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세대 교체 예고하는 차세대 표준 ‘와이파이 7’

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글/장-자크 들릴(JJ Delisle), RFEMX

제공/마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)

와이파이 얼라이언스(Wi-Fi Alliance)는 몇 년마다 그간 집적된 무선통신 기술을 바탕으로 새로운 와이파이(Wi-Fi®) 표준 및 규격을 발표한다. 가장 최근 규격은 2022년에 발표된 와이파이 6E(IEEE 802.11ax)이다. 와이파이 6E는 확장된 5GHz 스펙트럼과 여러 가지 새로운 기능들을 도입했다. 2024년을 앞두고 와이파이 얼라이언스는 동일한 여정을 이어 나가 새로운 스펙트럼을 도입하고 대역폭을 늘리는 동시에 다양한 신기술이 추가될 새로운 IEEE 802.11 표준인 802.11be EHT(extreme high throughput, ‘와이파이 7’이라고도 함)를 공개했다. 와이파이 7의 초안은 2021년 3월에 공개되었으며, 2024년 초에 최종안이 나올 예정이다.

와이파이 얼라이언스에 따르면 와이파이 7은 개발 중인 IEEE 802.11be 표준을 기반으로 하는 차세대 와이파이 기술의 주요한 진화이다. 와이파이 7은 물리 계층(PHY)과 미디어 액세스 제어 계층(MAC) 향상에 중점을 두고 최소 30Gbps의 최대 쓰루풋을 지원하여 성능을 향상하고 와이파이 혁신을 가능하게 하며 활용 사례를 확장한다. 또한 와이파이 7은 TSN(time-sensitive networking) 애플리케이션을 위해 지연 시간과 지터를 감소시켜 가상 현실(VR)/증강 현실(AR), 4K 및 8K 비디오 스트리밍, 자동차, 클라우드 컴퓨팅, 게이밍 및 비디오 애플리케이션은 물론 핵심 산업용 애플리케이션을 지원할 수 있다. 다른 와이파이 표준들과 마찬가지로 와이파이 7 역시 이전 버전과 호환되며 2.4GHz, 5GHz 및 6GHz 스펙트럼 대역에서 기존 장치들과 함께 사용할 수 있다.[i]

이 글에서는 와이파이 7 표준을 소개하고 2023년 말 또는 2024년 초에 출시될 것으로 예상되는 와이파이 7 기기에서 기대할 수 있는 기능들을 살펴볼 것이다. (최종 와이파이 7 표준은 2024년에야 확정될 것으로 보인다.)

와이파이 7 규격

예상대로 와이파이 7은 이전 버전의 기능을 기반으로 하면서도 더욱 늘어난 대역폭, 고차 변조 구조, 중요한 혁신 등 발전을 이어 나간다. 와이파이 7은 단순히 데이터 속도만 빨라진 것이 아니라 우선순위 애플리케이션을 위한 안정성과 지연을 향상시키는 여러 가지 기능들을 도입한다. 이 섹션에서는 와이파이 7 표준의 핵심 기능과 와이파이 7(또는 향후 와이파이 표준)에 포함될 수 있는 기타 기능들을 중점적으로 살펴본다.

핵심 기능

와이파이 7의 핵심 기능에는 4096 직교 진폭 변조(4K-QAM), 6GHz의 확장된 주파수 대역, 추가적인 고대역폭 모드, 다중 링크 동작(multi-link operation, MLO), 다중 리소스 유닛(multi-RU) 펑처링(puncturing)이 있다.

• 4K-QAM

1024 QAM(1K-QAM)은 심볼당 10비트를 전달할 수 있지만, 새로운 4K-QAM 변조 방식은 심볼당 12비트를 전달할 수 있어 이론상 전송 속도가 1K-QAM의 와이파이 6에 비해 20% 더 증가하는 셈이다. 또한 와이파이 7은 16개의 공간 스트림으로 공간 멀티플렉싱이 가능하다.

• 향상된 대역폭

표준 IEEE 802.11be는 320/160+160MHz 및 240/160+80MHz의 추가적인 연속 및 비연속 대역폭 모드를 도입할 예정이다. 320MHz 대역폭 모드는 와이파이 6에 비해 대역폭 가용성이 두 배이며, 확장된 대역폭 모드와 4K-QAM를 결합하면 단일 사용자 장치에서 5.8Gbps의 최대 데이터 속도를 얻을 수 있다. 이는 와이파이 6E의 최대 데이터 속도인 2.4Gbps의 2.4배이다. 고차 변조, 향상된 대역폭, 공간 스트림을 결합하면 와이파이 7의 이론상 최대 쓰루풋은 30Gbps가 넘는다. 이는 와이파이 6E의 최대 쓰루풋인 9.6Gbps의 몇 배에 달하는 비약적인 발전이다(그림 1).

다중 링크 동작(MLO) 및 확정적 지연 시간

지금까지 와이파이는 표준에 확정성이 부족하고 안정성이 떨어지는 지연 시간이 주요 한계로 지적돼 왔다. 일반적으로 와이파이의 지연 시간은 중요한 작업과 저지연 애플리케이션을 위해서는 너무 높은 편이다. 과거에 기존 와이파이 표준에서는 장치가 단일 채널에서만 연결할 수 있었으며, 첫 번째 채널의 연결이 끊어지면 보조 채널을 백업으로 사용한다. 와이파이 7에서는 MLO와 확정적 지연이 도입되면서 달라질 전망이다. MLO는 특정 애플리케이션 요구사항에 따라 데이터 흐름을 할당하여 추가 지연 없이 높은 우선순위의 데이터가 전송되도록 보장함으로써 이러한 한계를 극복한다. 일례로 VR/AR, 산업용 사물 인터넷(IIoT), 자율 이동 로봇(AMR), 자동화된 물류 설비 등에 적용할 수 있다.

현재 MLO에는 eMLSR(enhanced multi-link single-radio)과 MLMR(multi-link multi-radio)의 두 가지 유형이 있다. eMLSR은 공간적으로 다중화된 다중 채널(단일 무선 사용자 장치의 경우 최소 2×2 MIMO 무선)에서 단일 무선 장치에 통신할 수 있는 다중 무선 링크를 지원하는 액세스 포인트를 사용한다. 이러한 방식에서는 채널 중 하나를 비워둘 수 있어 우선순위가 높은 애플리케이션에 대한 안정성을 보장하고 지연을 최소화하면서 다른 채널에서는 우선 순위는 낮지만 쓰루풋이 많은 애플리케이션에 서비스를 제공할 수 있다. MLMR은 액세스 포인트와 사용자 장치가 모두 동시 듀얼 무선 기능이 있는 경우에 작동한다. 그러면 두 무선 장치가 모두 공간적으로 다중화된 두 채널을 통해 동시에 연결하고 통신할 수 있다. 또한 이러한 무선 기능은 데이터가 두 채널에서 중복 공유되거나 결합을 통해 더 높은 쓰루풋을 제공하는 데 사용할 경우 더 높은 안정성과 저지연을 보장할 수 있다. 이를 통해 지연 시간이 이전 세대 와이파이 표준에 비해 최대 100분의 1로 짧아질 수 있다.

• 다중 RU 펑처링 또는 유연한 채널 활용

이전 와이파이 표준에서는 단일 기기가 채널을 사용할 경우, 해당 장치가 채널을 완전히 사용하지 않더라도 전체 대역폭 채널이 닫힌다. 이로 인해 전체 채널 성능을 필요로 하지 않는 장치가 고대역폭 및 고속 채널을 차지하는 상황이 발생할 수 있었다. 와이파이 7에서는 다중 RU 펑처링을 도입하여 고속 채널을 세분화함으로써 사용 가능한 대역폭이 있는 한 여러 기기에서 동시에 사용할 수 있다(그림 2). 이 기능은 특히 신호가 이미 채널 대역폭의 일부를 차지하면 기존 와이파이 기기가 전체 채널을 사용 중인 것으로 간주하는 5GHz 및 6GHz 대역에서 특히 유용하다.

[그림 2] 다중 RU 펑처링은 제한된 채널 스펙트럼을 보다 효율적으로 사용할 수 있게 한다. (출처: 인텔[ii])

예상되는 추가 기능

이 밖에 초기 릴리스에서는 아니더라도 추후 업데이트를 통해 와이파이 7 표준에 포함될 수 있는 이론상의 와이파이 기능들이 있다. 여기에는 전송 조정/협력이 가능한 다중 액세스 포인트 조정이 포함된다. 이 기술은 우선순위가 높은 데이터 스트림의 안전성을 더욱 향상시키고 지연을 줄여준다. 연결 안정성을 향상시키는 또 다른 잠재적 기능으로는 링크 적응 및 재전송 프로토콜을 강화하는 복합 재전송 기술(hybrid automatic repeat request, HARQ)이 있다. 또한 와이파이 7은 저지연/실시간 애플리케이션을 위해 IEEE 802.1Q의 TSN과 IEEE 802.1AS 타이밍 및 동기화 기능을 통합할 수 있다. 와이파이 7에 통합될 수 있는 다른 IEEE 802 기능으로는 강력한 오디오-비디오 스트리밍을 위한 802.11aa MAC 향상, 연결된 네트워크 내 트랜짓 링크를 위한 802.11ak 향상, 802.1Qav 크레딧 기반 지연 제한, 802.1Qch/Qbv 사이클/시간 인식 트래픽 셰이핑, 802.1Qcr-2020 비동기 트래픽 스케줄링, 그리고 지터/지연 감소를 위한 802.11ax 예약된 작업 연장 등이 있다.

잠재적 기능들은 와이파이 7 릴리스의 중요한 목표가 와이파이 통신 링크에서 안정성 향상, 저지연 및 높은 확정성을 실현하는 데 있다는 것을 보여준다. 이는 와이파이를 자동화 애플리케이션에서 다양한 애플리케이션을 실행할 준비가 된 5G URLLC(ultra-reliable low-latency communication) 기능에 대한 경쟁력 있는 서비스로 포지셔닝하기 위한 것으로 보인다.

초기 와이파이 7 장치의 기능과 예상 규격

802.11be 태스크 그룹은 퀄컴(Qualcomm), 인텔(Intel), 브로드컴(Broadcom)의 회원들이 주도하고 있으며 맥스리니어(MaxLinear), NXP 등의 대표가 고위직을 맡고 있다. 이 태스크 그룹은 주로 칩셋 제조회사들로 구성되어 있으며, 이들은 제품 개발 주기에서 표준 개발의 사전 공지의 이점을 활용한다. 아직 표준의 최종안이 발표되지 않았지만 와이파이 7 칩셋이 사용된 초기 데모와 베타 릴리스가 선보이고 있으며, 와이파이 7 표준이 발표되기 전에 2023년에는 와이파이 7 칩셋이 출시되어 와이파이 AP 및 사용자 장비 제조회사들에게 공급될 것으로 보인다. 초기 와이파이 7 칩셋에는 와이파이 7에 예상되는 모든 핵심 기능이 포함될 가능성이 높다. 여기에는 일부 후보 기능 또는 향후 소프트웨어 업데이트를 통해 미래에 소프트웨어로 또는 구성 가능한 하드웨어에서 이러한 기능을 실행할 수 있는 프로비전이 포함될 수 있다.

이러한 기능에는 320MHz 대역폭 채널, 2.4GHz/ 5GHz/6GHz 주파수 대역, 4K-QAM 및 16개의 공간 다중화 스트림이 포함된다. 퀄컴은 최대 33Gbps 와이파이 전송 속도를 내세운 네트워킹 디바이스 칩셋인 네트워킹 프로 1620(Networking Pro 1620) 플랫폼을 포함하여 와이파이 7 제품 지원을 위한 포트폴리오를 제공한다. 이 칩셋은 MLO/확정적 지연 기능과 다중 RU 펑처링 기능을 탑재한다고 한다. 다른 칩셋 제조사들도 이러한 기능을 갖춘 칩셋을 출시할 가능성이 높다. 대부분의 칩셋 제조사들은 네트워킹 인터페이스, 사용자 아키텍처, 보안 기능 등 추가 기능들을 포함할 것으로 보인다.

결론

와이파이 7 칩셋과 이에 대응하는 디바이스들이 현재 개발 중이며 와이파이 7 표준 발표와 함께 출시될 가능성이 높다. 와이파이 7의 새로운 기능은 속도 향상에 그치지 않고, 훨씬 많은 것을 가능하게 할 뿐 아니라 안정성, 저지연, 확정성에 중점을 둔다. 

[출처]

[i] Wi-Fi Alliance “Current Work Areas.” Accessed August 30, 2023. https://www.wi-fi.org/who-we-are/current-work-areas.

[ii] “What Is Wi-Fi 7?” Intel Corporation. Accessed September 5, 2023. https://www.intel.com/content/www/us/en/products/docs/wireless/wi-fi-7.html.

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