액세스 포인트당 더 많은 클라이언트 지원, 새로운 고대역폭 사용 가능

자동차에서 무선 연결 기술 활용이 점점 더 많아지면서, 와이파이에 대한 수요 역시 높아지고 있다. 와이파이 6는 자동차용 무선 연결의 전송 속도를 높이고 과정을 간소화하여, 자동차 실내외 모두에서 처리 용량을 높이고 전례 없는 유연성을 실현할 것이다.



자동차는 점점 더 많은 것들과 연결되고 있다. 차량 내부의 각종 부품들을 서로 연결하는 것을 넘어서 인터넷, 주변의 다른 자동차들, 그리고 교통 제어 시스템과의 연결도 이루어지고 있다. 블루투스와 와이파이만 보더라도, 지난 십여 년 사이에 기능이 어떻게 확장되어 왔는지 알 수 있다.

처음에는 단순한 블루투스 핸즈프리 프로파일(HFP)과 와이파이 핫스팟에서 시작되었다. 이어서 블루투스를 사용한 오디오 스트리밍(A2DP)이 등장하고, 다기능 다목적 와이파이와 와이파이를 활용한 화면 공유 기술이 선보였다. 오늘날에는 무선 센서 데이터 수집, 무선(OTA) 펌웨어 업데이트, 연속 데이터 전송, 전기차 충전 제어, 그리고 주차장 같은 장소에서의 근거리망 연결처럼 좀더 진화된 기능들이 대중화되고 있다.



무선 데이터 전송에 대한 수요는 앞으로도 계속해서 늘어날 것이다. 자율주행 시스템이 각기 다른 단계로 시장에 도입됨에 따라서 자동차와 다양한 클라우드 기반 시스템 사이에, 그리고 도로의 차량들 사이에 더 많은 데이터 전송 수요가 발생할 것이다. V2X(vehicle-to-everything) 통신은 전적으로 이 용도로 설계된 와이파이 기반 솔루션(IEEE 802.11p/bd)에 의해 처리되고 있으며, 장기적으로는 셀룰러 V2X(C-V2X)가 가세할 것이다.

또한 차내 엔터테인먼트의 인기도 크게 높아져서, 이와 관련한 대역폭 요구 또한 간과할 수 없는 수준이 되었다. 에릭슨 모빌리티 보고서에 따르면, 모바일 비디오 트래픽이 전체 모바일 데이터 트래픽에서 차지하는 비중과 양은 계속 늘어나, 2019년 3분기에 63%와 월간 38엑사바이트였던 것이 2025년에는 75%와 월간 160엑사바이트로 증가할 전망이다. 차내 디스플레이가 갈수록 인기를 끌고 있고 인포테인먼트 시스템이 빠르게 향상되고 있기 때문에, 이러한 비디오 엔터테인먼트의 상당 부분이 자동차에서 소비될 것으로 예상된다.

갈수록 혼잡해지는 자동차 환경

하지만 자동차에서 무선 연결 애플리케이션과 활용 사례가 늘어나면 신호 혼잡에 대한 부담 역시 커지고 이는 성능에 영향을 미친다. 따라서 그러한 시스템 성능 저하를 줄이는 것이 중요해졌다. 자동차 환경은 점점 더 혼잡해지고 있으며, 저마다의 특성과 시스템 요건을 갖고 있는 여러 애플리케이션들이 뒤섞임으로써 와이파이 시스템에 부담을 가중시키고 있다.

와이파이 6는 자동차 분야에 진입한 최신 와이파이 기술로서, 자동차 연결 속도를 높이고 단순화함으로써 이러한 많은 새로운 과제들을 해결할 것으로 기대된다. 와이파이 6(정식 표준 명칭은 802.11ax)는 향후 몇 년 안에 인포테인먼트 유닛, 텔레매틱스 제어 유닛, 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)를 포함한 자동차 시스템 분야에서 핵심 기술로 자리매김할 것으로 예상된다. ABI 리서치는 2023년에 자동차 와이파이 칩셋 출하의 50%(3,500만 개) 및 2024년에 70%(5,000만 개)가 와이파이 6일 것으로 전망한다.

미래의 변화에 대비한 솔루션

블루투스와 802.11b/g 와이파이는 모두 2.4GHz 대역에서 동작하기 때문에, 동일한 스펙트럼 자원을 놓고 경쟁한다. 새롭게 등장하는 와이파이 적용 애플리케이션을 위해 요구되는 대역폭 수요가 증가함에 따라서, 이들 중 상당수는 5GHz 대역을 이용하거나, 2.4GHz와 5GHz 대역을 혼합해서 사용하고 있으며, 와이파이 6E가 활용될 무렵이면 새로운 6GHz 대역을 사용하게 될 것이다. 점점 더 많은 데이터 트래픽을 더 높은 주파수로 옮김으로써, 2.4GHz 대역이 여유로워지고, 저비용에 전력소모도 적은 블루투스 연결을 더욱 확장할 수 있게 될 것이다.

블루투스와 와이파이 외에도, 사용자 경험, 안전성, 보안을 향상시키는 다양한 적용 사례들이 4G 및 5G 셀룰러 기술을 사용해서 높은 데이터 속도와 낮은 지연시간과 함께 전송 거리를 늘리고 커버리지를 확대할 수 있을 것이다. 데이터 속도가 매우 높고 많은 차들이 제한된 공간 안에서 있는 경우에는 셀룰러와 와이파이를 함께 사용할 수 있다. 차고, 충전소, 주차장 같은 곳에서는 와이파이가 높은 데이터 속도를 처리할 수 있어 보다 우위를 차지할 것으로 예상된다.

이같은 다양한 무선 기능과 성능및 기능의 향상에 대한 대가로 자동차에서 사용되는 전력 소모는 늘어날 것이다. 하지만 최신 무선 표준들이 진화하고, 칩셋 기술이 향상되고, 보다 효율적인 소프트웨어 프로토콜들이 등장하면서 자동차는 이전에 “바퀴 달린 스마트폰”이라고 불리던 개념을 훨씬 뛰어넘는 기능들을 제공할 수 있게 될 것이다.



와이파이 6의 특징

와이파이 6는 완벽하게 연결된 커넥티드 카를 위해 중요한 역할을 할 것이다. 이전 버전들과 비교할 때 가장 크게 향상된 것은, 스펙트럼 효율을 높이고 대역폭 용량을 최대 4배까지 증가시킨다는 것이다. 이를 통해 액세스 포인트(AP)당 더 많은 클라이언트 기기들을 지원할 수 있게 되었으며, 초고해상도 비디오 스트리밍 같은 새로운 고대역폭 적용이 가능해졌다. 또한 와이파이 6는 유연성이 뛰어나므로, 불필요한 오버헤드를 두지 않고 더 작은 크기의 데이터를 사용하여 클라이언트 기기들을 더 유연하게 지원할 수 있다.

뿐만 아니라 이전 버전의 와이파이 표준들은 주로 실내에서 소수의 클라이언트들을 지원하도록 설계되었으나, 와이파이 6는 좀더 혼잡한 환경에서 다수 클라이언트들의 사용 경험을 향상시키는 것에 초점을 두고 있다. 자동차와 관련하여 특히 주목할 만한 점은, 실외에서의 전송 거리와 커버리지를 향상시킨다는 것이다.

와이파이 6 기술은 작은 크기의 데이터 트래픽을 사용해서 가용 대역폭을 보다 효율적으로 활용하고, 20MHz 대역폭으로 제한된 칩 구현을 사용함으로써, 제약이 많은 IoT 분야에 복잡성을 줄인 저전력 와이파이 기반 솔루션을 제공한다.



와이파이 6의 세부 기술

와이파이 6가 어떻게 작동하는지 좀더 자세히 살펴보자. 무엇보다 와이파이 6는 업링크와 다운링크 모두에 OFDMA(orthogonal frequency-division multiple access) 디지털 변조 방식을 사용한다. 각각의 OFDMA 전송 채널을 더 작은 서브 채널들로 분할하고 액세스 포인트에서 여러 사용자들에게 패키지를 동시에 전송할 수 있으므로, 동시 접속이 가능한 사용자 수가 늘어난다.

뿐만 아니라 OFDMA는 더 긴 직교 주파수 도메인 다중화 신호를 사용해서 서브 채널 활용도를 높이며, 개별 심볼들 사이에 더 긴 CP(cyclic prefix)를 추가해서 다중경로 페이딩에 대한 내성을 높인다. 이에 더해 새로운 PHY 헤더를 사용함으로써 실외 환경에서의 강건성을 강화한다.

와이파이 6는 업링크와 다운링크에 최대 8 × 8의 MU-MIMO(multi-user multiple-input multiple-output)를 사용해서 속도를 높이고, 1024-QAM(quadrature amplitude modulation)을 사용해서 근거리에서의 최대 속도를 높인다.

또 다른 특징으로 공간 재사용을 들 수 있다. 이는 BSS 컬러링(basic service set coloring)이라고 하는 것으로서, 동일한 “컬러 코드”를 가진 여러 채널들을 결합해서 메시지를 전송할 수 있게 해준다. TWT(target wake time) 기능은 클라이언트가 사용되지 않을 때 저전력 모드로 전환해서 전력을 절약할 수 있다.

와이파이 6의 더욱 늘어난 용량과 유연성, 더 높은 대역폭, 더 넓은 커버리지 때문에 자동차 업계에서는 이 새로운 무선 표준을 수용할 것으로 예상된다. 다만 각 자동차 제조사들과 1차 협력사들이 이를 정확히 어떻게 구현하기로 결정할 지는 두고 볼 일이다. 지금까지는 기업들이 자체 차량에 다양한 와이파이 시스템을 구현하는 데 있어서 조금씩 다른 방향으로 움직여 왔다.

기능별로 구분(TCU, IVI, ADAS, EVCC)하여 적용하는가 하면, 비용을 최적화하도록 결합하기도 하며, 또는 차량의 실내외 통신 같은 물리적 구현에 좀더 중점을 두기도 했다. 기술은 적용 사례와 영역의 증가와 함께 진화해 나간다는 점에서, 이처럼 다양한 접근법은 충분히 예상 가능한 일이었다.

와이파이와 블루투스 솔루션이 구현되는 것도 마찬가지다. 어떤 기업들은 와이파이 칩을 1차 협력사나 자동차 OEM들이 PCB 솔루션 상에 구현하는 칩-온-보드(CoB) 구현을 선호한다. 드문 경우이기는 하지만, 이 방법으로 BoM(bill of materials)을 줄이면서 좀더 맞춤화된 또는 좀더 유연한 솔루션을 달성할 수도 있다.

하지만 대부분의 경우에는 사전에 인증 받은 모듈 솔루션을 사용하는 것이 유리하다. 이러한 모듈 솔루션을 사용하면 설계를 간소화하고 개발 시간을 단축할 수 있으며 차세대 기술로 이전하기에도 용이하다. 따라서 출시 일정을 앞당기고, 직간접적 비용을 절감하며 위험성을 낮출 수 있다.



와이파이 6 - 대역폭 혼잡에 대한 대응책

안전성과 편의성을 높이기 위한 첨단 기능들이 점점 더 자동차에 도입됨에 따라서, 와이파이는 차량 실내외, 그리고 차량 간 신뢰할 수 있는 무선 연결을 위해 앞으로도 계속해서 중요한 역할을 할 것이다. 향후 몇 년 간은 현재 세대의 와이파이 기술이 여전히 자동차에 사용될 것이다.

하지만 자동차 실내외에서 갈수록 늘어나는 무선 연결 수요를 현행 기술만으로 충족하려면 신호 혼잡의 위험성이 커질 것이다. 그리고 이것은 시스템 성능에도 영향을 미친다. 대역폭 용량 증가를 통해, 와이파이 6는 액세스 포인트당 더 많은 클라이언트들을 지원하고 새로운 고대역폭 사용을 가능하게 하여 대역폭이 혼잡해질 것에 미리 대비할 수 있게 해주고 동시에 실외 커버리지를 향상시켜 줄 것이다.