국제테크노정보연구소 기술자료 출판부

   IEEE802.11b 표준규격에 의한 2.4GHz Wireless LAN
    무선 LAN 시스템 설계와 측정

      (주)동역메카트로닉스연구소 기술분석팀 편저   B5/247P  60,000원

무선 LAN은 네트워크 구축시 허브에서 가입자 단자까지 유선 대신 전파와 같은 무선을 이용하는 기술로, 케이블 설치를 하는 대신 액세스포인트 장비에서 단말장비까지 전자기파를 이용하기 때문에 유선 LAN에 비해 상대적으로 빠른 시간내 네트워크 구축이 가능하고, 유선 LAN의 설치가 어려운 환경까지도 LAN을 확장시킬 수 있는 이동성, 유연성, 휴대성, 간편성 등의 이점으로 응용분야가 확산되고 있다.
무선 데이터 통신에는 지금까지 ISM(Industrial Scientific and Medical) 밴드를 이용한 전송속도 1Mbps 또는 2Mbps의 시스템이 가동하고 있었지만, 근래에 멀티미디어 무선 액세스를 목적으로 두 가지 고속 통신규격이 등장하여 표준화되었다. 하나는 Bluetooth와 같은 ISM 밴드를 이용하는 IEEE802.11b, 또 하나는 5GHz대를 이용하는 IEEE802.11a이다.
특히 2.4GHz 대역에서 기존 IEEE802.11 규격의 무선랜 변복조 기술을 일부 변경하여 전송속도를 11Mbps까지 고속화한 IEEE802.11b 표준안이 확정됐었으며, 현재, 대부분의 메이커에서는 이 규격에 따르는 무선랜 제품을 출시하고 있다. 또, 이와 함께 5GHz대의 6∼54Mbps의 전송속도를 갖는 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 IEEE802.11a 규격에 따른 무선랜 제품과, 공중망과 연동하여 광대역 무선 서비스 제공을 목적으로 많은 국제 표준화 기구와 국내외 기업, 연구소에서 이에 대한 연구 개발을 21세기 핵심 기반사업으로 수행하고 있다.
본서는 이러한 과제에 발맞추어, 가장 널리 채택하고 있는 IEEE802.11b 규격의 무선 LAN 시스템을 토대로 발매 및 시제품 등의 하드웨어와 프로토콜을 철저히 분석하여 연구개발 엔지니어가 여러 형태로 응용할 수 있도록 기본적인 기반기술 해설, 무선 LAN 장치의 회로도 공개와 프로토콜, 측정 평가법에 대해 구체적으로 해설한다.
더 구체적으로 살펴보면, 무선랜에 채용되고 있는 스펙트럼 확산(Spread Spectrum: SS) 통신에 대한 정확한 이해를 목적으로 먼저, 각종 디지털 변조의 방식과 원리, 그 하드웨어에 대해 해설하고, 이어서 핵심기술인 스펙트럼 확산통신의 기본구성 원리와 각종 방식에 대하여 알기 쉽게 철저히 설명한다.
다음은, 2.4GHz대의 디지털 변복조 기술을 이용하고 있는 무선 LAN 시스템을 철저히 분석하여 실제의 무선 LAN 시스템의 하드웨어를 공개하고 응용 설계가 가능하도록 상세하게 해설한다.
그리고, 2.4GHz대 무선 LAN과 Bluetooth 시스템에서 사용되는 안테나의 실무지식에 대해 언급하며, 더구나 무선랜은 휴대전화와는 달리, 옥내외에서장·단거리 통신, 이동을 수반하는 통신 등, 통신 형태에 맞춘 안테나를 사용하게 되는데, 각각의 형태에 따라 대표적인 안테나의 원리를 해설한다. 그리고 안테나 기술로서 현재 연구되고 있는 독특한 ESPA 안테나(Electronically Steerable Passive Array Radiator)에 대해서도 소개한다.
마지막으로, SS 방식을 채용한 무선기기의 특성과 동작시험의 개요 및 표준규격, 기술적합 기준에 준거한 특성시험, 자동 측정 시스템, 양부 동작의 판정시험 등에 대하여 해설한 다음, 2.4GHz대의 무선랜 시스템에 초점을 맞추어 특성시험에 대해 해설한다.
본서는 무선 LAN을 비롯한 무선 데이터 통신기기 설계분야 종사자들에게 하나의 설계 지침서로서도 가치가 있을 것이다.

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주요 내용

■ 무선 LAN의 동향과 기본지식

무선 LAN의 표준규격과 동향(IEEE802.11규격)
방식별 무선 LAN 시스템의 장단점, 무선 LAN의 접속 방법, 무선 LAN에서의 peer to peer 접속의 실현 방법, 액세스포인트를 사용한 접속
FH/DS/적외선의 물리층에 대하여(구조, 데이터 포맷, 변조방식, MAC 부층의 아키텍처)

■ 디지털 변복조 방식의 해설

아날로그 변조와 디지털 변조의 개요와 비교, 이산값에 의한 디지털 변복조의 원리, 주파수 이용 효율을 높이는 다치변조의 원리
ASK(Amplitude Shift Keying)의 변복조 원리, FSK(Frequency Shift Keying)의 원리와 변복조기 구성, MSK(Minimum Shift Keying)
GMSK(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying), PSK(Phase Shift Keying): BPSK, 차동부호화 BPSK 
QPSK(Quadrature PSK)의 원리 해설과 변조상태의 표현, QPSK 변조파의 생성법, π/4 Shift QPSK의 원리, QPSK의 문제점, OQPSK(Offset QPSK)의 원리
QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 원리와 변복조기의 기본구성, 복조시의 오류를 경감시키는 연구(그레이 부호), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)
디지털 변복조 회로의 평가용 측정기: 임의 파형 발생기, 디지털 변조신호 발생기, 광대역 IQ 복조기

■ 스펙트럼 확산통신의 기본 해설

스펙트럼 확산(Spread Spectrum: SS) 통신의 원리와 장단점, SS 통신방식의 구성과 기본방식, 확산·역확산의 원리
직접 스펙트럼 확산 방식(Direct Sequence Spread Spectrum: DS-SS)의 원리, 송신계와 수신계의 구성, 생성신호의 스펙트럼
확산/역확산의 의미, PN 계열에 대하여, 간섭파의 배제, 협대역/광대역 간섭파 특성, DS 방식이 가장 싫어하는 간섭파
다원접속의 가능성, 잠재적 가입자와 과부하 특성
DS-SS 통신의 주파수 이용 효율: 오류정정 부호에 의한 방법, 직교 다치변조에 의한 방법, 동시 접속수를 더욱 증가시킨다 
주파수 호핑 스펙트럼 확산 방식(Frequency Hopping Spread Spectrum :FH-SS)의 원리와 Hopping synthesizer
FH-SS 방식의 수신기, 간섭파의 영향과 제거, SFH(Slow Frequency Hopping)와 FFH(Fast Frequency Hopping)
FH-SS 방식이 상정하는 간섭파, 호핑 패턴과 다원접속,  Hybrid FH/DS 방식
SS 변조를 위한 부호: 상관값과 상관함수, M계열의 원리와 구성 및 성질
M계열의 자기상관함수와 스펙트럼 분포, 상호상관함수, 비 M계열, Gold 부호 계열, 다치 계열, FH-SS 방식에 적합한 확산계열
동기포착과 추적: 동기 확립의 문제, DS-SS 방식에 있어서 동기포착, Serial Search Acquisition, Matched Filtering, 비 M계열에 의한 영향
DS-SS 방식에 있어서 동기추적: Delay Locked Loop, Tau Dither Loop, FH-SS 방식의 동기포착과 추적회로
이동체 통신환경에서의 스펙트럼 확산통신: 멀티패스(multi-path), 페이딩(fading), 파형 일그러짐, 코히어런트(coherent) 대역폭, 플랫 페이딩과 주파수 선택성 페이딩
대표적인 페이딩 대책: 공간 diversity, 어댑티브 어레이 안테나(Adaptive array antenna), 적응 자동 등화(Adaptive equalizer), 각 방식의 유효성, 멀티캐리어(multi-carrier)
FH-SS 방식의 적용과 효과(고속 FH에 의한 페이딩 성질의 변화, 통신품질의 균일화), DS-SS 방식의 적용과 효과

■ 무선 LAN 시스템의 분석과 설계

무선 LAN 시스템 설계의 개요, adhoc network와 infrastructure network, adhoc network, infrastructure network 
무선 LAN의 사양 규정(IEEE 802.11), 사용 주파수대, 데이터레이트, 변조방식에 대하여
무선 LAN 단말의 회로 분석과 설계 포인트: PCMCIA 카드형 무선 LAN 단말[(주)멜코]
무선 LAN 단말의 회로방식, Prism 칩세트의 구성 해설, 안테나의 TX/RX 절환부, RF/IF 변환부, QPSK/BPSK의 변복조용 직교 변복조기
Prism 칩세트의 심장부, 미디어 액세스 컨트롤러, 기타 회로와 실현을 위한 키 포인트, 펌웨어 및 드라이버와 유틸리티 
무선 LAN 시스템의 실제 회로 구성(액세스포인트): 액세스포인트의 구성, CPU에 대하여, LAN 컨트롤러, 펌웨어와 설정 유틸리티
PrismⅡ를 채용한 무선 LAN 카드: PrismⅡ의 특징과 구성, 무선 LAN 단말의 송수신 회로 분석과 해설, 안테나 전환부
2.4GHz대 파워앰프 HFA3983, RF-IF 컨버터 HFA3683A, IF 모뎀 HFA3783, 베이스밴드 프로세서 HFA3861B
미디어 액세스 컨트롤러 HFA3841: 내부회로, OSI 모델에 있어서 MAC의 위치, CSMA/CA에 의한 무선 액세스 제어, 데이터의 재송에 의한 error recovery 기능, 은닉 단말 문제의 해결, 인증 및 암호화 기능에 의한 데이터 시큐리티
MAC 프레임의 구성, MAC의 데이터 구조, 베이스밴드 프로세서의 데이터 구조, PrismⅡ의 응용, 카드형의 무선 LAN 단말 액세스포인트 , 무선 LAN의 금후 동향 

■ 2.4GHz대 무선 LAN 시스템의 안테나 기술

모바일 시대의 무선 LAN 안테나, 무선통신의 매체 빛과 전파, IEEE 802.11b 규격에 따른 안테나, 2.4GHz대를 사용한 무선 LAN과 Bluetooth
옥내통신에 사용되는 안테나의 개요와 외관 및 전기적 특성 해설: whip antenna, dipole antenna, slot antenna, 유전체 안테나, 평면 안테나(patch antenna, microstrip antenna)
옥외 무선 LAN에 사용되는 안테나의 개요와 외관 및 전기적 특성: collinear antenna
Bluetooth용의 안테나: 칩 안테나의 개요와 전기적 특성
최근의 안테나 기술: ESPA 안테나(Electronically Steerable Passive Array Radiator), 에스파(ESPA) 안테나의 외관과 전기적 특성

■ 규격에 의한 2.4GHz대 SS장치와 무선LAN의 측정과 평가법

2.4GHz대 SS 무선기기의 동작시험과 평가방법: SS 무선기기의 특성시험 개요, 특성시험의 특징, 2.4GHz대를 이용하기 위한 법규의 기초지식
기술적합 기준에 준거한 특성시험: 시험할 SS 무선기기의 변조방식을 확인, 특성시험에 필요한 측정기, 측정기 계통
스펙트럼 애널라이저의 기능, 주파수 카운터의 기능, 파워미터 
기술적합 기준의 시험항목과 불량 판정 시험항목,  SS 무선기기 전용의 자동 시험 시스템에 의한 특성 측정
특성 시험의 실제: 주파수 편차의 측정, 점유 주파수대폭, spurious 발사의 강도, 공중선 전력의 편차, 수신장치의 부차 발사
양부 동작의 판정 시험: carrier sense 기능, 상관 센스 기능, 호출부호 기억장치 및 식별장치
무선 LAN 시스템의 측정과 기능 평가: 주파수 편차의 규격과 측정법, 허용값은 ±50×10-6 이하, 주파수의 측정 방법
기기의 송신출력 공중선전력의 규격과 측정법: 전력밀도에 의한 규정, SS 방식에 의한 총출력 전력의 차이, 변조방식에 따라 공중선전력과 주파수의 규정이 차이, 공중선전력의 측정 방법
안테나의 송신전력 EIRP의 규격: 안테나의 송신전력을 나타내는 파라미터 EIRP, EIRP 규제값: 16mW/MHz 이하, 안테나 이득과 통신거리
규격내에서 안테나 이득을 높여 통신거리를 연장시키기 위한 수법, 점유 주파수대폭 및 확산 대역폭의 규격과 측정법, 점유 주파수대폭과 확산 대역폭의 규격
송신 스퓨리어스의 규격과 측정법: 송신 spurious의 규격과 측정방법, 불요복사의 규격과 측정법, 수신감도의 규격과 측정법
회선 설계후의 시스템 평가시험(전파시험), 무선 LAN의 패킷 통신 기능의 평가(데이터 전송속도의 평가법, 통신거리 및 클라이언트 수와 스루풋)
회선 설계의 개요와 순서(기본정수의 명확화, 공간손실의 계산, 계산 예와 회선의 평가), 2.4GHz 무선 LAN의 회선 설계 사례

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