우선, 5G 통신과 오늘 이야기할 5GHz Wi-Fi는 서로 다르다는 점을 분명히 해야 합니다. 5G 통신은 5세대 이동통신망의 약자로, 주로 셀룰러 이동통신 기술을 의미합니다. 여기서 말하는 5G는 Wi-Fi 표준의 5GHz 대역을 가리키며, 이 대역을 사용하여 데이터를 전송하는 Wi-Fi 신호를 의미합니다.
현재 시중에 나와 있는 거의 모든 Wi-Fi 기기는 2.4GHz 대역을 지원하며, 고급 기기는 2.4GHz와 5GHz 대역 모두를 지원합니다. 이러한 광대역 라우터를 듀얼 밴드 무선 라우터라고 합니다.
아래 Wi-Fi 네트워크에서 2.4GHz와 5GHz에 대해 이야기해 보겠습니다.
와이파이 기술의 발전 역사는 20년에 걸쳐 있으며, 최초의 802.11b부터 802.11g, 802.11a, 802.11n을 거쳐 현재의 802.11ax(WiFi6)에 이르기까지 진화해 왔습니다.
와이파이 표준
WiFi는 무선 기술의 약자일 뿐입니다. 실제로 WiFi는 802.11 무선 근거리 통신망(LAN) 표준의 하위 집합입니다. 1997년 처음 등장한 이후 35개 이상의 다양한 버전이 개발되었으며, 그중 802.11a/b/g/n/ac는 가장 성숙한 6가지 버전입니다.
IEEE 802.11a
IEEE 802.11a는 기존 802.11 표준을 개정한 표준으로 1999년에 승인되었습니다. 802.11a 표준은 기존 표준과 동일한 핵심 프로토콜을 사용합니다. 동작 주파수는 5GHz이며, 52개의 직교 주파수 분할 다중화(FDM) 부반송파를 사용하고, 최대 원시 데이터 전송 속도는 54Mb/s로, 실제 네트워크의 중간 처리량 요구 사항(20Mb/s)을 충족합니다.
2.4G 주파수 대역의 혼잡이 심화됨에 따라 5G 주파수 대역의 사용은 802.11a의 중요한 개선점입니다. 그러나 몇 가지 문제점도 있습니다. 전송 거리가 802.11b/g에 비해 짧고, 이론적으로 5G 신호는 벽에 의해 차단되거나 흡수되기 쉬워 802.11a의 커버리지가 802.11b보다 좋지 않습니다. 또한 802.11a도 간섭을 받을 수 있지만, 주변에 간섭 신호가 많지 않기 때문에 일반적으로 처리량이 더 높습니다.
IEEE 802.11b
IEEE 802.11b는 무선 근거리 통신망(WLAN) 표준입니다. 2.4GHz의 캐리어 주파수를 사용하며, 1, 2, 5.5, 11Mbps의 다양한 전송 속도를 제공합니다. 간혹 Wi-Fi로 잘못 표기되는 경우가 있는데, Wi-Fi는 Wi-Fi Alliance의 상표입니다. 이 상표는 해당 상표를 사용하는 제품 간의 호환성만을 보장할 뿐, 표준 자체와는 아무런 관련이 없습니다. 2.4GHz ISM 주파수 대역에는 총 11개의 채널이 있으며, 대역폭은 22MHz이고, 이 채널들은 서로 중첩되는 11개의 주파수 대역으로 구성되어 있습니다. IEEE 802.11b의 후속 표준은 IEEE 802.11g입니다.
IEEE 802.11g
IEEE 802.11g는 2003년 7월에 통과되었습니다. 캐리어 주파수는 2.4GHz(802.11b와 동일)이며, 총 14개의 주파수 대역을 사용합니다. 초기 전송 속도는 54Mbit/s이며, 최종 전송 속도는 약 24.7Mbit/s(802.11a와 동일)입니다. 802.11g 장치는 802.11b와 하위 호환됩니다.
이후 일부 무선 라우터 제조업체들은 시장 요구에 부응하여 IEEE 802.11g 표준을 기반으로 새로운 표준을 개발했고, 이론적인 전송 속도를 108Mbit/s 또는 125Mbit/s까지 향상시켰습니다.
IEEE 802.11n
IEEE 802.11n은 IEEE가 2004년 1월에 구성한 새로운 워킹 그룹에서 802.11-2007을 기반으로 개발하여 2009년 9월에 공식 승인된 표준입니다. 이 표준은 MIMO를 지원하여 40MHz의 무선 대역폭을 허용하며, 이론상 최대 전송 속도는 600Mbit/s입니다. 또한, 알라무티가 제안한 시공간 블록 코드를 사용하여 데이터 전송 범위를 확장했습니다.
IEEE 802.11ac
IEEE 802.11ac는 개발 중인 802.11 무선 컴퓨터 네트워크 통신 표준으로, 무선 근거리 통신망(WLAN) 통신에 6GHz 주파수 대역(5GHz 주파수 대역이라고도 함)을 사용합니다. 이론적으로, 여러 스테이션이 연결된 무선 근거리 통신망(WLAN) 통신에는 최소 1기가비트/초의 대역폭을, 단일 연결 전송에는 최소 500메가비트/초의 대역폭을 제공할 수 있습니다.
이 규격은 802.11n에서 파생된 무선 인터페이스 개념을 채택하고 확장한 것으로, 더 넓은 RF 대역폭(최대 160MHz), 더 많은 MIMO 공간 스트림(8개로 증가), MU-MIMO, 그리고 고밀도 복조(변조, 최대 256QAM) 등을 포함합니다. IEEE 802.11n의 잠재적인 후속 규격입니다.
IEEE 802.11ax
2017년 브로드컴은 802.11ax 무선 칩을 출시하며 무선 기술 발전을 선도했습니다. 이전 기술인 802.11ad는 주로 60GHz 주파수 대역을 사용했기 때문에 전송 속도는 향상되었지만 커버리지가 제한적이었고, 802.11ac를 보완하는 기술로 자리매김했습니다. IEEE 공식 프로젝트에 따르면 802.11ac를 계승하는 6세대 Wi-Fi는 802.11ax이며, 이를 지원하는 공유 기기는 2018년부터 출시되었습니다.
2.4GHz와 5GHz의 차이점
1997년에 1세대 무선 전송 표준인 IEEE 802.11이 탄생하면서 전자레인지, 블루투스 기기 등 많은 전자 기기들이 일반적으로 2.4GHz 무선 주파수를 사용하게 되었고, 이로 인해 2.4GHz Wi-Fi 신호에 어느 정도 간섭이 발생하게 됩니다. 마치 마차, 자전거, 자동차가 동시에 도로를 주행할 때 자동차의 주행 속도가 자연스럽게 영향을 받는 것과 같은 이치입니다.
5GHz Wi-Fi는 더 높은 주파수 대역을 사용하여 채널 혼잡을 줄입니다. 22개의 채널을 사용하며 서로 간섭하지 않습니다. 2.4GHz의 3개 채널과 비교하면 신호 혼잡이 현저히 감소합니다. 따라서 5GHz의 전송 속도는 2.4GHz보다 5GHz 더 빠릅니다.
5세대 802.11ac 프로토콜을 사용하는 5GHz Wi-Fi 주파수 대역은 80MHz 대역폭에서 최대 433Mbps, 160MHz 대역폭에서 최대 866Mbps의 전송 속도를 달성할 수 있어, 2.4GHz 대역의 최고 전송 속도인 300Mbps에 비해 크게 향상되었습니다.
5GHz 장애물 없음
하지만 5GHz Wi-Fi에도 단점이 있습니다. 전송 거리와 장애물 투과 능력이 부족하다는 점이 그 단점입니다.
와이파이는 전자기파이기 때문에 주된 전파 방식은 직선 전파입니다. 장애물을 만나면 투과, 반사, 회절 등의 현상이 발생하는데, 그중 투과가 가장 흔하고 반사와 회절은 미미한 현상입니다. 전파의 물리적 특성상 주파수가 낮을수록 파장이 길어 전파 손실이 적어지고, 도달 범위가 넓어지며 장애물을 쉽게 통과할 수 있습니다. 반대로 주파수가 높을수록 도달 범위가 좁아지고 장애물을 통과하기가 더 어려워집니다.
따라서 고주파수와 짧은 파장을 가진 5G 신호는 상대적으로 커버리지 영역이 좁고, 장애물을 통과하는 능력은 2.4GHz보다 떨어집니다.
전송 거리 측면에서 2.4GHz Wi-Fi는 실내에서 최대 70미터, 실외에서 최대 250미터까지 도달할 수 있습니다. 반면 5GHz Wi-Fi는 실내에서 최대 35미터까지만 도달할 수 있습니다.
아래 그림은 Ekahau Site Survey의 가상 설계 도구를 사용하여 2.4GHz 및 5GHz 주파수 대역의 커버리지를 비교한 것입니다. 두 시뮬레이션에서 가장 짙은 녹색은 150Mbps의 속도를 나타냅니다. 2.4GHz 시뮬레이션의 빨간색은 1Mbps의 속도를, 5GHz 시뮬레이션의 빨간색은 6Mbps의 속도를 나타냅니다. 보시다시피 2.4GHz AP의 커버리지가 약간 더 넓지만, 5GHz 커버리지 가장자리에서는 속도가 더 빠릅니다.
5GHz와 2.4GHz는 서로 다른 주파수 대역이며, 각각 Wi-Fi 네트워크에 장점이 있습니다. 이러한 장점은 네트워크 구성 방식, 특히 신호 도달 범위와 장애물(벽 등)을 고려할 때 달라질 수 있습니다. 너무 과한 걸까요?
더 넓은 영역을 커버해야 하거나 벽 투과율이 높아야 하는 경우에는 2.4GHz 대역이 더 적합합니다. 하지만 이러한 제약이 없다면 5GHz 대역이 더 빠른 속도를 제공합니다. 이 두 주파수 대역의 장단점을 결합하여 무선 네트워크에 듀얼 밴드 액세스 포인트를 사용하면 무선 대역폭을 두 배로 늘리고 간섭의 영향을 줄여 전반적으로 더욱 안정적인 Wi-Fi 네트워크를 경험할 수 있습니다.
게시 시간: 2021년 6월 9일