 크게 단순화합니다. 다음 3비트는(비트 3~5)는 PPDU의 스펙트럼 점유(예: 80MHz 대역폭)을 나타냅니다. 7번째 비트(비트6)는 링크 방향(즉, 업링크 or 다운링크)을 나타냅니다. 다음 6비트(비트 7~12)는 BSS(Basic Service Set) Color를 통해 BSS를 식별하며, 7개의 TXOP 비트(비트 13~19)는 PPDU가 매체를 사용하는 기간에 대한 정보를 제공합니다. U-SIG 비트/필드 나머지(표에서는 설명되지 않음)는 PHY 버전 및 PPDU 유형에 따라 차이가 있습니다.
지금까지 IEEE의 새로운 규격인 IEEE 802.11 be의 Physical Layer에 대해 대해 살펴보았습니다. 내용이 다소 난해할 수 있지만, IEEE 802.11 be 또는 WiFi-7을 이해하기 위해서는 해당 내용에 대한 이해가 필요한 부분이니, 여러 차례 읽어보셔서 내용을 이해하시면 좋을 것 같습니다.
로데 슈바르즈에서는 Legacy Wi-Fi에 대한 솔루션으로 CMW500을 사용하여 AP/STA에 대한 테스트를 지원하고 있으며, 현재는 5G NR Communication Tester인 CMX500에서 Legacy Wi-Fi 뿐 아니라 IEEE의 신규 규격인 IEEE 802.11be에 대한 테스트를 지원하고 있습니다.
하기 동영상에서 로데 슈바르즈 CMX500의 Wi-Fi 7 데모 영상을 확인 할 수 있으니 잠깐 시간을 내시어 감상을 부탁드립니다.
마지막으로, Wi-Fi 7을 포함하여 Wi-Fi에 대한 솔루션이 필요하신 경우 언제든지 연락 부탁드립니다.
그럼, 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀
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