#5. PHY Layer

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| 22.10.05 First upload

지난 포스팅에..

MAC Layer에 대해서 알아보았다.

이제는 MAC Layer 가 관리하는 친구인 PHY Layer에 대해서 알아보겠다.

( 여담으로 MAC Layer은 software 적 기능을 하고 구현은 H.W로 자주 이루어진다.)

(이는 가격적인 측면에서, 빠르다는 점이 장점이긴 하다)

 

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PHY Layer Services

이제 PHY layer의 제공하는 서비스들을 알아보자

 

초기의 전송속도는 위와 같았다.

점점 느는 추세이긴 하다.

 

CSMA

 

Carrier Sense ->Physical에서 sensing 한다.

 

1. Carrier Sense

2. Detect Start Frame Delimiter (SFD)

여기에서 Frame은 MAC frame 위에서 감싸는 액자처럼 있는 Frame이다.

지시는 MAC에서 하고, 기능은 PHY에서 한다.

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Four PHYs

 

FHSS와 DSSS는 초창기이다.

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DSSS ( Direct -Sequence Spread Spectrum )

 

원래 신호에서 어떠한 신호를 곱하면

Spreaded 신호가 된다.

이렇게 frequency를 만들면 밑의 그래프처럼

대역폭이 커진다.

그리고 Power density가 낮아진다.

 

대역폭이 커지면 장점이 복구할 수 있다는 것이다.

 

또한 대역폭의 장점은 오른쪽 그림처럼 백색소음처럼

다른 사람들에게 노이즈로 인식할 수 있다.

 

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이때 데이터가 얼마나 빨리 보낼 수 있는지에 대한 지표인

Capacity를 사용하면

다음과 같이 식을 쓸 수 있다.

이를 Shannon's Theorem이라고 한다.

왼쪽 그림은 B (bandwidth)가 매우 작고, SNR이 큰 경우이며

오른쪽 그림은 B가 매우 크고 SNR 이 작은 경우이다.

 

이때 B가 큰 영향을 더 미치므로,

우리는 오른쪽 그림이 더 좋은 것이라고 생각할 수 있겠다.

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FHSS

주파수를 뛰어다닌다는 의미로

이는 현재까지도 쓰이고 있다.

(Bluetooth , Rc카, 드론)에 쓰인다.

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FHSS 의 특징

 

1. 송수신기가 서로 약속해야 한다.

2. 보안이 좋아진다.

3. 간섭에 강하다.

 

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PPDU Frame

 

다음에 알아볼 내용은 PPDU Frame에 관한 내용이다.

 

PPDU는

PHY Layer Protocol Data Unit의 줄임말이다.

PDU라는 말은 사실상 많이 쓰는 말인데

이를 SDU와 같이 알아두면 좋다

 

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SDU

Service Data Unit

 

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간단하게 이야기를 하자면 PSDU는

MAC Layer에서 전달한 PDU라고 할 수 있다.

 

그렇다면 PPDU는 무엇일까?

이는 PHY Layer에서 완성된 마지막 Frame이다.

즉 나가기 직전 단계의 Frame인 것이다.

 

PLCP

PHY Layer Convergence Protocol 의 준말이다.

 

Sync

수신기가 시동기를 맞추도록 하며, 

이후 SFD를 찾는다.

 

SFD

(Start Frame Delimiter)

비트 동기라고 할 수 있다.

1111/0011/1010/0000

과 같은 비트 패턴을 들으면 이제부터 열심히 들어라!

라는 뜻으로 이해할 수 있다.

(이 뒤에부터 중요한 데이터가 오기 때문이다.)

 

Signal

Data Rate (How fast) :데이터 전송률

 

Service

Reserved

-> 쓰지 못한다는 뜻이다.

정확히 다시 말해서는 우리는 쓰지 못한다는 것이다.

설계하는 사람이 나중에 쓰려고 남겨둔 부분이라고 생가하면 된다.

 

Length

PSDU의 시간, 즉 길이라고 생각하면 된다.

 

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Unlicensed Operation RF Bands

지금 알아볼 내용은

허가가 필요 없는, 즉 ISM band 주파수의 대역을 알아볼 것이다.

 

 

902 MHz

 

1) 26 MHz의 Bandwidth를 가지고 있다.

(902 - 928 MHz)

 

2) Crowded and Worldwide limited

-> 주파수가 낮을수록 효용가치는 올라간다.

멀리 전달할 수 있고 간섭에 영향을 덜 받는 장점이 있으니까.

 

하지만 BW가 현저하게 작으므로 사람들이 붐비고

우리나라에서도 자유롭게 사용이 불가능하다.

 

3) 예시 : IEEE 802.11 WLAN, Cordless Phone 

 

 

2.4 GHz

 

1) 83.5 MHz의 Bandwidth를 가지고 있다.

(2400 - 2483.5 MHz)

2) 전 세계에서 사용이 가능하다

3) IEEE 802.11(b/g) WLAN, Bluetooth, Zigbee

 

 

5.1 GHz

 

1) 5.150 - 5.250 GHz / 5.250 - 5.350 GHz / 5.725 - 5.825 GHz ISM band (한국)

2) 겹치지 않는 밴드이다.

3) 802.11a WLAN

-> OFDM / 6, 12, 18, 24, 36,48, 54 Mbps / BPSK, QPSK,16-QAM,64-QAM

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Scanning

간단하게 말하면 AP가 뭐뭐 있나 알아보는 것이다.

 

이때 STA(station) 들은 2가지의 모드가 있다.

 

1) Passive Scanning Mode

2) Active Scanning Mode

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Passive Scanning Mode

 

이 모드일 때는 STA는 Desired SSID 나 broadcast SSID의

Beacon Frame을 찾는다. (수동적으로)

 

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이때 desired SSID는 단말이 원하는 AP이며

이를 지정해놓고 나중에 이 AP만 읽어 들이는 것이다.

 

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STA는 Channel TIme Parameter으로 정의된

'최대 지속 시간' 이상 스캔한 각 채널을 청취해야 한다.

 

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 Active Scanning Mode

 

이때 STA는 Probe를 보내서 원하는, 즉 desired 한 SSID를 포함한(broadcast도 가능) 에게 직접 연결한다.

즉 훨씬 더 빠르게 접속이 가능하다.

 

 

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STA의 스캔이 원하는 SSID로 BSS를 찾지 못하거나

BSS를 찾지 못하면 STA는 IBSS를 시작할 수 있다.

 

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STA는 BSS가 join 하기 위해 첫 번째 스캔 없이 자체 BSS를 시작할 수 있다.

 

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Channel

 

1) 밑으로 갈수록 같은 자원을 가지고 성능을 높인 부분을 볼 수 있다.

2) 빨간색 부분이 우리가 사용 가능 한 채널이다. (중심 주파수가 표시되어있다.)

3) AP가 채널을 선택하는데 , 겹치면 안 되고 오버랩 되면 안되고 넓으면 좋다.