유선 네트워크와 무선 네트워크의 중요한 차이점을 파악하기 위해서는 링크 계층만 집중적으로 고려하면 된다.
신호 세기의 감소 (decreasing signal strength) - 전자기파는 물체를 통과(무선 전파가 벽을 통과)함에 따라 약화된다. - 경로 손실 (path loss) : 자유 공간에서도 전자기파 신호는 분산되고, 송신자와 수신자 사이의 거리가 증가함에 따라 신호의 세기가 감소한다.
다른 출발지로부터의 간섭 (interference from other sources) - 동일 주파수 대역으로 전송되는 무선 신호들은 서로 간섭하게 된다. - 이러한 송신자 간의 간섭 외에 주변의 전자기 잡음(예: 근처의 모터 또는 전자레인지로 인한) 등도 간섭을 일으킬 수 있다.
다중경로 전파 (multipath propagation) - 송신자와 수신자 간에 전송되는 전자기파의 일부가 물체나 지표에 부딪혀서 서로 길이가 다른 여러 개의 경로를 거쳐 갈 때 발생 - 수신 측에서 감지되는 신호를 또렷하지 않게 만든다. - 송신자와 수신자 사이의 움직이는 물체 때문에 다중경로 전파 현상이 시간에 따라 변하기도 한다.
유선 링크보다는 무선 랜에서 비트 오류가 더 잘 생길 수 있음을 알 수 있다. 이런 이유로 무선 랜 프로토콜은 강력한 CRC 오류 검출 코드를 사용할 뿐만 아니라 손상된 프레임 재전송해 주는 링크 수준의 신뢰성 있는 데이터 전송 프로토콜을 사용한다.
무선 랜에서 일어날 수 있는 전송 손실을 고려하면서, 무선 신호를 수신하는 호스트에 주목해 보자. 호스트가 수신하는 전자기 신호는 여러 거지 형태의 손상과 환경적 영향에 의한 잡음이 혼합되어 송신 측에서 전송한 원래의 신호에서 품질이 저하된 상태이다. - SNR (signal-to-noise ratio) : 측정된 수신 신호의 세기와 잡음의 상대적인 비율 ⅰ) 단위 : 데시벨(dB) ⅱ) 데시벨로 표현되는 SNR값은 수신 신호의 진촉과 잡음의 진폭에 각각 밑이 10인 로그함수를 취한 비율의 20배에 해당한다. ⅲ) SNR값이 커질수록 수신 측에서는 잡음에도 불구하고 원하는 신호를 추출하기 쉬워진다. [그림 7.3] 비트 오류율, 데이터 전송률, 그리고 SNR
- 그림 7.3은 이상적인 무선 채널에서 세 가지 서로 다른 변조(modulation) 기법에 대하여 비트 오류율을 나타내는 BER (bit error rate)값이 SNR값에 대하여 어떠한 변화를 나타내는지 보여 준다. - BER값 : 송신된 비트가 수신 측에서 오류로 검출될 확률을 의미 - 그림 7.3은 몇 가지 물리 계층의 특성을 나타낸다. ⅰ) 동일한 변조 기법 내에서는 SNR값이 높을수록 BER값은 낮아진다. º 송신자가 출력 세기를 높이면 SNR 값이 커지고, 동시에 수신된 비트에서 오류가 발생할 확률은 낮아진다. º 출력 세기를 어느 임계점 이상으로 높이면 이득이 없다. º 출력 세기를 높일수록 송신장치에서 더 많은 에너지가 소모되며 다른 송신자의 전송과 더 많은 간섭이 생디는 단점이 있다. [그림 7.4(b)] 숨은 터미널 페이딩 ⅱ) 동일한 SNR값에서는 높은 전송률을 가지는 변조 기법이 더 높은 BER값을 갖는다. ⅲ) 변조 기술을 채널의 조건에 적합하도록 유연하게 적응시키기 위해 물리 계층 변조 기법의 동적인 선택이 사용될 수 있다. º SNR 및 BER값은 이동성의 결과 또는 환경의 변화로 인해 바뀔 수 있다.
무선 랜의 비트 오류 발생률이 크고, 시간에 따라 변한다는 것 외에도 유선 링크와 무선 링크는 차이가 있다. - 숨은 터미널 문제 (hidden terminal problem) [그림 7.4(a)] [그림 7.4(a)] 숨은 터미널
ⅰ) 기지국 A → 기지국 B / 기지국 C → 기지국 B 전송 가정 ⅱ) A와 C의 전송이 실제로 목적지 B에서 간섭됨에도 불구하고 물리적인 장애물 때문에 A와 C가 서로 전송을 수신하지 못하는 문제- 신호 세기가 약해지는 (fading) 현상 [그림 7.4(b)] ⅰ) A와 C가 서로의 전송을 검출할 수 있을 정도로 충분히 강한 신호를 보내지도 않고 이들 신호가 기지국 B에서 간섭외는 경우
CDMA
CDMA (Code Division Multiple Access, 코드분할 다중 접속) : 공유 매체 접속 프르토콜의 하나로서 무선 랜 및 셀룰러 기술에서 아주 많이 사용된다.
송신자가 전송하는 각 비트를 확장해 원래 데이터 비트열보다 훨씬 빠른 속도(chipping rate)로 변하는 신호(code)를 곱하는 방식으로 인코딩한다. [그림 7.5] 간단한 CDMA 예: 송신자의 인코딩과 수신자의 디코딩
- 원래 데이터 비트들이 CDMA 인코더에 도착하는 속도에 의해 시간의 단위가 정의된다고 가정. 즉, 전송되는 각각의 원래 데이터 비트는 하나의 비트 슬롯 시간이 필요하다. - d_i : i 번 째 비트 슬롯의 데이터 비트값 (0 값을 갖는 비트는 -1로 표시) - 각 비트 슬롯은 M개의 미니 슬롯들로 더 분할된다. - 송신자(sender)가 사용하는 CDMA 코드는 일련의 연속된 M개의 값, c_m으로 구성 (m = 1, ... , M, 각각의 c_m 값은 +1 또는 -1 값을 가짐) - d_i의 비트-전송 시간의 m 번째 미니 슬롯에 대한 CDMA 인코더의 출력 Z_i,m은 할당된 CDMA 코드의 m 번째 비트인 c_m을 d_i에 곱한 값이다. - 간섭하는 송신자가 없으면 수신자는 인코딩된 비트 Z_i,m을 수신해서 원래 데이터 비트 d_i를 생성한다.
CDMA는 동시에 전송된 비트 신호들을 더할 수 있다는 전제하에 동작한다.
다수의 송신자가 있는 경우에도 송신자 s는 z_i,m = d_i * c_m을 사용해서 자신의 인코딩된 전송인 Z^s_i,m을 계산한다. 그러나 i 번째 비트 슬롯의 m 번째 미니 슬롯은 그 미니 슬롯 동안 모든 N 송신자가 전송한 비트들의 합이 된다.
송신자의 코드를 주의 깊게 선택한다면, 특정 송신자 코드를 사용해서 다수 송신자로부터의 합쳐진 신호로부터 원하는 송신자가 전송한 데이터를 쉽게 추출해 낼 수 있다.[그림 7.6] 두송신자 CDMA 예 [그림 7.6] 두송신자 CDMA 예
CDMA는 (시간이나 주파수가 아닌) 코드 공간을 분할(partitioning)해서 각 노드에게 적당한 코드 공간을 할당하는 분할 프로토콜이다.
CDMA에 대한 어려움 1. CDMA 수신자가 특정 송신자의 신호를 추출해 낼 수 있도록 CDMA 코드를 주의 깊게 선택해야 한다. 2. 실제 상황에서 여러 송신자로부터의 신호의 세기가 수신자 쪽에서 동일한 경우는 드물다.
