같은 와이파이인데 속도는 왜 달라질까?

시끄러우면 말하는 방식도 바뀝니다

조용한 방에서는 짧은 설명도 잘 알아듣지만, 옆에서 청소기를 켜면 들리지 않은 말을 다시 묻게 됩니다. 그럴 때 우리는 헷갈리기 쉬운 표현을 줄이고 중요한 뜻을 더 분명하게 전합니다. 통신도 받은 결과를 보고 정보를 담는 방법을 바꿉니다. 그렇다고 전파 자체가 천천히 날아가는 것은 아닙니다.

중요한 것은 신호가 얼마나 센지만이 아닙니다. 원하는 신호를 방해하는 간섭과 잡음도 함께 봐야 합니다. 말소리가 커도 옆의 소음이 더 크면 알아듣기 어려운 것과 같습니다. 원하는 신호가 간섭과 잡음에 비해 얼마나 큰지를 신호 대 간섭·잡음비, 영어로 SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio)이라고 부릅니다. 용어보다는 상대의 말을 주변 소음과 구별할 여유라고 생각하면 됩니다. [1]

네 점과 열여섯 점

앞선 편들에서 신호를 점으로 나타냈습니다. 점 하나는 신호를 나타내는 바늘의 길이와 각도 한 쌍이고, 이런 점들을 모아 놓은 그림이 성상도입니다. 보내는 쪽과 받는 쪽은 같은 선택표를 알고 있습니다.

선택할 점이 네 개라면 이름을 00, 01, 10, 11로 붙일 수 있습니다. 점 하나를 고를 때 두 비트를 나타내는 셈입니다. 점을 열여섯 개로 늘리면 점 하나가 네 비트를 나타내므로, 같은 한 번의 선택으로 더 많이 담을 수 있습니다. 여기서 말하는 비트에는 정보를 보호하는 데 쓰이는 몫도 들어 있습니다.

대신 평균 전력을 같게 맞추면 점 사이가 가까워집니다. 받은 점이 잡음 때문에 조금 밀렸을 때, 멀리 떨어진 네 점은 구별되지만 촘촘한 열여섯 점은 이웃 점으로 잘못 읽힐 수 있습니다. 영상의 장면은 원리를 보여 주는 한 번의 예시입니다. 네 점이면 언제나 맞는다는 뜻이 아니라, 상태가 나빠지면 점을 적게 쓰는 방식으로 바꿔 틀릴 가능성을 줄일 수 있다는 뜻입니다.

더 읽기 1 · 네 점과 열여섯 점의 실제 이름과 거리

영상의 네 점 성상도는 보통 QPSK, 열여섯 점 성상도는 16QAM이라고 부릅니다. 점이 2의 n제곱 개이면 점 하나가 n비트를 나타냅니다. 평균 전력이 같다는 조건에서 16QAM의 가장 가까운 두 점 사이 거리는 QPSK의 약 0.45배입니다. 그래서 같은 크기의 잡음에도 이웃 점으로 잘못 읽힐 가능성이 커집니다.

영상에서는 이웃한 점의 이름이 한 비트만 다르게 붙어 있습니다. 이런 배치를 그레이 부호라고 하며, 이웃 점으로 잘못 읽혀도 틀리는 비트 수를 줄이는 데 도움이 됩니다. 와이파이와 이동통신은 상태가 아주 좋을 때 64QAM, 256QAM이나 그보다 더 촘촘한 방식도 사용합니다. [2]

새 정보와 보호의 몫

점을 적게 쓰는 것만이 방법은 아닙니다. 보낼 정보를 보호하기 좋은 형태로 바꾸는 방법도 있는데, 이를 부호화라고 합니다. 받는 쪽은 그 안의 관계를 이용해 일부 오류를 고칠 수 있습니다.

보낼 수 있는 부호화 비트를 네 개로 고정해 봅시다. 원래 정보 두 개를 네 개로 바꿔 보내면 새 정보가 차지하는 비율은 절반이고, 이를 부호율 1/2이라고 합니다. 원래 정보 세 개를 네 개로 바꿔 보내면 부호율은 3/4입니다. 같은 네 자리에 새 정보가 더 많이 들어갑니다.

여기서 말하는 부호화는 비트를 그대로 한 번 더 복사하는 방식이 아니라, 비트들 사이에 정해진 관계를 만드는 계산입니다. 영상에서 색이 칠해진 위치는 새 정보와 보호의 몫을 설명하는 표시일 뿐 실제 전송 비트의 배치가 아닙니다. 다른 조건이 같다면 보통 부호율을 낮출수록 보호의 여유가 늘어나는 대신 새 정보를 덜 보냅니다. 오류를 실제로 찾고 고치는 방법은 아홉 번째 편에서 살펴볼 예정입니다.

받은 결과를 보고 다시 고르기

점을 몇 개 쓸지 정하는 변조 방식과 보호의 몫을 정하는 부호율을 묶은 조합을 엠씨에스, 영어로 MCS(Modulation and Coding Scheme)라고 부릅니다. 우리말로는 변조·부호화 방식입니다. 영상의 두 조합은 이해를 위한 예시이며 표준 번호표가 아닙니다. [2][3]

처음에는 상태가 좋아서 점을 촘촘하게 쓰는 조합으로 보내고, 정보가 정상적으로 도착합니다. 그런데 원이가 벽 뒤로 이동하자 받은 점이 더 흔들리고 일부 전송이 실패합니다. 영상에서는 수신 확인이 돌아오지 않자 보내는 장치가 스스로 실패로 판단합니다. 보내는 장치는 이 결과를 살피고 다음 전송의 조합을 바꿉니다. 점을 적게 쓰고 보호를 늘리면 한 번에 담는 새 정보는 줄지만, 예시의 다음 전송은 정상적으로 도착합니다.

와이파이에서는 보통 보내는 장치가 수신 확인과 전송 결과 등을 참고해 조합을 고릅니다. 실제 방식에 따라 공유기가 전송을 조율하기도 합니다. 영상은 공유기가 휴대전화로 보내는 한 가지 경우입니다. 상태가 다시 좋아지면 더 많이 담는 조합을 시험해 볼 수도 있습니다. 이렇게 결과를 살피며 조합을 바꾸는 과정을 링크 적응이라고 합니다. 거리가 몇 미터가 되면 무조건 바뀌는 고정 규칙은 아닙니다.

더 읽기 2 · MCS 번호와 실제 속도는 같은 말이 아닙니다

와이파이와 이동통신 규격은 변조 방식과 부호율의 조합에 번호를 붙인 표, 즉 MCS 인덱스를 둡니다. 같은 번호라도 와이파이 세대, 채널 폭, 공간 스트림 수, 보호 구간 같은 설정에 따라 계산상 전송률이 달라집니다. 실제로 받는 속도는 여기에 재전송, 다른 기기와의 차례 기다림, 인터넷 회선과 서버 상태까지 영향을 받습니다. [2]

어떤 조합을 언제 고를지 정하는 구체적인 알고리즘은 장치와 제조사에 따라 다릅니다. 이동통신에서는 단말이 채널 품질 지시(CQI, Channel Quality Indicator)를 보고하고, 기지국이 이를 참고해 하향 전송의 조합을 정하는 절차가 규격에 정해져 있습니다. [3]

신호 막대만으로는 알 수 없습니다

하지만 엠씨에스 하나로 앱의 속도가 정해지지는 않습니다. 신호 막대가 많아도 간섭이 심하면 잘 읽기 어려울 수 있습니다. 막대는 주로 신호 세기를 보여 줄 뿐 모든 연결 상태를 보여 주지는 않습니다.

이번 편에서는 비교하려고 자리 수를 같게 두었습니다. 실제로는 쓰는 채널의 폭이 다를 수 있고, 동시에 보내는 공간 스트림 수도 다를 수 있습니다. 같은 조합이라도 보내는 양이 달라지는 이유입니다. 또 다른 기기와 차례를 기다리거나 실패한 데이터를 다시 보낼 수도 있고, 인터넷 회선이나 서버가 느릴 수도 있습니다. 연결 화면의 속도 숫자와 실제로 파일을 받는 속도는 같지 않습니다.

따라서 속도가 느릴 때는 신호 상태 때문에 담는 방식을 낮췄는지, 다른 기기와 차례를 기다리는지, 인터넷 쪽이 막혔는지 나눠 봐야 합니다. 공유기에서 멀어졌다는 한 가지 이유만으로 모두 설명할 수는 없습니다.

이번 편의 핵심은 같은 자리에도 정보를 담는 방법과 보호의 몫이 연결 상태에 따라 달라진다는 것입니다. 다음에는 안테나를 여러 개 쓰면 무엇이 달라지는지, 더 또렷하게 보내는 일과 여러 줄기로 보내는 이야기를 이어갑니다.

참고 자료와 설명의 범위

이 글과 영상은 링크 적응을 처음 접하는 사람을 위한 단순화한 모형입니다. 영상의 두 조합, 실패 시점, 벽의 효과는 이해를 위한 예시이며 특정 규격의 MCS 번호나 특정 제조사의 선택 알고리즘을 나타내지 않습니다. 아래 자료는 용어와 구조를 확인하는 심화 읽기용이며, 이번 게시에서 전체 표준을 독립적으로 검토했다는 뜻은 아닙니다.

SINR(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio) 용어 설명. Teltonika Networks Wiki · SINR.

와이파이 세대별 MCS(modulation and coding scheme) 인덱스와 변조 방식·부호율, 채널 폭·공간 스트림에 따른 전송률 표. MCS Index.

3GPP TS 38.214, NR physical layer procedures for data. 하향 MCS 표와 채널 상태 보고 절차. 규격 안내.

이어서 읽기

• 5편 · 기지국 자원 배정과 OFDMA
• 4편 · 푸리에 변환과 OFDM