📚 지식 노트

전파 기초: 주파수, 파장, 대역

무선 통신은 전자기파에 정보를 싣는 일이다. 전자기파는 빛의 속도 c로 나아가고, 1초에 몇 번 진동하는지가 주파수 f, 한 번 진동하는 동안 나아가는 거리가 파장 λ다. 둘은 λ = c / f로 묶여 있다. 와이파이의 2.4 GHz는 파장이 약 12.5 cm, 5 GHz는 6.0 cm, 교통카드의 13.56 MHz는 22.1 m나 된다.

파장은 성질을 정한다. 파장이 긴(주파수가 낮은) 전파는 벽과 장애물을 잘 돌아 넘고 멀리 가지만, 같은 시간에 실을 수 있는 폭이 좁다. 파장이 짧은 전파는 안테나가 작아지고 넓은 대역을 쓰기 쉬워 빠르지만, 벽·사람·비에 쉽게 막힌다. 그래서 집 안 와이파이는 2.4 GHz가 멀리 닿고 5·6 GHz가 빠르며, 공유기는 둘을 함께 켠다.

전파는 모두가 함께 쓰는 자원이라 나라마다 주파수를 나눠 관리한다. 이동통신처럼 사업자가 돈을 내고 혼자 쓰는 면허 대역이 있고, 규칙(출력 제한 등)만 지키면 누구나 쓸 수 있는 비면허 대역이 있다. 2.4 GHz는 원래 산업·과학·의료용(ISM) 대역이라 전자레인지까지 같은 대역을 쓰고, 와이파이·블루투스·Zigbee가 그 위에서 자리를 다툰다. 5 GHz와 6 GHz도 와이파이에 열린 비면허 대역이지만, 쓸 수 있는 채널과 출력은 나라마다 다르다.

신호 세기: dBm과 경로 손실

무선에서 다루는 전력은 수십 mW에서 10억분의 1 mW 아래까지 걸쳐 있어서 로그 단위를 쓴다. dBm은 1 mW를 0으로 둔 데시벨이다. 10 dB 오르면 10배, 3 dB 오르면 약 2배다. 공유기 출력 20 dBm은 100 mW이고, 휴대폰이 받는 −70 dBm은 0.0000001 mW다. 덧셈·뺄셈만으로 계산이 되는 것이 dB의 장점이다: 받는 세기 = 보낸 세기 + 안테나 이득 − 손실.

장애물이 하나도 없어도 전파는 퍼지면서 약해진다. 이를 자유 공간 경로 손실이라 하고, 20·log10(4πdf / c) dB다. 2.4 GHz에서 1 m만 가도 약 40 dB가 줄고, 거리가 두 배면 6 dB, 열 배면 20 dB가 더 준다. 20 dBm으로 보낸 신호는 10 m 앞에서 약 -40 dBm이다. 같은 거리에서 주파수가 높을수록 손실이 크다(이 공식은 안테나 크기를 고정하지 않고 등방성 안테나를 가정했기 때문이며, 높은 주파수는 같은 면적에 안테나를 더 많이 넣어 이를 되찾는다).

실제 실내에서는 벽·가구·사람이 흡수하고, 반사된 전파가 여러 길로 와서 서로 보강되거나 상쇄된다(다중 경로 페이딩). 손바닥 하나만큼 움직여도 세기가 몇 dB씩 출렁이는 이유다. 신호 자체의 세기와 함께 중요한 것이 바탕에 깔린 잡음과의 비율, SNR(신호 대 잡음비)이다.

변조와 섀넌 용량

전파에 비트를 싣는 일이 변조다. 반송파의 세기(진폭), 주파수, 위상 중 무엇을 바꾸느냐로 나뉜다. 세기를 켰다 껐다 하는 ASK, 두 주파수를 오가는 FSK(블루투스가 이 계열), 위상을 뒤집는 PSK가 있다. 오늘날 빠른 통신은 진폭과 위상을 함께 바꾸는 QAM을 쓴다.

이를 한눈에 보는 그림이 성상도다. 가로가 동위상(I), 세로가 직교(Q) 성분이고, 점 하나가 보낼 수 있는 심볼 하나다. 점이 2개면 심볼당 1비트, 16개면 4비트, 와이파이 6의 1024-QAM은 10비트, 와이파이 7의 4K-QAM은 12비트다. 점이 많을수록 빨라지지만 점 사이가 좁아져서, 잡음이 조금만 끼어도 이웃 점으로 잘못 읽힌다. 그래서 기기는 신호가 좋을 때만 촘촘한 성상도를 쓰고, 멀어지면 성긴 쪽으로 내려간다. 공유기 근처에서만 최고 속도가 나는 이유다.

그렇다면 한계는 어디인가. 섀넌은 대역폭 B와 SNR이 주어진 통신로에서 오류 없이 보낼 수 있는 최대 속도가 C = B·log2(1 + SNR)이라고 보였다. 20 MHz 채널에서 SNR 20 dB(신호가 잡음의 100배)면 약 133 Mbit/s, 30 dB면 199 Mbit/s다. SNR을 10 dB 올려도 용량은 조금 늘지만, 대역폭을 두 배(40 MHz)로 하면 266 Mbit/s로 곧장 두 배가 된다. 와이파이가 세대마다 채널 폭을 넓혀 온 이유다. 이 공식이 어디서 나오는지는 정보 이론 노트, 신호를 주파수로 보는 법은 신호 처리 노트에 있다.

다중 접속: 같은 전파를 나눠 쓰기

한 공간의 전파는 하나뿐이라 여러 사용자가 나눠 써야 한다. 나누는 축에 따라 이름이 붙는다.

• TDMA(시분할): 시간을 잘게 나눠 차례로 쓴다. 2G GSM이 대표적이다.
• FDMA(주파수 분할): 주파수를 나눠 각자 자기 띠를 쓴다. 라디오 방송국이 서로 다른 주파수를 쓰는 것과 같다.
• CDMA(코드 분할): 모두가 같은 시간·같은 주파수에 겹쳐 보내되, 사용자마다 다른 부호를 곱해 보낸다. 받는 쪽이 자기 부호로 풀면 다른 사람의 신호는 잡음처럼 흩어진다. 3G의 바탕이었다.
• OFDM·OFDMA: 넓은 대역을 서로 간섭하지 않는 수많은 좁은 부반송파로 쪼개 동시에 보낸다(OFDM). 여기에 시간×부반송파 칸을 사용자마다 나눠 주면 OFDMA다. LTE·5G와 와이파이 6 이후가 모두 이 방식이다. 좁은 부반송파 하나하나는 느리게 바뀌어서 다중 경로 반사에 강하다.

와이파이(무선랜)

와이파이는 IEEE 802.11 표준을 따르는 무선랜이다. IEEE가 기술 표준을 정하고, 업계 단체 Wi-Fi Alliance가 장치들이 서로 맞는지 인증하며 "Wi-Fi 6" 같은 세대 이름을 붙인다. 아래 표의 연도는 IEEE 개정안의 승인 연도다. 인증은 표준 확정 전에 시작되기도 해서, Wi-Fi Alliance는 Wi-Fi 6를 2018년, Wi-Fi CERTIFIED 7을 2024년에 도입했다고 적는다.

CSMA/CA: 유선 이더넷의 옛 방식은 보내면서 충돌을 듣다가 충돌하면 멈췄다. 무선 기기는 자기가 보내는 강한 신호 때문에 남의 신호를 동시에 들을 수 없다. 그래서 와이파이는 충돌을 감지하는 대신 피한다. 보내기 전에 채널이 조용한지 듣고(반송파 감지), 조용해도 바로 보내지 않고 무작위로 뽑은 슬롯 수만큼 더 기다린다(백오프). 받는 쪽은 잘 받으면 곧바로 ACK를 돌려준다. ACK가 없으면 충돌로 보고 더 넓은 범위에서 다시 뽑는다.

이 방식은 기기가 늘면 기다리는 시간과 충돌이 함께 는다. 아파트처럼 공유기가 빽빽한 곳에서 와이파이가 느린 이유이고, 와이파이 6가 OFDMA로 한 번의 전송 기회를 여러 기기에 나눠 주는 이유다.

숨은 노드 문제: 반송파 감지에는 빈틈이 있다. 공유기를 사이에 두고 양쪽 끝에 있는 두 기기는 공유기와는 잘 통하지만 서로의 신호는 못 듣는다. 둘 다 "조용하다"고 판단해 동시에 보내면 공유기에서 부딪친다. 802.11은 이를 줄이려고 보내기 전에 짧은 RTS(보내도 되나)를 보내고, 공유기가 CTS(지금 보내라)로 답하게 할 수 있다. CTS는 공유기가 내보내므로 숨은 쪽 기기도 듣고 그동안 기다린다. 대신 프레임이 둘 더 붙어 지연과 부담이 늘므로 짧은 패킷에서는 오히려 손해일 수 있고, 완전한 해결책도 아니다.

채널과 간섭: 2.4 GHz 대역의 채널 번호는 중심이 5 MHz씩 떨어져 있지만 채널 하나의 폭은 20 MHz 남짓이라 이웃 채널끼리 겹친다. 서로 안 겹치는 조합은 1·6·11뿐이다. 이웃집과 같은 채널을 쓰면 CSMA/CA로 순서를 나눠 쓰지만, 반쯤 겹친 채널을 쓰면 서로를 신호로 알아보지 못하고 간섭으로만 받아 더 나쁠 수 있다. 5 GHz와 6 GHz는 겹치지 않는 채널이 훨씬 많아 붐빌 때 유리하다. 대신 채널을 묶어 넓히면(80·160·320 MHz) 빠른 만큼 남과 겹칠 확률도 커진다.

MIMO와 빔포밍: 안테나를 여러 개 두면 두 가지를 할 수 있다. 하나는 같은 채널에 서로 다른 데이터 줄기(공간 스트림)를 동시에 보내 속도를 곱하는 MIMO다. 다중 경로 반사가 오히려 스트림을 구별하는 단서가 된다. 다른 하나는 안테나마다 위상을 살짝 달리해 전파가 특정 방향에서 보강되게 하는 빔포밍이다. 이 둘을 합쳐 여러 기기에 동시에 다른 스트림을 보내는 것이 MU-MIMO다.

메시: 집이 넓으면 공유기 하나로 구석까지 닿지 않는다. 메시 와이파이는 AP 여러 대가 서로 무선(또는 유선)으로 이어져 하나의 네트워크 이름을 내고, 기기는 가까운 AP로 옮겨 붙는다. AP끼리 잇는 구간(백홀)도 전파를 쓰면 그만큼 대역을 나눠 먹으니, 가능하면 AP끼리는 유선으로 잇는 것이 가장 빠르다. 집 안 네트워크에서 어디가 병목이 되는지는 네트워크 노트에 있다.

WPA2와 WPA3: 와이파이 비밀번호는 전파 구간을 암호화하는 키를 만드는 재료다. WPA2-Personal은 오래 쓰였지만, 연결 과정을 엿들은 사람이 그 기록을 들고 가 비밀번호를 오프라인에서 계속 맞혀 볼 여지가 있었다. Wi-Fi Alliance가 2018년 6월 발표한 WPA3는 SAE라는 키 교환으로 바꿔 비밀번호 추측에 더 강하게 했고, 관리 프레임 보호(PMF)를 필수로 했으며, 기업용에는 192비트 수준의 암호 강도를 두었다. 지금은 Wi-Fi CERTIFIED 장치에 WPA3가 필수다. 그래도 짧고 흔한 비밀번호는 어떤 방식으로도 약하다.

블루투스: Classic과 BLE

블루투스는 이름은 하나지만 사실상 두 가지 라디오다. 둘 다 2.4 GHz ISM 대역의 2.402~2.480 GHz를 쓴다.

• Classic(BR/EDR): 1 MHz 간격의 채널 79개를 빠르게 건너뛰며(주파수 도약) 쓴다. 두 기기를 계속 잇는 점대점 연결로, 무선 이어폰·스피커·차량 오디오처럼 끊김 없는 음성 스트리밍에 맞다.
• BLE(Bluetooth Low Energy): 2 MHz 간격의 채널 40개 가운데 3개가 광고용, 37개가 데이터용이다. 대부분의 시간을 잠들어 있다가 아주 짧게 깨어 주고받도록 설계해서 코인 전지로 몇 달~몇 년을 간다. 심박계·스마트워치·도어락·비콘·위치 찾기 태그가 이쪽이다.

BLE 기기는 먼저 광고(advertising)를 한다. 광고 채널에 "나 여기 있어요, 이런 기능이 있어요"라는 짧은 패킷을 주기적으로 뿌리고, 근처의 휴대폰은 이를 훑어(스캔) 목록에 띄운다. 연결을 맺으면 두 기기는 정해진 간격으로만 잠깐씩 만나 데이터를 주고받고, 사이사이 라디오를 꺼 둔다. 연결 뒤의 데이터는 GATT라는 틀로 정리된다. 기기(GATT 서버)는 여러 서비스를 가지고, 서비스는 값 하나씩을 담은 특성(characteristic)들로 이뤄진다. 휴대폰(클라이언트)은 특성을 읽거나 쓰고, 값이 바뀔 때 알려 달라고 구독한다. 심박 서비스처럼 공통 서비스가 표준으로 정해져 있어서, 제조사가 달라도 같은 앱이 읽을 수 있다.

블루투스 오디오와 코덱: 무선 이어폰의 음질과 지연은 블루투스 버전보다 코덱이 더 크게 정한다. Classic 오디오는 기본 코덱 SBC에 휴대폰과 이어폰이 함께 지원하면 AAC·aptX·LDAC 같은 코덱을 골라 쓰고, 두 기기가 모두 지원하는 것 중에서만 고를 수 있다. Classic의 뒤를 잇는 LE Audio는 BLE 라디오 위에서 오디오를 보내며, 새 표준 코덱 LC3를 넣었다. Bluetooth SIG는 LC3가 SBC보다 낮은 비트레이트에서도 더 좋은 음질을 낸다는 청취 시험 결과를 소개한다(제조사·연구소 쪽 주장이다). LE Audio는 이어폰 양쪽에 따로 동기된 스트림을 보내는 다중 스트림, 한 송신기가 수많은 수신기에 방송하는 Auracast, 보청기 지원을 함께 가져왔다. 오디오 기기 쪽에서 본 지연과 게임용 무선은 오디오 노트에 있다.

비콘과 RSSI 거리 추정

비콘은 BLE 광고만 하는 작은 기기다. 연결도 하지 않고 "나는 이 식별자다"를 계속 뿌린다. 휴대폰 앱이 이를 들으면 "박물관의 3번 전시물 앞" 같은 위치 맥락을 알 수 있다. Apple의 iBeacon은 iOS의 Core Location으로 비콘과의 가까운 정도를 알려 주는 형식이고, Google의 Eddystone은 식별자(UID)·URL·원격 측정(TLM)·암호화된 임시 식별자(EID) 프레임을 정의한 공개 형식이었다(저장소는 2022년 12월 보관 처리되었다).

비콘으로 거리를 재는 흔한 방법은 받은 신호 세기 RSSI를 쓰는 것이다. 비콘은 "1 m에서 재면 이만큼"이라는 보정값을 함께 광고하고, 휴대폰은 로그 거리 모델 RSSI = A − 10·n·log10(d)를 거꾸로 푼다. 여기서 n이 경로 손실 지수다. 빈 공간이면 2, 사람과 벽이 많은 실내면 3 이상이다. 1 m 값이 −59 dBm인 비콘을 −75 dBm으로 받았다면 n = 2로 풀면 6.3 m, n = 3이면 3.4 m가 된다. 같은 측정이 두 배 가까이 다른 답이 되는 셈이다.

게다가 RSSI는 다중 경로 페이딩 때문에 가만히 있어도 몇 dB씩 흔들린다. −75 dBm이 ±4 dB만 흔들려도 n = 2에서 4.0 m~10.0 m로 범위가 벌어진다. 그래서 RSSI 거리 추정은 "바로 앞 / 근처 / 멀리" 정도의 구간으로 쓰고, 여러 번 재 평균을 내거나 비콘 여러 개를 함께 본다. 정확한 거리가 필요하면 세기가 아니라 시간을 재는 UWB(아래)를 쓴다. 휴대폰이 와이파이·GPS·비콘을 섞어 위치를 잡는 방식은 위치 노트에 있다.

NFC와 RFID

NFC는 13.56 MHz를 쓰는 아주 가까운 거리의 통신이다. NFC Forum은 보통 거리를 2 cm 안팎으로 적는다. 와이파이처럼 전파를 멀리 내보내는 것이 아니라, 리더의 코일과 카드의 코일이 변압기처럼 자기장으로 맞물리는(유도 결합) 방식이다. 13.56 MHz의 파장은 22.1 m인데 쓰는 거리는 수 cm라, 전파가 퍼져 나가는 원거리장이 아니라 코일 가까이에만 있는 근거리장 영역이다. 덕분에 자기장으로 전력까지 보낼 수 있어 카드에는 전지가 없다.

NFC 기기는 세 가지로 동작한다. 휴대폰이 교통카드·결제 카드인 척하는 카드 에뮬레이션, 태그나 카드를 읽는 리더/라이터, 두 기기가 직접 주고받는 P2P다. 교통카드·사원증·도서 태그가 모두 같은 대역의 비접촉 카드 기술 위에 있다.

RFID는 더 넓은 이름이다. NFC가 쓰는 13.56 MHz 계열 말고도, 물류 상자와 옷 가격표에 붙이는 UHF 대역 태그는 수 m 밖에서 한꺼번에 여러 개를 읽을 수 있다. 이쪽은 리더의 전파를 받아 그 일부를 되쏘는(후방 산란) 방식으로 답한다. 거리가 멀어진 만큼 개인 결제에는 쓰지 않고, 창고 재고처럼 "많이, 빨리 세기"에 쓴다.

UWB: 시간으로 거리를 잰다

UWB(초광대역)는 아주 넓은 대역(FiRa 기준 500 MHz 채널)에 약 2 ns 길이의 짧은 펄스를 쏜다. 펄스가 짧으면 도착 시각을 정밀하게 잴 수 있고, 시간을 재면 거리가 나온다. 두 기기가 주고받는 양방향 거리 측정에서는 A가 폴을 보내고, B가 받은 뒤 정해진 시간만큼 지나 답한다. A는 왕복 시간에서 B의 응답 지연을 빼고 반으로 나눠 전파가 날아간 시간(비행 시간)을 얻는다. 3 m라면 비행 시간은 10.0 ns에 불과하고, 왕복 시간을 1 ns 틀리면 거리가 15 cm 틀린다. 그래서 UWB는 ns 아래를 다루는 정밀한 시계가 핵심이고, 잘 되면 cm 수준의 거리를 준다.

시간으로 재는 방식은 보안에도 쓸모가 있다. 신호 세기만 보는 스마트키는 누군가 키의 신호를 받아 멀리서 증폭해 다시 쏘는 중계 공격에 속을 수 있다. 거리를 시간으로 재면 중계는 시간을 늘릴 뿐 줄일 수 없어서, 키가 실제보다 가깝다고 속일 수 없다. 자동차 디지털 키, 다가가면 열리는 도어락, 물건 찾기 태그의 정밀 위치가 UWB를 쓰는 이유다. 안테나 여러 개로 도착 각도까지 재면 방향도 알 수 있다.

셀룰러: 셀, 핸드오버, LTE와 5G

이동통신은 지역을 셀이라는 작은 구역으로 나누고 셀마다 기지국을 둔다. 셀을 작게 나눌수록 같은 주파수를 멀리 떨어진 셀에서 다시 쓸 수 있어 전체 용량이 커진다. 도심의 셀이 촘촘하고 시골의 셀이 넓은 이유다.

걸어가거나 차를 타면 지금 기지국은 멀어지고 이웃 기지국은 가까워진다. 통화와 데이터가 끊기지 않게 이웃으로 넘기는 것이 핸드오버다. 두 세기가 같아지는 순간 넘기면, 경계에서 세기가 출렁일 때마다 이쪽저쪽으로 오가는 핑퐁이 생긴다. 그래서 이웃이 몇 dB 더 세져야(히스테리시스) 넘긴다. 1 km 떨어진 두 기지국, 경로 손실 지수 3.5, 히스테리시스 3 dB라면 넘기는 곳은 한가운데(500 m)가 아니라 약 549 m다.

LTE(4G)는 OFDMA로 자원을 잘게 나누고 모든 것을 IP 패킷으로 다루는 이동통신이다. 5G는 같은 방향을 이어 가면서 세 가지를 더 노렸다. 더 넓은 대역으로 빠른 속도, 공장·자동차를 위한 짧은 지연, 센서 수많은 개를 한꺼번에 붙이는 연결 밀도다. 5G의 일부는 수십 GHz의 mmWave(밀리미터파)를 쓴다. 28 GHz의 파장은 1.1 cm이고, 같은 100 m에서 3.5 GHz보다 자유 공간 손실만 약 18 dB 더 크다. 게다가 벽·나뭇잎·사람 몸에도 잘 막힌다. 대신 파장이 짧아 손톱만 한 면적에 안테나 수십 개를 넣어 빔포밍으로 손실을 되찾고, 아주 넓은 대역을 쓸 수 있다. 그래서 mmWave는 경기장·역처럼 사람이 몰리는 좁은 곳을 빠르게 채우는 용도로 쓰이고, 넓은 지역은 낮은 대역이 맡는다.

NSA와 SA: 5G 초기 망은 대부분 NSA(non-standalone)다. 5G 무선(NR)을 기존 LTE 기지국·LTE 코어망(EPC)과 함께 묶어(EN-DC) 속도는 5G 무선에서 얻지만, 서비스는 4G 코어가 주는 것뿐이다. 5G 무선을 5G 코어망(5GC)에 바로 잇는 SA(standalone)여야 5G 1단계 표준의 서비스를 모두 쓸 수 있다고 3GPP는 설명한다. 휴대폰에 5G가 떠도 어느 방식인지에 따라 지연과 기능이 다를 수 있다는 뜻이다.

저전력 광역과 스마트홈 망

센서 하나가 하루에 몇 번 몇십 바이트만 보내면 되는데 전지는 몇 년 가야 한다면, 와이파이도 LTE도 맞지 않는다. 이 틈을 메우는 것이 저전력 광역 통신(LPWAN)이다. 속도를 크게 포기하고 거리와 전지 수명을 얻는다.

• LoRa·LoRaWAN: LoRa는 1 GHz 아래의 비면허 대역에서 쓰는 변조 방식이고, LoRaWAN은 그 위의 망 규칙이다. 기기는 근처의 게이트웨이와 한 번에 통신하고, 게이트웨이는 받은 무선 패킷을 IP로 바꿔 네트워크 서버로 넘긴다. LoRa Alliance는 시골에서 최대 15 km, 10년 넘는 사용을 내세우지만 조건이 붙지 않은 홍보 수치라, 실제로는 지형과 보내는 빈도에 크게 달려 있다. 누구나 게이트웨이를 세워 자기 망을 꾸릴 수 있다.
• NB-IoT·LTE-M: 이동통신 표준 단체 3GPP가 LTE를 바탕으로 만든 사물용 셀룰러다. 면허 대역에서 통신사 망을 그대로 쓰니 게이트웨이를 세울 필요가 없고, 오래 잠들어 있다가 깨는 절전 모드를 둔다. 수도·가스 원격 검침처럼 지하나 건물 깊은 곳의 계량기에 쓰인다.

집 안은 사정이 다르다. 전구·스위치·센서 수십 개가 서로 가까이 있고 전지로 도는 것도 많다. Zigbee와 Thread는 둘 다 IEEE 802.15.4라는 저전력 라디오 위에서 기기들이 서로 중계하는 메시를 이룬다. 전원에 꽂힌 전구가 중계를 맡으면 멀리 있는 센서의 신호도 집 끝까지 간다. Thread는 IPv6를 그대로 쓰는 것이 특징이라 경계 라우터 하나만 있으면 집 안의 와이파이·인터넷과 IP로 이어진다.

Matter는 그 위의 응용 계층 표준이다. 와이파이와 Thread 위에서 돌고, 처음 설정(커미셔닝)은 블루투스 LE로 한다. 제조사가 달라도 한 앱·여러 플랫폼에서 같은 기기를 제어하고, 인터넷이 끊겨도 집 안에서 직접 제어하는 것을 목표로 한다. 기기 쪽에서 본 스마트홈은 IoT 노트에서 이어진다.

위성: GPS와 저궤도 인터넷

GPS는 위성이 보내는 신호를 듣기만 하는 위성 항법이다. 미국은 위성 최소 24기가 95%의 시간 동안 운용되도록 약속하고, 2023년 7월 기준 운용 위성은 31기였다. 위성은 약 20,200 km 높이의 궤도면 6개에 나뉘어 하루에 지구를 두 바퀴 돈다. 위성은 정밀한 원자시계의 시각과 자기 위치를 계속 방송하고, 수신기는 신호가 도착한 시각과의 차이로 위성까지의 거리를 구한다. 바로 위의 위성이라도 신호가 오는 데 약 67.4 ms가 걸리고, 전파는 1 μs에 약 300 m를 가므로 시계가 조금만 틀려도 위치가 크게 틀린다. 수신기의 싼 시계 오차까지 미지수로 놓고 풀기 때문에 위성이 적어도 4기 보여야 한다. 자세한 원리와 정확도를 떨어뜨리는 요인은 위치 노트에 있다.

통신 위성의 오랜 자리는 적도 위 정지 궤도다. 지구 자전과 같은 속도로 돌아 하늘에 멈춰 보이니 안테나를 고정해 두면 되지만, 너무 높아서 왕복하는 데 시간이 오래 걸린다. 요즘의 저궤도 위성 인터넷은 수백 km 높이에 아주 많은 위성을 띄워 지연을 지상 회선에 가깝게 줄였다. 고도 550 km라면 바로 위까지 약 1.8 ms다. 대신 위성 하나가 약 96분 만에 지구를 돌아 금방 하늘을 지나가니, 단말은 위성을 계속 바꿔 잡아야 하고(위성판 핸드오버) 많은 위성과 지상국이 필요하다. 바다·산간·재난 지역처럼 유선이 없는 곳에서 특히 쓸모가 있다.

무선 보안: 지키는 쪽에서

무선은 전파가 벽 너머까지 가니, 같은 공간의 누구든 신호를 받을 수 있다는 것이 출발점이다. 그래서 무선 구간만 믿지 말고 층마다 보호를 겹친다.

• 집·회사 와이파이: WPA3(안 되면 WPA2-AES)를 쓰고, 길고 흔하지 않은 비밀번호를 둔다. 공유기 관리자 비밀번호를 기본값에서 바꾸고 펌웨어를 최신으로 둔다. 손님용은 따로 분리된 네트워크로 연다.
• 공개 와이파이: 카페·공항의 AP는 주인을 확인할 수 없고, 같은 이름의 가짜 AP를 띄우는 것도 어렵지 않다. 이름이 그럴듯해도 믿지 말고, 자동 연결을 꺼 두며, 금융·로그인은 HTTPS가 확실한 곳에서만 하거나 이동통신 데이터를 쓴다. 인증서 경고가 뜨면 진행하지 않는다. VPN은 VPN 서버까지의 구간을 감싸 준다.
• 블루투스 페어링: 두 기기에 확인 숫자가 뜨면 직접 확인하고 맞을 때만 승인한다. 모르는 페어링 요청은 거절하고, 쓰지 않을 때는 기기를 페어링(검색 가능) 모드로 두지 않는다. 오래된 기기는 업데이트가 끊겨 알려진 약점이 그대로 남으니 운영체제와 기기 펌웨어를 최신으로 둔다.
• NFC·UWB 키: 결제는 휴대폰 잠금 해제나 생체 인증을 거치게 두고, 카드형 스마트키는 쓰지 않을 때 신호를 차단하는 보관함이 도움이 된다. 거리를 시간으로 재는 UWB 키는 중계 공격에 더 강하다.

네트워크 전반의 방어는 보안 › 네트워크 보안, 키 교환과 암호의 수학은 암호학 노트에 있다.

흔한 오해

• "공유기의 5G는 이동통신 5G다" — 공유기 이름의 "5G"는 5 GHz 와이파이 대역을 줄인 말이고, 이동통신의 5G(5세대)와는 상관없다. 와이파이 세대는 "Wi-Fi 6"처럼 따로 부른다.
• "안테나 칸이 꽉 차면 빠르다" — 칸은 받는 세기(RSSI)를 보여 줄 뿐이다. 같은 칸에서도 잡음이 많거나(SNR이 낮거나) 같은 기지국·공유기를 나눠 쓰는 사람이 많으면 느리다(위 섀넌 용량과 CSMA/CA 절).
• "블루투스 버전이 높으면 음질이 좋다" — 음질은 주로 코덱과 두 기기가 함께 지원하는 기능이 정한다(위 블루투스 오디오). 버전이 높아도 SBC만 쓰면 그만큼이다.

핵심 자료

패킷과 계층, 집 안 병목 같은 유선 쪽 이야기는 네트워크 노트, 무선 모듈을 붙이는 기기 쪽은 임베디드 노트와 IoT 노트에 있다.