Wi-Fi 6: OFDMA와 다중 사용자
Wi-Fi 5까지의 발전은 “한 단말을 얼마나 빨리”였다. 채널을 넓히고, 변조를 촘촘히 하고, 스트림을 늘렸다. 그런데 아파트·사무실·경기장에서 사람들이 느끼는 문제는 최고 속도가 아니라 붐빔이었다. 단말은 수십 대인데 각자 보내는 것은 메신저·게임·IoT의 작은 패킷이고, 그때마다 채널 전체를 잡고 6장의 입장료를 낸다. Wi-Fi 6(802.11ax, “High Efficiency”)는 이름처럼 효율을 겨냥했다.
- OFDMA가 채널을 자원 단위(RU)로 나누는 방법과 RU 크기별 속도를 계산한다.
- 작은 패킷이 많을 때 OFDMA가 공중 시간을 얼마나 줄이는지 비교한다.
- 트리거 프레임으로 AP가 상향 전송을 지휘하는 흐름을 안다.
- BSS 컬러링과 공간 재사용이 이웃 망과의 양보를 줄이는 원리를 안다.
- 1024-QAM, 4배 긴 심볼, TWT 같은 Wi-Fi 6의 나머지 변화를 앞 장들과 연결한다.
OFDMA: 채널을 나눠 주기
3장에서 Wi-Fi 6는 부반송파 간격을 78.125 kHz로 좁혀 20 MHz에 256개 부반송파를 담는다고 했다. Wi-Fi 6는 이 부반송파 묶음을 RU(Resource Unit, 자원 단위)로 잘라 단말마다 다른 RU를 줄 수 있다. 같은 순간, 같은 채널에서 여러 단말이 각자의 RU로 받거나 보낸다. 이것이 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)다. LTE·5G가 쓰는 방식을 와이파이로 가져왔다.
| RU 크기(부반송파) | 데이터 부반송파 | 20 MHz에 | 40 MHz에 | 80 MHz에 |
|---|---|---|---|---|
| 26 | 24 | 9개 | 18개 | 37개 |
| 52 | 48 | 4개 | 8개 | 16개 |
| 106 | 102 | 2개 | 4개 | 8개 |
| 242 | 234 | 1개(전체) | 2개 | 4개 |
| 484 | 468 | — | 1개(전체) | 2개 |
| 996 | 980 | — | — | 1개(전체) |
242·484·996 RU는 각각 20·40·80 MHz 채널 전체와 같다. 그 데이터 부반송파 수(234·468·980)가 4장의 링크 속도 계산에 쓴 값이다. 작은 RU는 속도가 낮지만, 작은 패킷 하나를 보내기에는 충분하다.
큰 회의실을 한 사람이 쓰면, 몇 마디뿐인 사람도 회의실 전체를 빌리고 차례를 기다려야 한다. 칸막이로 나누면 여러 소그룹이 동시에 이야기할 수 있다. Wi-Fi 6의 OFDMA가 이것이다. 채널을 RU라는 칸으로 나눠 작은 패킷 여러 개를 한 번에 보낸다.
RU로 채널 나누기
작은 패킷이 많을 때
단말 열 대가 각자 100바이트짜리 게임 패킷을 받아야 한다. Wi-Fi 5 방식이면 AP는 열 번 경쟁하고 열 번 프리앰블을 보내고 열 번 ACK를 받는다. 각 전송의 데이터 부분은 심볼 한두 개(몇 µs)뿐이다. OFDMA라면 AP는 한 번 경쟁해 RU 열 개에 각자의 패킷을 동시에 싣고, 단말들은 블록 ACK를 상향 OFDMA로 동시에 돌려준다.
단일 사용자 대 OFDMA: 공중 시간
트리거 프레임: AP가 지휘하는 상향 전송
하향(AP → 단말)은 AP가 모든 데이터를 갖고 있으니 RU를 나누기 쉽다. 상향(단말 → AP)은 다르다. 여러 단말이 같은 순간에, 각자 다른 RU로, AP에 비슷한 세기로 도착하도록 보내야 한다. 그래서 AP가 트리거 프레임(Trigger, 제어 프레임 하위 종류 2)을 보내 지휘한다. 트리거에는 단말마다 쓸 RU, MCS, 송신 세기 목표, 보낼 길이가 적혀 있고, 단말들은 트리거가 끝나고 정확히 SIFS 뒤에 동시에 보낸다.
AP는 단말에게 무엇을 보낼 게 있는지 물어보는 트리거(버퍼 상태 보고, BSR 폴)도 보낸다. 이렇게 AP가 공중 시간을 계획하는 비중이 커지면서, Wi-Fi 6는 6장의 “모두가 경쟁” 방식에서 셀룰러의 “기지국 스케줄링” 쪽으로 한 걸음 다가갔다. 단말이 경쟁으로 보낼 때의 EDCA 매개변수를 따로 더 보수적으로 주는 MU EDCA도 있다(트리거로 보낼 기회를 받았으니 경쟁은 덜 하라는 뜻).
트리거 하위 종류 IEEE80211_STYPE_TRIGGER = 0x0020: Linux include/linux/ieee80211.h · MU EDCA 매개변수: hostapd hostapd.conf의 he_mu_edca_ac_*
BSS 컬러링과 공간 재사용
아파트에서는 같은 채널에 이웃 공유기가 여럿 들린다. 6장의 규칙대로라면 −82 dBm보다 센 와이파이 프리앰블이 들리면 채널이 바쁜 것으로 보고 양보한다. 그런데 −78 dBm으로 들리는 옆집 전송은 우리 집 AP와 노트북의 대화를 거의 방해하지 않는다. 그래도 매번 양보하니 시간이 낭비된다.
Wi-Fi 6는 프리앰블에 BSS 컬러(BSS color, 1~63)라는 6비트 번호를 넣는다. 수신기는 프리앰블만 듣고도 “우리 망(같은 색)인지 이웃 망(다른 색)인지” 안다. 다른 색이고 세기가 OBSS PD 문턱(−82 dBm보다 높게 잡은 값, 최대 −62 dBm)보다 약하면, 그 전송을 무시하고 자기 전송을 할 수 있다(공간 재사용(spatial reuse)). 대신 문턱을 올린 만큼 자기 송신 세기를 낮춰 이웃에 주는 피해를 줄인다.
옆집 전송이 들릴 때: 양보할까?
OBSS PD 문턱 = −82 dBm + 오프셋, 비SRG 최대 −62 dBm: Linux mt76 드라이버 drivers/net/wireless/mediatek/mt76/mt7915/mcu.c(max_th = 82, non_srg_max_th = 62, pd_th = max_th − offset) · BSS 컬러 1~63과 공간 재사용 설정: hostapd he_bss_color, he_spr_*
나머지 변화 한눈에
| 기능 | 무엇이 바뀌었나 | 자세히 |
|---|---|---|
| 1024-QAM (MCS 10·11) | 부반송파당 10비트. 가까운 거리에서 25% 빠름 | 4장 |
| 4배 긴 심볼 (12.8 µs + GI) | 부반송파 간격 78.125 kHz. 같은 GI 비율에서 긴 반사파에 강하고, 실외 GI 3.2 µs 지원 | 3장 |
| 상향 MU-MIMO | 여러 단말이 같은 RU에서 다른 공간 스트림으로 동시에 송신(트리거 기반) | 5장 |
| TWT | 깨어날 시각을 협상. 배터리 IoT와 경쟁 분산 | 11장 |
| 블록 ACK 256 | 한 묶음에 프레임 256개까지 | 8장 |
| WPA3 (Wi-Fi 6 인증 필수) | SAE·PMF | 10장 |
| Wi-Fi 6E | 같은 기술을 6 GHz로. 넓고 깨끗한 채널, WPA3만 허용 | 2장 |
혼자 사는 집에서 노트북 한 대로 큰 파일만 내려받는다. Wi-Fi 5 공유기를 같은 채널 폭·스트림의 Wi-Fi 6로 바꾸면 무엇이 가장 크게 달라질까?
OFDMA와 BSS 컬러링은 “여러 단말”, “이웃 망”이 있을 때의 기술이다.
핵심 정리
- Wi-Fi 6(802.11ax, High Efficiency)는 붐비는 환경의 효율을 겨냥했다.
- OFDMA: 채널을 26·52·106·242·484·996-톤 RU로 나눠 여러 단말에 동시에. 20 MHz에 최대 9대.
- 작은 패킷이 많을수록 OFDMA는 경쟁·프리앰블·ACK를 한 번으로 묶어 공중 시간과 지연을 크게 줄인다.
- 상향 다중 사용자 전송은 AP의 트리거 프레임이 RU·MCS·세기·길이를 지정하고, 단말들이 SIFS 뒤 동시에 보낸다.
- BSS 컬러(1~63)와 OBSS PD(−82 → 최대 −62 dBm)로 이웃 망의 약한 전송을 무시하고 채널을 재사용한다. 대신 송신 세기를 낮춘다.
확인 퀴즈
20 MHz 채널에서 OFDMA로 동시에 받을 수 있는 최대 단말 수는(26-톤 RU)?
상향 OFDMA에서 단말들이 언제, 어느 RU로 보낼지 정하는 것은?
BSS 컬러가 하는 일은?
OBSS PD 문턱을 올려(예: −82 → −72 dBm) 더 많이 재사용할 때의 대가는?