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무선랜 용어 3탄

가슴뛰는남자 2024. 5. 13. 21:14

무선랜 LAN 정의

무선 LAN 안테나는 무선 근거리 통신망(LAN)에서 무선 주파수 신호를 송수신하는 데
사용되는 장치입니다.

이러한 안테나는 라우터, 액세스 포인트와 같은 장치와 노트북, 스마트폰, 태블릿과 같은
클라이언트 장치 간의 무선 연결 범위를 확장하고 품질을 향상하는 데 도움이 되므로
무선 네트워킹 설정에서 중요한 구성 요소입니다.

무선 LAN 안테나에 대한 몇 가지 핵심 사항은 다음과 같습니다.

유형: 무선 LAN 안테나에는 다음과 같은 여러 유형이 있습니다.

- 전방향 안테나: 이 안테나는 신호를 모든 방향으로 방사하여 360도 커버리지를 제공합니다.
- 지향성 안테나: 이 안테나는 신호를 특정 방향으로 집중시켜 해당 방향에서 더 높은 이득과 더 긴 범위를 제공합니다.
- Yagi 안테나: 여러 요소로 구성된 지향성 안테나로 높은 이득과 좁은 빔폭을 제공합니다.
- 패널 안테나: 특정 빔폭으로 신호를 방사하는 지향성 안테나로, 일반적으로 지점 간 또는 지점 간 연결에 사용됩니다.
- 이득: 안테나의 이득은 신호를 특정 방향으로 유도하거나 집중시키는 능력을 나타냅니다. 이득이 높은 안테나는 더 먼 거리에 걸쳐 신호를 전송할 수 있습니다.
- 주파수: 무선 LAN 안테나는 2.4GHz 또는 5 GHz와 같은 특정 주파수 대역 내에서 작동합니다. 일부 안테나는 두 주파수 대역 모두에서 작동하도록 설계되었습니다.
- 편파: 안테나에는 수직, 수평 또는 원형 편파가 있을 수 있습니다. 송신 안테나와 수신 안테나 간의 편파를 일치시키면 신호 강도가 향상되고 간섭이 줄어듭니다.
- 설치: 안테나는 요구 사항에 따라 실내 또는 실외에 장착할 수 있습니다. 실외 안테나는 무선 네트워크 범위를 확장하거나 지점 간 링크를 설정하는 데 자주 사용됩니다.
- 안테나 다양성: 일부 무선 장치는 다양성 수신을 위해 다중 안테나를 지원하므로 신호 페이딩을 완화하고 전반적인 신뢰성을 향상합니다.
- 커넥터 유형: 안테나는 일반적으로 무선 장치에 연결하기 위해 SMA, RP-SMA, N 유형 또는 TNC와 같은 커넥터를 사용합니다.

무선 LAN 안테나의 무선파 전파 송수신 특성을 자세히 계산하는 방법은 다음과 같습니다:

1.전방향 또는 방향성:
모든 방향으로 전파되는 안테나(전방향성)인지 또는 특정 방향으로 신호를 집중하는 안테나(방향성)인지 결정합니다.

2. 주파수:

무선 LAN이 작동하는 주파수 대역을 결정합니다(예: 2.4 GHz, 5 GHz).

3. 안테나 이득(dBi):

이득은 안테나가 신호를 증폭하는 정도를 나타냅니다. 보통 이득은 이소톱 비원에 대한 데시벨(dBi)로 지정됩니다.
전방향성 안테나의 경우, 일반적인 이득은 2 dBi에서 9 dBi까지입니다.
방향성 안테나는 6 dBi에서 20 dBi 이상의 이득을 가질 수 있습니다.

4. 극성:

안테나의 극성을 결정하십시오(수직, 수평 또는 원형). 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 극성을 일치시키세요.

5. 자유 공간 손실(FSPL):

FSPL은 무료 공간에서의 신호 감쇠를 계산하며 주파수와 거리에 따라 달라집니다.
FSPL = (4𝜋𝑑𝑓𝑐)2, 여기서:
- 𝑑 = 미터 단위의 거리
- 𝑓 = Hz 단위의 주파수
- 𝑐 = 광속 (약 3×108 미터/초)

6. 유효 이소톱 방사 전력(EIRP):

EIRP은 특정 방향으로 안테나가 방출하는 전력을 포함한 것입니다.
EIRP = 송신기 전력(dBm) + 안테나 이득(dBi)

7. 수신 신호 강도(RSSI):

RSSI는 수신된 신호의 전력 수준을 나타냅니다.
RSSI = EIRP - FSPL (다른 신호 강도를 영향을 주는 요소가 없다고 가정)

예시 계산:

시나리오: 2.4 GHz에서 송신하며, 5 dBi 이득을 가진 전방향성 안테나를 사용하고, 거리가 100 미터인 경우.
단계 1: FSPL 계산:
- 𝐹𝑆𝑃𝐿=(4𝜋×100×2.4×1093×108)2
- 𝐹𝑆𝑃𝐿≈121.47 dB
단계 2: EIRP 계산:
- 송신기 전력이 20 dBm이라고 가정하면: EIRP = 20 dBm + 5 dBi = 25 dBm
단계 3: RSSI 계산:
- RSSI = EIRP - FSPL = 25 dBm - 121.47 dB = -96.47 dBm

고려해야 할 요소:

장애물: 건물, 벽 및 다른 장애물이 신호를 약화시킬 수 있습니다.
다중 경로 간섭: 신호가 표면에서 반사되면서 간섭을 일으킬 수 있습니다.
노이즈: 환경 잡음이 신호 품질에 영향을 줄 수 있습니다.

고급 고려 사항:

링크 예산 분석: 신호에 영향을 주는 모든 요소를 고려한 포괄적인 분석.
안테나 방사 패턴: 정확한 신호 예측을 위해 안테나의 방사 패턴을 고려합니다.
안테나 효율성: 안테나 시스템의 손실을 고려합니다.

이러한 요소와 계산을 주의 깊게 고려하여, 무선 LAN 안테나 시스템의 송수신 특성을 예측할 수 있습니다.

무선 LAN 액세스 포인트(AP)의 무선 전력을 계산하는 방법은 다음과 같습니다.

1. AP의 전송 전력 파악:

먼저, 액세스 포인트(AP)가 전파하는 전력을 파악해야 합니다. 이는 일반적으로 데시벨 밀리와트(dBm)로 표시됩니다. 무선 장비 제조업체의 사양서나 관리자 설정 페이지에서 이 정보를 확인할 수 있습니다.

2. 안테나 이득 결정:

AP에 연결된 안테나의 이득을 결정해야 합니다. 이는 안테나가 신호를 집중하는 정도를 나타내며, 일반적으로 데시벨 이득(dBi)으로 표시됩니다.

3. 전력 계산:

AP의 전송 전력과 안테나의 이득을 합하여 유효 이소톱 방사 전력(EIRP)을 계산합니다. EIRP는 특정 방향으로 신호를 방출하는 총 전력입니다.

예시:

만약 AP가 20 dBm(100mW)의 전송 전력을 가지고 있고, 안테나의 이득이 5 dBi라면, EIRP는 25 dBm(316mW)이 됩니다.

고려할 점:

EIRP는 무선 LAN의 법규 준수를 위해 제한되는 경우가 있습니다. 일부 지역에서는 최대 EIRP가 정해져 있을 수 있습니다.
주변 환경이나 건물의 장애물, 다중 경로 간섭 등이 전송 전력에 영향을 줄 수 있습니다.

무선 LAN 액세스 포인트(AP)의 무선 전력을 계산하는 것은 이렇게 간단합니다. 이를 통해 무선 네트워크의 범위와 성능을 효과적으로 계획하고 최적화할 수 있습니다.

무선 LAN에서 사용되는 전력은 주로 밀리와트(mW) 또는 데시벨 밀리와트(dBm)로 표시됩니다.

이 두 가지 단위 사이에는 변환 관계가 있으며, 이를 자세히 설명하겠습니다.

1. 밀리와트(mW):

밀리와트(mW)는 전력의 절대적인 단위로, 전송되는 실제 전력을 나타냅니다.

2. 데시벨 밀리와트(dBm):

데시벨 밀리와트(dBm)는 전력의 상대적인 단위이며, 1 밀리와트(mW)를 0 dBm으로 정의합니다.
데시벨(dB)은 로그 스케일로 표현되며, 10배 수의 로그입니다. 따라서 3 dB는 전력이 2배로 증가한다는 것을 의미합니다.

변환 공식:

밀리와트(mW)를 데시벨 밀리와트(dBm)로 변환하려면 다음 공식을 사용합니다: dBm=10×log⁡10(mW)
반대로, 데시벨 밀리와트(dBm)를 밀리와트(mW)로 변환하려면 다음 공식을 사용합니다: mW=10(dBm10)

예시:

1 밀리와트(mW)는 0 dBm입니다.
10 밀리와트(mW)는 10 dBm입니다.
100 밀리와트(mW)는 20 dBm입니다.

무선 LAN에서의 활용:

무선 LAN 장비의 전송 전력은 주로 데시벨 밀리와트(dBm)로 표시됩니다.
AP(AP)나 라우터 등의 무선 장비에서 전송 전력을 설정할 때 dBm 단위를 사용합니다.
주파수와 거리에 따라 전력 강도를 조정하여 무선 네트워크의 범위와 신호 강도를 최적화할 수 있습니다.

이렇게 데시벨 밀리와트(dBm)와 밀리와트(mW) 사이의 변환을 통해, 무선 LAN에서 사용되는 전력을 정확하게 이해하고 측정할 수 있습니다.

[읽는방법]

dB (decibel)

dBm (dB milliWatt)

dBi (dB isotropic)

dBd (dB dipole)

EIRP (Effective Isotopic Radiated Power)

dBm 이란 두 전력값간의 비를 1mW를 기준으로 dB단위로 표현값으로 10 x log(P2/P1)의 형태로 표현합니다..

일반적으로 0dBm은 50옴 또는 75옴부하에서 1mW가 되는 전력값, 즉 전력간의 비가 1일때를 의미합니다..

(참고로, 와트(W)는 1볼트의 전압으로 1암페어의 전류를 통할때 가해지는 전력을 나타낸다)

만일 1W의 전력을 dBm으로 나타낸다면 10 x log(1W/1mW) = 10xlog(10^3) = 30dBm이 됩니다..

버팔로 AP의 기본출력은 32mW이며, 이것을 dBm으로 표시하면 아래와 같습니다..

10 x log(32mW/1mW) = 10 x log(2^5) = 50 x log2 = 15dBm

(참고로, IEEE 802.11b 무선랜은 일반적으로 벤더와 상관없이 Output Power는 +15dBm(32mW)정도가 된다. 또한 RX sensitivity(Receive sensitivity=수신감도)최저치를 -83dBm으로 보면된다. 이수치는 노이즈와는 상관없는 순수한 신호레벨의 수치이다. 아래내용을 읽어보면 이수치의 의미를 알게될것이다.)

0.0000000001mW = -100dBm

0.000001mW = -60dBm

0.00001mW = -50dBm

0.0001mW = -40dBm

0.001mW = -30dBm

0.01mW = -20dBm

0.1mW = -10dBm

1mW = 0dBm = 10 * log (1mW)
10mW = 10dBm
32mW = 15dBm (버팔로 AP)

100mW = 20dBm

125mW = 21dBm

250mW = 24dBm

500mW = 27dBm (WLE-MYG의 Output Power)

1000mW = 30dBm (WLE-NDR의 Output Power)

10000mW = 40dBm (버팔로 외장형 안테나, WLE-HG-NDR, WLE-HG-DYG)

(로그함수를 생각해보면되고, 1mW보다 훨씬 작은값이어서 - 붙는다)

실제로 수치를 통해서 수신감도가 좋다, 나쁘다를 보다 정확하게 알아보자.

보통 수신측 감도는 신호대잡음비의 데시벨차가 20dB이상 되어야 하고, 그때서야 비로로 신호를 청취할수 있다.

무선신호의 감도는 시끄러운 장소에서 주변사람들이 말하는 의미를 알아들수있는지와 비교된다.

즉, 심한 소음이 발생되는 공간에서 사람의 목소리를 알아들을수 없다면, 주변소음과 사람의 말소리데시벨이 거의 비슷하기 때문이다.

간단히 기계소리도 요란하면, 옆에서 아무리 크게 말해도 상쇄되어버리기 때문이다.

만일, 주변소음이 거의 없는 -80dBm이고, 마이크로 말하는 사람의 목소리 데시벨이 -5dBm이라면

그차이는 20데시벨 이상인 75dBm가 되기때문에, 선명하게 잘 들리게 되는것이다.

20dBm이란 기준치는 일반적으로 통용되는 값이고, 제조회사나 제품에 따라 약간의 차이는 있을수 있다.

무선신호감도도 마찬가지로 측정이 가능하다.

위 그림에서 Noise-레벨은 모두 0.0000000001mW = -100dBm으로 최저값으로 표현되었는데, 이값의 의미는 주변에 어떠한 무선신호도없는 상태였을때의 노이즈 레벨을 표현한 것이다. 무선신호가 없었을 경우, 노이즈의 레벨은 거의 "Zero"에 가깝다고 보면된다.

즉, 어떠한방해도 없는 상태라고 보면된다.

기본적인 간섭영향을 받는 경우 Noise-의 값은 달라진다.

이때 측정되고 있는 최고 신호레벨(Signal+)을 보면,

-89dBm, -57dBm, -55dBm, -39dBm, -14dBm의 수치를 보여준다.

즉, -89dBm보다 -14dBm이 훨씬 높은 출력을 보인다. 당연히 -14dBm으로 측정된 AP로의 신호감도는 좋을것이다.

위에서 언급한 신호대잡음비의 SNR은 약 20dBm 이상이어야 청취가 가능하다고 했다.

링크시스의 경우, 신호레벨 - 잡음레벨 = -89 - (-100) = 11dBm (20dBm이하로 청취불가, 신호상태안좋음)

WLA-L11G의 경우 SNR = -14 - (-100) = 86dBm (20dBm 이상으로 청취가능, 신호양호

넷스텀블러를 통해 신호감도가 좋고 나쁨을 확연히 알수 있으며, 각 그래프가 의미하는 바를 알수 있을 것이다.

녹색부분은 신호레벨, 빨간색부분은 노이즈레벨을 의미하며, 이 두레벨의차(SNR)가 20dBm이상일때 신호상태 양호라고 할수 있겠다.

참고로, 링크시스 AP가 클라이언트 PC에서 훨씬 멀리 위치해 있기 때문에 상대적으로 SNR이 작게 나왔다.

수신감도는 SNR의 값으로 직관적으로 알수으며, 보통 Receive sensitivity라고 표현하며,

Transmission rate에 따라 그값은 다르게 나타난다.

전송율	1Mbps	2Mbps	5.5Mbps	11Mbps
A벤더의 카드	-96	-95	-93	-91
B벤더의 카드	-93	-91	-89	-87

즉, A보다는 B장비가 각 전송률에서 우수한 수신감도를 보여준다. 당연히 B벤더의 카드로 연결할 경우,

네트워크의 속도도 증가하게 된다.

다시한번 정리하면,

dBm단위에서 0 dBm은 1mW에 해당한다.

ㅇ100 mW = 20 dBm

ㅇ1000 mW (i.e., 1 W) = 30 dBm

ㅇ1mW 이하의 수치는 마이너스로 표현한다. 0.01 mW = -20 dBm

안테나에서 사용되는 dBi, dBd, EIRP의 용어를 살펴보자.

dBi는 등방성 안테나의 이득을 나타낼때 사용되는데, 등방성 안테나(isotropin antenna)는 사방으로 전력이 똑같이 나가는 안테나를 말한다. 이와 비교대상이 되는 dBd는 Diploe안테나의 게인을 계산할때 사용된다.

Diploe안테나는 등방성 안테나가 아니며, 기본적으로 2.15dB를 더하면 dBi수치로 환산할수있다.

즉, dBi보다 2.15dB낮은 값이된다.

예를들어, 5dBd의 게인을 가지고 있는 옴니안테나가 있다면,

5dBd + 2.15dB = 7.15 dBi gain 이 된다.

(0dBd = 2.15dBi, 0dBi = -2.15dBd)

EIRP (Effective Isotopic Radiated Power )

EIRP는 dBi와 dBm의 합으로 계산된다.

안테나게인이 12dBi이고, Power가 15dBm이라면,

12dBi + 15dBm = 27dBm (500mW=0.5W)

버팔로 안테나의 경우는 아래와 같다.

WLE-HG-DYG : 14dBi + 10W(40dBm) = 54dBm

WLE-HG-NDC : 7dBi + 10W(40dBm) = 47dBm

WLE-MYG : 6.0(4.5)dBi + 500mW(27dBm) = 33dBm(31.5dBm)

WLE-NDR : 2.5dBi + 1000mW(30dBm) = 32.5dBm

<출처:https://m.blog.naver.com/lychl/150022359053>