에어고 네트웍스(Airgo Networks), 모티아(Motia), 비바토(Vivato) 등 업체들은 오늘날의 비교적 원시적인 디자인보다 더 나은 고성능 장거리 커버리지를 자랑하는 소위 신세대 스마트 안테나들을 내놓고 있다. 스마트 안테나로 미래를 준비하든, 아니면 기존의 안테나 시스템을 최대한 활용하든, 이런 장비의 기능과 한계를 아는 것은 유선 랜의 감쇠(attenuation), 임피던스(impedance) 및 크로스토크(crosstalk) 특성을 아는 것 만큼이나 중요한 일이다.
안테나의 기본 기능
안테나에는 두 가지 기본적인 기능이 있다. 안테나의 수신기 쪽에서는 전자기 에너지를 전압으로 전환해주며, 이것은 디지털 데이터로 처리 및 전환된다. 송신기 쪽에서는 전압을 전자기 에너지로 바꾸어 공기중에 방사한다. 복잡한 변조 방안이 전파 신호를 통해 디지털 데이터 스트림을 전달해준다.
안테나가 이런 마법을 얼마나 잘 펼치느냐에 따라 사용자가 접속되는지 여부와 그럴 경우 시스템이 얼마나 빨리 작동하는지 여부가 결정된다. 안테나가 설비에 맞게 적절히 방사하지 않을 경우 무선랜 인터페이스는 안테나의 낮은 신호 레벨에 맞춰 데이터 속도를 떨어뜨리게 되며 성능은 떨어져 버릴 것이다.
올바른 안테나는 커버리지를 극대화하며 무선랜 송신에서 신호가 주차장으로 나가지 않고 건물 안에 머물러 있도록 보장해준다.
그렇다면 최적 성능에 맞게 안테나를 디자인하려면 어떻게 해야 할까? RF 엔지니어는 안테나 디자인의 모델로 가상의 등방형 안테나 설계를 사용하고 있다. 이러한 개념적 모델은 공간 내 한 지점에서 사용 가능한 전파 에너지를 방사함으로써 구 형태의 안테나 패턴을 형성한다. 이 모델을 기준선인 0dBi(등방형에 연관된 데시벨)로 이용해 다양한 안테나 디자인의 효과적인 신호 증폭(amplificaiton)이나 이득(gain)을 비교할 수 있다. 예를 들어 이득이 2dBi인 안테나는 가상 안테나보다 2 데시벨이 위다.
안테나의 패턴은 3D나 2차원 평면도로 표시된다. 가장 일반적인 무선랜 디자인은 전방성 이극(omnidirectional dipole) 구성으로, 이것은 무선랜 AP와 무선 가정용 라우터에 사용된다. 옴니 다이폴은 지면과 직각 방향일 때 도넛 모양의 350도 패턴으로 신호를 방사한다. 이 안테나는 중심부의 작은 구멍에 스스로를 붙들어 둔다. <그림: 전방성 안테나 패턴>은 2.2dBi 전방성 안테나의 2차원 및 3차원 평면도다.
맨 왼쪽의 그림은 안테나가 지면과 수직이라는 가정을 할 때다. 지형 등방성 안테나와 달리 이극 패턴은 가늘고 긴 모양이다. 이것은 X/Y 축을 따라 전파를 집중시킴으로써 안테나 이득을 만들며, 대부분의 경우 커버리지 영역이 더 넓다. 맨 오른쪽의 그림은 이와 짝을 이루는 2D 커버리지 패턴이다. 왼쪽은 안테나를 정면으로 볼 때 커버리지 영역을 나타낸 것이며 오른 쪽은 측면에서 볼 때의 그림이다.
전자기 에너지가 집중되기 때문에 안테나는 약 2dBi의 이득을 낸다(X/Y 축을 따라). 3dBi의 이득이 생길 때마다 신호 레벨이 효과적으로 배가되기 때문에, 전방성 안테나가 있는 AP는 건물의 아래층이나 위층으로 신호가 덜 스며들게 하면서 칸막이들로 가득 찬 큰 방에 신호를 방사할 수 있을 것이다.
안테나는 또한 25마일 떨어진 셀 타워를 연결하는 대형 패러볼릭 접시 안테나와 같이 좁고 높은 지향성 빔에 포커스를 집중시키도록 설계될 수도 있다.
안테나 디자인을 간단히 바꿈으로써 성능을 증폭시킬 수 있다. 즉, 예를 들어 옴니 안테나를 수직이 아닌 수평으로 조절하면 그 신호는 한 층에서가 아니라 층들간에 전파될 것이다. 이것은 높고 좁은 건물이다 다층 구조의 가정에서 유용하다.
기타 선택들
기존의 안테나를 대부분의 기업 AP들로 연결함으로써 무선 커버리지를 최적화할 수 있다(FCC에서 요구한 제한거리 안에서). 하지만 5GHz 대역 안의 영역들은 FCC가 외장 안테나를 금하고 있기 때문에 AP의 안테나만을 이용해야 한다.
시스코시스템즈, 프록심 및 심볼 테크놀로지 등과 같은 주요 AP 업체들이 자신들의 제품을 위한 몇 가지 안테나 옵션을 제공하고 있긴 하지만 신규 무선랜 스위치 업체들을 포함한 대다수 다른 업체들이 고정 옴니 안테나를 이용하고 있다. 에어이스페이스(Airespace)는 외장형 안테나 접속뿐만 아니라 통합 듀얼 패치 지향성 안테나 디자인을 제공한다. 덕분에 에어이스페이스의 AP는 그 경쟁자들보다 범위가 훨씬 더 넓다. 본지의 실시간 랩 테스트에서 이 제품은 테스트한 다른 제품들(스마트 안테나가 있는 것들은 제외)보다 약 15%나 더 큰 범위를 제공했다.
노트북 컴퓨터에는 PC 카드 무선랜 NIC이나 통합 어댑터가 보통 시스템 내부의 미니 PCI 무선랜 NIC의 형태로 장착된다.
PC 카드 NIC가 있다면 간단한 옴니 안테나를 이용해야 한다. NIC는 그 측면을 바라보고 있기 때문에 안테나의 신호 패턴이 보통 옆쪽으로가 아니라 아래 위로 방사되며, 따라서 이것은 범위를 제한한다(그렇지 않다면 물론 아래 위 층에 있는 AP와 커뮤니케이션을 하게 된다). 우리 테스트 결과에 따르면 팝업 X윙(Xwing) 안테나가 있는 아산테 프렌들리넷 AL1511(Asante FriendlyNet AL1511) 어댑터에는 최고 범위의 802.11b 무선랜 NIC가 있는 것으로 드러났다. 이것은 테스트한 것들 중 가장 멋지거나 물리적으로 가장 강력한 것은 아니지만, 그 수직 안테나로 인해 큰 차별화를 보여준다. 이것은 큰 설비의 가장자리 영역에서 커버리지를 필요로 할 경우 도움이 된다. 일부 2.4GHz NIC도 또한 외장 안테나용 잭을 제공하고 있으며, 이것은 기업 무선랜 이용자뿐만 아니라 워 드라이버(war driver)들에게도 유용한 기능이다.
노트북에 설치된 임베디드 NIC에는 보통 시스템 인클로저 안에 안테나가 미리 설치돼 있다. 대부분의 경우 이런 안테나들은 듀얼 대역이 가능하며, 이는 곧 이들에게 2.4GHz 및 5GHz 송신 지원을 위한 별도의 안테나 엘러먼트를 갖고 있다는 의미다. 이상적으로 볼때 최고의 로케이션은 디스플레이의 주변부분이 중심이지만, 여기에는 케이블 접속이 필요하며, 이것은 무선 신호를 감쇠시킨다(보통 노트북의 안테나 케이블은 3dBi 가량의 결과를 낼 수 있다). 따라서 많은 제조업체들은 대신 보통 키보드 아래에 있는 미니 PCI 카드 근처에 안테나를 설치하고 있다. 문제는 이것이 PC 카드 NIC 안테나보다 훨씬 좋지않은 성능을 낼 수 있다는 사실이다.
스마트해지는 안테나
좋은 소식은 무선 안테나가 무선 신호를 송수신하는 방식에 있어서 점점 더 똑똑하고 효율적이 되어가고 있다는 것이다. 스위치드 안테나 디버시티라는 간단한 스마트 안테나 디자인은 수년간 무선 시스템을 향상시키는 데 사용돼 왔다. 스위치드 안테나 디버시티는 두 개의 안테나와 하나의 내장 스위치로 구성돼 있으며, 전파 수신기는 최상의 신호를 가진 안테나를 선택한다. 이 기술은 무선랜 AP와 NIC에서 널리 사용되고 있지만 안테나가 충분히 떨어져 있지 않을 경우에는(보통 3파장 만큼) 그다지 효과가 없을 것이다.
디버시티 안테나는 신호가 딱딱한 물체에서 튕겨나가고 다른 시간대에 신호가 AP에 도착하는 경우가 많은 다중경로 현상이 있는 문제와 싸울 수 있게 도와준다. 최악의 경우 신호는 서로를 취소시키며 그렇게 되면 신호가 너무 느려서 접속을 유지할 수 없게 된다.
무선랜의 범위를 확장하는 데는 훨씬 더 스마트한 안테나 디자인이 요구된다. 신호 처리 기술의 진보로 인해 무선은 복잡한 전파 신호를 지능적으로 제어 및 해독할 수 있게 되었다. 예를 들어 Wi-Fi 스위치 제조업체인 비바토 제품과 같은 위상 배열(phased-array) 안테나는 여러 개의 분리된 안테나를 하나의 AP로 묶어줌으로써 AP와 표준 802.11 클라이언트간의 무선 빔을 조종해준다. 각각의 안테나에는 약간씩 다른 지향성 빔 패턴이 있으며 AP는 배치된 장소에 따라 각 클라이언트용으로 가장 좋은 것을 선택하게 된다. 이것은 특히 외부에서의 범위를 늘려주며 표준 레거시 무선랜 클라이언트 어댑터들과 작동이 가능하다. 하지만 위상 배열 안테나는 다중경로의 악영향을 제거하는 데는 별 도움이 못되며 크고 비싼 경향이 있다.
또 다른 스마트 안테나 디자인으로 적응식 배열인데, 모티아 등의 업체들이 개발하고 있다. 적응식 배열은 특정 안테나와 빔 패턴을 선택하는 게 아니라 다중 안테나 엘러먼트(보통 서너 개)에서 신호를 동시에 송수신한다. 이것은 신호 처리 기술을 이용해 각 안테나의 신호를 통합하는데, 이 ‘안테나 애플리케(antenna appliqu)’는 기존의 Wi-Fi 시스템에 볼트로 조여지도록 돼 있다.
이런 방식은 유망하긴 하지만 이러한 진보된 스마트 안테나 디자인의 혜택을 보려면 무선랜 표준에 근본적인 변경을 가해야 한다. 이미 IEEE 802.11n 워크그룹에서 진행 중인 것으로 최소 100Mbps의 작업처리량을 위한 차세대 무선랜 표준이 있다. 오늘날의 11a 및 11g 표준은 최대 데이터 속도를 54Mbps로 규정하고 있으며, 실질적인 작업처리속도를 25~30Mbps다.
차세대 802.11n 표준이 MIMO(Multiple Input, Multiple Output) 무선 설계에 의존하게 될 것이라는 예측이 널리 퍼져 있다. MIMO 버전은 에어고의 신종 칩셋과 레퍼런스 시스템으로 나와 있는데, 이런 시스템들은 다중경로로 인해 방해받는 대신 다중경로 신호에 의존해 10dBi 이상의 시스템 이득을 전달한다.
MIMO는 새로 등장하는 802.11n 표준의 한 구성요소에 불과하다. 어지간한 거리에서 100Mbps 작업처리속도를 지원하려면 802.11 MAC 디자인에 큰 변경을 가해야 하며, 이것은 후방 호환성과 연관된 큰 문제를 야기한다. 802.11n을 계속 주시하라. 이것은 빠르며, 다소 독창적인 안테나 디자인 덕분에 매우 스마트하다.
에어고의 스마트 안테나
스마트 안테나에 대해 얘기해 보자. 본지 시러큐스 대학 리얼월드 랩에서 에어고 네트웍스의 프로토타입 시스템을 테스트한 결과, 다소 희망적인 결과를 얻을 수 있었다. 이 프로토타입에는 AP(Access Point)와 NIC가 포함되었으며, 그 각각에는 세 개의 이중 대역 안테나가 장착돼 있었다. 우리는 에어고의 AP와 에어고 NIC를 델 래티튜드(dell Latitude) 노트북에 설치한 채로 넷아이큐(NetIQ)의 채리엇(Chariot)을 이용해 TCP 작업처리량 테스트를 실시했다. 모든 장비를 같은 방에 둔 상태에서 TCP 작업처리량은 40Mbps를 약간 넘었으며, 이것은 단일 채널 무선랜 시스템에서 본 것으로 최고 속도였고 성능을 향상시키기 위해 다중 무선 채널을 결합시킨 전용 터보 디자인보다도 더 빨랐다.
에어고 시스템은 5GHz 대역에서 작동하면서도 테스트한 그 어떤 802.11a 시스템보다도 훨씬 더 먼 거리에서 접속을 유지했다. 이러한 범위 향상은 극적이긴 않지만(특히 콘크리트 벽의 일부로 인해 장비가 떨어져 있을 때), 주목할 만했다.
새로운 안테나를 사용하기 위해서는 에어고의 무선랜 칩이 필요하다. 이 회사는 NIC와 AP용의 레퍼런스 디자인을 개발했으며, 아세로스 커뮤니케이션즈와 기타 칩/시스템 업체들과의 경쟁을 의도하고 있다. 그 장비는 또한 레거시 무선 장비와 작동된다. 테스트 결과 기존 세대의 넷기어 802.11a NIC(Netgear 802.11a NIC)에서 에어고 AP의 범위는 에어이스페이스 AP의 범위를 능가했다. 그리고 에어고의 AP는 11a 인터페이스가 장착된 시스코 1200 AP 영역의 거의 두 배를 커버했다. 에어고는 벤처 펀딩의 제 4라운드를 막 완료했기 때문에 무선랜 시장에서 큰 약진을 보여줄 재정적 자원을 보유한 상태다. 
