< 무선의 개요 >

▣ 반송파와 주파수

무선 통신이란 간단히 말해 반송파라는 무선신호에 데이터를 변조 / 복조하여 통신하는 것을 말합니다 .

반송파란 무엇이며 , 변조와 복조는 무엇인가 ?

반송파란 (Carrier) 기준 무선이라고 생각하시면 됩니다 .
우리가 흔히 말하는 400MHz, 2.4GHz 와 같은 무선입니다 .
이 무선에 우리가 원하는 데이터를 입히는 것입니다 . 이 과정이 변조이며 , 이 반대 과정이 복조입니다 .
파일의 압축과 풀기를 생각하시기 바랍니다 .

주파수란 (Frequency) 초당 완벽한 한 사이클 ( 파형 ) 을 이루는 개수를 의미하며 ,
단위로는 헤르쯔 ( Hertz:Hz ) 를 사용됩니다 .
즉 주기적으로 변동하는 현상에서 같은 상태가 1 초 동안에 몇 번 돌아오는가를 나타내는 수입니다 .
만약 1 초 동안 한번 주기가 반복되면 이를 1 Hz 라 합니다 .

▣ 파장

파장이란 (Wave-length) 이란 파형의 동일한 위치 사이의 거리를 의미합니다 .
무선시스템에서 이 거리는 보통 m, cm, mm 가 사용됩니다 .

파장은 주파수의 신호에 따라 달라집니다 .
높은 주파수는 파장이 작습니다 . 즉 산과 산 , 골과 골의 사이가 짧다는 것이죠 .
일반적인 주파수와 파장의 관계는 아래와 같습니다 .

220 - 230 MHz range : 약 136cm
405 - 490 MHz range : 약 67cm
869MHz range : 약 34.5cm
900MHz range : 약 33cm

주파수 , 파장 등에 따라 무선의 특징이 구분되는 것입니다 .
또한 파장의 계산법은 매우 중요합니다 . 파장은 안테나의 크기와 설치에도 영향을 미칩니다 .
이론상 안테나는 반사면으로부터 10 파장보다 가깝게 설치되어서는 안됩니다 .

▣ 채널

무선은 주파수대역으로 나누어 질 수 있으며 , 각각의 주파수대역은 주파수 채널로 나누어집니다 . 
각각의 채널 폭은 규정되어 있습니다 .

채널의 폭은 얼마나 데이터가 빠르게 전송될 수 있는지를 말해주며 ,
채널의 폭이 넓을수록 데이터 전송률이 높습니다 .

높은 무선 데이터 전송률을 가지는 높은 주파수 대역은 범위가 넓고 , 채널 역시 넓습니다 .
예를 들어 , 낮은 주파수 대역에서의 채널은 일반적으로 12.5KHz 로 규정되며 ,
License-free 채널인 2.4GHz 주파수 대역의 채널은 그보다 수 백배 넓은 20MHz 입니다

▣ 출력

출력이란 (Radio Power) 정의된 대역에서의 에너지의 양으로 계산되며 , 그 측정은 두 가지 단위를 사용합니다 .
dBm : 1mW 전력을 기준으로 dB 스케일을 적용한 값 .
W : 전력을 기준으로 한 값

가시거리 (LOS, Line of Sight) 란 안테나에서 안테나까지의 시야확보를 말합니다 .

▣ 전파전송의 특징

전파의 전달이란 송신기와 수신기 사이의 신호 감쇄가 발생하기 때문에 매우 복잡하고 다양한 메커니즘입니다 .
신호감쇄의 요인은 다양하지만 그 중에 신호의 회절 (Diffraction), 확산 (Scattering), 반사 (Reflection) 에 대해 알아보도록 합니다 .
위에 언급한 3 가지 외에 굴절 (refraction), 전달 (Transmission), 투과 등에 의한 다양한 감쇄의 요인들이 있습니다

회절 은 송신기와 수신기 사이의 가시거리에서 장애물에 의해 막혔을 때 발생합니다 .

여기서 장애물 ( obstacle ) 이란 신호의 파장보다 매우 큰 것을 의미한다 . (450MHz 의 경우 67cm)

가시거리가 존재하지 않을 때 조차 Waves bend around the obstacle .

확산 은 가시거리내에서 파장의 길이와 비슷한 장애물이 있을 때 발생합니다 .
장애물로써 나뭇잎 , 거리 표지판 , 가로등 등이 있습니다 .
파동이 다양한 방향으로 무수히 많은 숫자로 퍼저나간다는 것을 제외하면 회절과 비슷합니다 .
확산은 대단이 예상하기가 어렵습니다 .

예를 들어 봅시다 .
활엽수와 침엽수로 뒤덮여 있는 곳을 생각해 봅니다 .
어느쪽 환경이 무선에 더욱 안 좋을 까요 ?

그렇습니다 . 바로 침엽수 입니다 .

반사 란 무선 파동이 파장보다 큰 장애물과 만났을 때 발생합니다 .
반사된 파동은 수신기에서 신호수준이 증가되거나 감소될 수 있습니다 .
많은 예에서 수신된 신호의 수준은 매우 불안정한 경향이 있습니다 .
이를 일반적으로 다중경로페이딩 이라고 합니다 .
Fading 이란 시간에 따라 전파의 강도가 변하는 것을 의미합니다 .
예를 들어 , 지표면 , 건물 , 벽 등이 해당됩니다 .

▣ 장애물의 영향
장애물은 신호감쇠와 전송거리를 감쇠시킨다 .
금속이나 젖은 장애물은 비금속이나 젖지 않은 장애물보다 더 많이 감쇠가 일어난다 .
안테나에 가까운 장애물이 더 많이 감쇠를 시킨다 .
주변의 무선주파수의 사용은 간섭을 일으키는 주요 원인이 됩니다 . 사용하고 있는 주파수를 확인해야합니다 .

그러므로 꼭 거리테스트를 해야 합니다

▣ 안테나
안테나는 특정 주파수에서 무선 신호를 송수신하기 위해 섬세하게 설계되었습니다 .
안테나가 없다면 무선장비에서 생성되는 미약한 RF 에너지만을 송출하게 될 것입니다 .
안테나는 무선 장비에 바로 장착할 수도 잇지만 보통 서로 따로 설치하여 동축 케이블로 연결합니다 .
동축케이블은 RF 시그널을 감쇄시키므로 케이블 안에서도 신호 감쇄가 발생합니다 .
안테나는 RF 에너지를 특정 방향으로 초점을 맞추도록 설계 될 수 있습니다 .
설계된 방향으로 RF 에너지는 특정 이득으로 증폭됩니다 .
그 이득은 동축 케이블에서의 loss 를 보상할 수 있으며 , 전송 안테나로부터 송출되는 출력을 증가 시킬 수 있으며 , 같은 방법으로 수신 안테나에서 수신 시그널을 증폭 할 수도 있습니다 .
따라서 고 이득 안테나는 transmitter 에서 RF 출력을 증가 시키고 , receiver 의 수신감도를 향상시켜 안정적인 전송거리를 증가시키는 효과를 가집니다 .

무지향성 안테나 ? Dipole, Collinear, GP ….
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