[통신] #57~59 (와이파이, 셀룰러폰, 3G/LTE/4G/5G)

#57 와이파이는 상표 이름

이더넷의 중대한 결점 - 물리적인 통신선(이더넷 케이블) -> 유선 통신

따라서 이더넷에 연결된 컴퓨터는 자유로운 이동이 어렵다. 

 

 

해결방법 -> 무선 통신 이용하기 

무선 통신

 ⭐무선 통신이란 둘 또는 그 이상의 지점 사이에 전기 전도체의 연결 없이 정보를 전송하는 것을 말한다.

⭐무선 통신이란 전자기파를 이용한 통신 방법과 사람의 가청주파수를 넘는(들을 수 없는) 초음파 영역을 이용한 통신 방법으로, 일반 신호(사람 목소리 등)를 고주파와 합성하여 전파를 통해 전송하고 수신 측에서는 이렇게 받은 고주파 신호를 처리하여 다시 원래의 신호로 바꾸는 방법을 말한다. 

무선 시스템: 무선 전자기파를 사용하여 데이터를 전송하므로 신호가 충분한 장소라면 어디서든 통신 가능(이동에 있어서 상대적으로 자유롭다.

 

무선 네트워크의 범위: 수십~ 수백 미터

• 적외선과 달리 전파를 사용하기 때문에 방향성은 상관없다. (전파가 모든 물질은 아니여도 일부 물질을 통과하기 때문)
• 금속 벽과 콘크리트 바닥은 전파 간섭을 일으킨다. -> 실내보다 야외에서 전파 범위가 넓게 된다. 
• 모든 조건이 같을 경우, 주파수가 높은 신호가 낮은 신호보다 일반적으로 더 많이 흡수된다.
• 수신된 신호의 강도는 송신기에서의 파워 레벨에 정비례하고 송신기에서 수신기까지 거리의 제곱에 반비례한다.( e.g.)다른 수신기보다 두 배 멀리 떨어진 수신기는 받는 신호의 강도가 4분의 1인 것)

무선 시스템은 전자기파를 이용하여 신호를 전달한다.

• 전자기파는 헤르츠Hz 단위로 측정되는 주파수의 파동(라이도 방송국의 103.7MHz처럼 메가헤르츠MHz나 기가헤르츠GHz 단위일 가능성이 높음) 
• 전자기파 변조 과정에서는 반송파에 정보 신호 패턴을 적용한다.
  • 진폭 변조 - 정보를 전달하기 위해 반송파의 진폭 또는 강도를 변경
  • 주파수 변조 - 반송파의 주파수를 중심 주파수 값 기준으로 변경

전자기파 자세한 정보✅

https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=aircodi&logNo=130175371245 

전자기파란 - 전자기파의 종류

무선 시스템은 사용할 수 있는 주파수 범위인 스펙트럼(대역폭)과 전송에 사용할 수 있는 전력량에 관한 엄격한 규칙에 따라 작동

• 각각의 초음파를 이용하여 통신하는 무선기기들이 혼선 없이 자신의 무선 신호를 찾아내려면 다른 신호와 겹치지 않는 자신의 주파수 영역을 가져야 하는데 이를 대역폭이라고 한다. 주파수는 엉뚱한 주파수를 잘못 사용할 경우 범죄나 사고가 일어날 수 있으므로 정부에서 용도에 따른 주파수 분배를 하고 있다.(방송통신위원회와 한국전파진흥원)
• 스펙트럼(주파수 범위) 할당은 미국의 경우 사용 가능한 스펨트럼 공간이 생기면 일반적으로 FCC라는 정부 기관에 의해서 공개 경매를 통해 할당된다. 

무선 시스템 종류

WiFi(Wireless fidelity)

⭐ 와이파이란 IEEE 802.11 통신규정을 만족하는 기기들끼리 무선으로 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 기술을 뜻한다.

• IEEE 802.11은 미국전기전자학회 (IEEE)에서 개발한 무선 랜 규격이다.
• 와이파이는 와이파이 얼라이언스의 상표의 하나이다.
• 와이파이는 2.4~2.5GHz, 5GHz 또는 더 높은 주파수 에서 작동한다. 
• 와이파이를 사용하려면 무선 접속 장치(흔히 공유기)가 있어야 한다. -> 공유기가 유선 인터넷 회선에 흐르는 인터넷 신호를 무선 신호로 바꿔준다.

*IEEE는 전기전자기술자협회 라는 전문가 단체이고 주로 전자 시스템 표준을 수립한다. 

*802.11은 표준의 번호이다. 

 

블루투스

블루투스는 덴마크 왕 하랄드 블루투슷의 이름을 딴 기술로 애드 혹(add hoc) 통신*을 위해 만들어졌으며 와이파이 무선 통신과 같은 2.4GHz 주파수 대역을 사용한다. 

애드 혹 통신?
'즉석의', '임시방편의'라는 뜻으로, 유선 네트워킹 환경을 지원받을 수 없는 곳에서 이동 단말기 간의 라우팅(네트워크 경로 설정)절차만으로 데이터의 송수신을 수행하는 무선 네트워크를 뜻한다. 

• 통신 범위: 파워 레벨에 따라 1 ~ 100m
• 데이터 속도: 1 ~ 3 Mbps 
• 낮은 전력 소비가 중요한 곳에서 활용된다. (e.g. 키보드 마우스 TV리모컨 게임컨트롤러 등)

RFID(Radio-Frequency Identification) 

RFID는 주파수를 이용해 ID를 식별하는 방식으로 일명 전자태그로 불린다.

RFID 기술이란 전파를 이용해 먼 거리에서 정보를 인식하는 기술을 말하며, 전자기 유도 방식으로 통신한다.

• 사용하려면 RFID 태그(안테나 + 직접 회로 구성/ 태그는 소형 전파 수신기 및 송신기)와 RFID 판독기가 필요하다.
• 바코드 시스템과 유사한데 차이점이 있다면 RFID는 빛을 이용해 판독하는 대신 전파를 이용한다.
• 다양한 주파수 범위를 사용하지만 13.56MHz가 일반적으로 사용된다. 

GPS (Global Positioning System)

GPS는 자동차와 휴대전화 내비게이션 시스템에서 흔히 볼 수 있는 중요한 단방향 무선 시스템이다.

GPS 위성은 정확한 시간과 위치 정보를 브로드캐스트하고, GPS 수신기는 3~4개의 위성으로부터 신호가 도착하는데 걸리는 시간을 사용해서 지상에서 자신의 위치를 계산한다. -> 본질적으로 GPS 수신기는 전송된 신호를 수신하기까지 걸리는 시간을 사용하여 각 위성까지의 거리를 측정 

• 배경: 미국 국방부(US DOD)는 원래 군용으로 사용하기 위하여 위성을 궤도에 올려 놓았지만 1980년대부터 민간에 GPS를 개방했다. 

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#58 휴대전화가 영어로 셀룰러 폰인 이유

왜 휴대전화를 셀룰러 폰이라고 부를까?

셀 타워(기지국)과 셀(지역)들

휴대전화용 스펙트럼과 전파의 범위는 모두 제한되어 있어 지리적 영역을 가상의 육각형에 가까운 '셀'로 나눈다.

각 셀에는 기지국(base station)이 있고 기지국은 전화 시스템의 나머지 부분에 연결된다. 

휴대전화는 가장 가까운 기지국과 통신하고 다른 셀으로 넘어갈때(사람이 실제로 이동해서), 진행중인 통화는 이전 셀의 기지국에서 새 기지국으로 넘어간다. 

⭐셀이란 하나의 넓은 서비스 지역을 세포 형태로 분할하여 소형 송신 전력의 기지국을 설치하는 작은 구역을 가리킨다. 수신된 신호의 세기는 거리의 제곱에 비례하여 감소하므로, 일정 거리 이상 떨어진 두 셀에서는 서로 간의 간섭이 적어 동일한 주파수 대역을 사용 할 수 있다.

 

• 셀 구조에서 인접하지 않은 셀 간에는 스펙트럼에 포함된 주파수 대역을 큰 간섭없이 재사용한다. 이 점을 이용하여 제한된 스펙트럼을 효과적으로 사용함
• 휴대전화는 일반 전화망의 일부지만 전화선 대신 기지국을 통해 무선으로 연결된다(이동성).
• 휴대전화 시스템은 전 세계 다양한 지역에서 서로 다른 주파수 대역을 사용하지만, 일반적으로 900MHz와 1900MHz 근처 대역이 이용된다. -> 5G같은 새로운 휴대전화 표준은 훨씬 높은 주파수를 사용한다.

휴대전화와 기지국 통신

 IMEI(International Mobie Equipment Identity)
-각 휴대폰에는 IMEI라는 15자리 고유 식별 번호가 있는데 이는 이더넷 주소와 비슷하다.

휴대전화가 켜지면 식별 번호(IMEI)를 브로드캐스팅하고, 가장 가까운 기지국이 해당 정보를 받아 홈 시스템*을 통해 전화 유효성을 검사한다.

*홈 시스템 - 가입한 통신사의 이동 통신 시스템

-휴대전화는 가장 강한 신호를 내는 기지국과 통신(지리적으로 가까운)한다. 휴대전화는 기지국에 가까이 있을 때 더 적은 전력을 사용하도록 지속적으로 파워 레벨을 조정한다. -> 휴대전화가 신호가 약하거나 존재하지 않는 영역에 있으면 부질없이 기지국을 찾느라 배터리 소모가 더 빠르다.

 

셀 타워(셀룰러 기지국)

셀룰러 통신을 지원하기 위해 전자 통신 장비를 안테나와 함께 수용한다. 셀 타워는 일반적으로 안테나, 송신기 및 수신기가 상단에 위치한 높은 구조이다. (여담: 가까이 있으면 고품질의 전화서비스를 받을 수 있지만(강한 신호를 받을 수 있음) 미관상 좋지 않아서 주민들이 싫어한다고 함) 

 

스팅레이(stingray)

휴대전화 트래픽은 스팅레이(stingray)라고 알려진 장치를 사용한 표적 공격에 취약하다. 해당 명칭은 상용 제품의 이름을 딴 것이다. 

• 셀 타워를 모방하여 작동하며 근처에 있는 휴대전화가 실제 셀타워 대신 자신과 통신하도록 만든다. 
• 휴대전화는 가장 강한 신호를 보내는 기지국과 통신하도록 설계됐기 때문에 근처의 셀 타워보다 강한 신호를 전달할  수 있는 좁은 영역에서 효력을 발휘한다. 
• 스팅레이 장치를 사용하면 수동적 감시 또는 휴대전화에 대한 적극적 공격(중간자 공격)을 목적으로 사용될 수 있다.

핫스팟(Hot spot)

휴대전화의 셀룰러 연결을 통해 컴퓨터가 인터넷에 연결할 수 있게 해주는 핫스팟 용도로 휴대전화를 사용할 수도 있다. 해당 기능을 테더링이라고도 한다.

 

 

#59 3G, LTE, 4G, 5G 

-휴대전화 기술은 매우 복잡하며, 더 높은 대역폭을 확보하기 위해 끊임없이 변화한다. 

• 참고로 신호는 꼭 물리적 거리에 걸리는 시간이 비례하는 것은 아니다. 

동향: 요즘 휴대전화는 대부분 4G(4세대)라는 표준을 사용하며 산업 전반적으로 다음 세대인 5G로 옮겨가는 중이다.

*G 는 Generation세대 를 의미하며 해당 기술이 어떤 세대에 있는지 나타낸다. 

4G

휴대전화는 자동차나 기차처럼 이동하는 환경에서는 약 100Mbps(초당), 정지되어 있거나 느리게 움직이는 환경에서는 1Gbps*(메가 비트)을 제공한다.

 

LTE

(Long-Term Evolution)의 약자로, 장기적인 진화라는 뜻이며 표준은 아니다. 3G에서 4G로 가는 과정을 말하는 일종의 로드맵, 4G를 향해 가고 있음을 보여주기 위함

 

5G

2019년도 처음 서비스 시작

해당 표준을 사용하는 휴대전화는 기존 표준(4G)보다 더 높은 대역폭을 제공한다.(최대 3개의 주파수 대역을 사용)

속도 범위는 50Mbps ~ 10Gbps. 특히 근거리 연결(약 100m)에서는 4G에 비해 훨씬 높은 주파수를 사용함으로, 높은 속도를 구현한다.

 

 

 

비트 전송률 단위 관련 상세✅

https://ko.eyewated.com/%EC%B4%88%EB%8B%B9-%EB%B9%84%ED%8A%B8-%EC%88%98/

비트 전송률 단위 : Kbps, Mbps 및 Gbps

 

 

세대별 표준 비교✅

https://okss17.tistory.com/225

wifi, 1G, 2G, 3G, 4G, 5G의 차이점과 특징