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Wi-Fi·Bluetooth·LPWA의 차이: 거리·속도·소비 전력·주파수·용도 비교

모두 기기를 무선으로 연결하는 방식이지만, 닿는 거리와 속도, 소비 전력의 균형이 다릅니다. Wi-Fi는 IEEE 802.11 규격의 무선 LAN으로, PC와 스마트폰을 인터넷에 고속으로 연결합니다. Bluetooth는 몇 m에서 수십 m의 근거리에서 이어폰, 키보드, 웨어러블 기기 등을 직접 연결하며, 저전력인 BLE(Bluetooth Low Energy)는 코인 전지로 동작하는 센서에도 쓰입니다. LPWA는 속도를 낮게 억제하는 대신 몇 km 이상의 거리와 연 단위의 전지 수명을 실현하는 IoT용 통신 방식의 총칭입니다.

비교 항목Wi-FiBluetoothLPWA
규격IEEE 802.11(Wi-Fi Alliance가 인증)Bluetooth SIG가 책정. 기존의 BR/EDR과 저전력의 BLE(Bluetooth Low Energy)가 있다방식의 총칭. 면허가 필요 없는 대역을 쓰는 LoRaWAN 등과, 휴대 전화 대역을 쓰는 LTE-M, NB-IoT 등
주파수 대역2.4 GHz 대역, 5 GHz 대역(Wi-Fi 6E부터는 6 GHz 대역도)2.4 GHz 대역주로 서브 GHz 대역(일본에서는 920 MHz 대역)이나 휴대 전화 주파수 대역
통신 거리 기준실내에서 수십 m몇 m~수십 m 정도(출력이나 방식에 따라서는 100 m 이상)몇 km~십수 km 정도(가시거리나 환경에 따라 다름)
전송 속도 기준수십 Mbps~몇 Gbps(규격 세대와 조건에 따라 다름)BLE에서 최대 1~2 Mbps(실제로 보낼 수 있는 속도는 그보다 낮다). BR/EDR은 최대 3 Mbps수백 bps~수백 kbps 정도(LTE-M은 1 Mbps 정도까지)
소비 전력크다. 전원에 연결한 기기나 자주 충전하는 기기용BR/EDR은 중간 정도. BLE는 짧은 시간만 통신하고 쉬므로, 코인 전지로 몇 개월~연 단위 동작하는 것도 있다매우 작다. 보내는 데이터가 적으면 전지로 몇 년~10년 정도가 기준
연결 형태액세스 포인트를 중심으로 한 스타형. 액세스 포인트에서 LAN과 인터넷으로스마트폰 등과 1대1이나 1대다로 직접 연결한다. 애드버타이징을 이용한 비컨이나 메시도 있다단말에서 기지국(게이트웨이)으로의 스타형. 소량의 데이터를 주로 단말에서 클라우드로 보낸다
전파 사용 방식주로 OFDM(Wi-Fi 6부터는 OFDMA도)과 MIMO. CSMA/CA로 송신을 조정하고, 숨은 단말에는 RTS/CTS로 대처한다주파수 호핑(BR/EDR은 1 MHz 폭의 79채널, BLE는 2 MHz 폭의 40채널)속도를 낮추어 잡음에 가까운 약한 전파도 수신할 수 있게 한다(LoRa의 처프 확산 스펙트럼, 좁은 대역의 변조 등)
면허와 회선면허 불필요. 직접 액세스 포인트를 둔다면허 불필요. 기기끼리 직접 연결한다LoRaWAN 등은 면허가 필요 없으며 자체 게이트웨이도 둘 수 있다. LTE-M과 NB-IoT는 통신 사업자의 회선을 계약해 쓴다
주요 용도PC와 스마트폰의 인터넷 연결, 동영상 시청, 가전과 카메라의 네트워크 연결무선 이어폰, 키보드와 마우스, 스마트워치, 비컨, 헬스케어 기기전기·가스·수도 계량기 검침, 농지나 설비의 센서, 물건의 위치 추적

수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.

상황별 선택 기준

Wi-Fi
큰 데이터를 고속으로 보내고 싶을 때나 인터넷에 직접 연결하고 싶을 때. 전원에 연결된 기기나 충전해서 쓰는 기기에 적합합니다.
Bluetooth
스마트폰이나 PC 바로 옆의 주변 기기를 연결할 때. 전지로 오래 동작시키고 싶은 센서나 웨어러블 기기에는 BLE를 씁니다.
LPWA
소량의 데이터를 전원이 없는 곳에서 멀리까지, 전지로 몇 년이고 계속 보내고 싶을 때. 실시간 제어나 이미지·동영상 전송에는 적합하지 않습니다.

자주 묻는 질문

Wi-Fi와 Bluetooth는 같은 2.4 GHz 대역에서 간섭하지 않나요?

같은 2.4 GHz 대역을 쓰므로 간섭할 수 있습니다. Bluetooth는 주파수 호핑으로 쓰는 주파수를 계속 바꾸고, 혼잡한 채널을 피하는 적응형 주파수 호핑으로 영향을 줄이고 있습니다. Wi-Fi를 5 GHz 대역에서 쓰면 2.4 GHz 대역의 혼잡을 피할 수 있습니다. 전자레인지도 2.4 GHz 대역의 전파를 내므로, 근처에서는 통신이 흐트러질 수 있습니다.

LPWA는 왜 적은 전력으로 멀리까지 닿나요?

전송 속도를 크게 낮추어 1비트당 에너지를 늘리고, 수신 대역을 좁혀 잡음을 줄임으로써 약한 전파도 수신할 수 있게 하고 있기 때문입니다. 또한 일본의 920 MHz 대역 같은 서브 GHz 대역은 같은 이득의 안테나로 비교하면 2.4 GHz 대역보다 자유 공간 전파 손실이 약 8 dB 작고, 건물 등의 그늘로도 돌아 들어가기 쉽습니다. 소비 전력이 작은 것은 보내는 데이터가 적고 대부분의 시간을 쉬고 있기 때문입니다.

BLE와 기존 Bluetooth는 무엇이 다른가요?

BLE는 통신하는 시간을 아주 짧게 하고 나머지 시간은 회로를 멈추고 쉬게 하여 소비 전력을 줄인 방식으로, 소량의 데이터를 간헐적으로 보내는 센서나 비컨에 적합합니다. 기존 Bluetooth(BR/EDR)는 음성 등을 연속으로 보내는 용도로 쓰여 왔습니다. 둘 다 2.4 GHz 대역을 쓰지만 방식이 달라, 그대로는 서로 통신할 수 없습니다(둘 다 지원하는 기기도 있습니다).

Wi-Fi의 규격명과 세대 이름은 어떻게 대응하나요?

IEEE 802.11n이 Wi-Fi 4, 802.11ac가 Wi-Fi 5, 802.11ax가 Wi-Fi 6으로 불리며, 802.11ax를 6 GHz 대역으로 넓힌 것이 Wi-Fi 6E입니다. 802.11ac는 5 GHz 대역만 쓰고, 802.11n과 802.11ax는 2.4 GHz 대역과 5 GHz 대역을 모두 씁니다.

이해도 확인

송수신 안테나의 이득을 0 dBi로 할 때, 주파수 2.4 GHz(파장 0.125 m)의 전파가 자유 공간을 100 m 진행할 때의 자유 공간 전파 손실에 가장 가까운 것은?

  1. A40 dB
  2. B60 dB
  3. C80 dB
정답과 해설 보기

정답: C. 80 dB

자유 공간 전파 손실은 등방성 안테나 사이에서 전력이 거리에 따라 구면 형태로 퍼지며 약해지는 비율로, L = (4πd/λ)²로 나타냅니다. d = 100 m, λ = 0.125 m에서는 4πd/λ ≈ 1.0×10⁴이므로 L = 20·log₁₀(1.0×10⁴) ≈ 80 dB입니다. dB로 나타내면 거리가 2배가 될 때마다 약 6 dB, 10배가 될 때마다 20 dB씩 손실이 늘어납니다. 이 식에서는 같은 거리라면 주파수가 높을수록(파장이 짧을수록) 손실이 커집니다.

IEEE 802.11ac(Wi-Fi 5) 무선 LAN이 사용하는 주파수 대역은?

  1. A2.4 GHz 대역만
  2. B2.4 GHz 대역과 5 GHz 대역 모두
  3. C5 GHz 대역만
정답과 해설 보기

정답: C. 5 GHz 대역만

IEEE 802.11 규격은 사용하는 주파수 대역이 규격마다 정해져 있습니다. 802.11b와 802.11g는 2.4 GHz 대역, 802.11a와 802.11ac는 5 GHz 대역, 802.11n(Wi-Fi 4)과 802.11ax(Wi-Fi 6)는 2.4 GHz 대역과 5 GHz 대역을 모두 사용합니다. 802.11ax를 6 GHz 대역으로 확장한 것은 Wi-Fi 6E라고 부릅니다. 2.4 GHz 대역과 5 GHz 대역을 모두 지원하는 액세스 포인트라도 802.11ac로 통신하는 것은 5 GHz 대역 쪽뿐입니다.

무선 LAN의 숨은 단말 문제를 줄이기 위해 사용되는 RTS/CTS의 구조로 적절한 것은?

  1. A송신하려는 단말이 송신 요구(RTS)를 보내고 액세스 포인트가 송신 허가(CTS)를 돌려줌으로써, CTS를 받은 주변 단말이 그 통신 동안 송신을 삼간다
  2. B단말이 송신하면서 수신하고 있는 전파를 감시하고, 충돌을 검출하면 즉시 송신을 멈춘다
  3. C모든 단말의 송신 전력을 최대로 하여 서로의 전파가 닿도록 한다
정답과 해설 보기

정답: A. 송신하려는 단말이 송신 요구(RTS)를 보내고 액세스 포인트가 송신 허가(CTS)를 돌려줌으로써, CTS를 받은 주변 단말이 그 통신 동안 송신을 삼간다

숨은 단말 문제는 액세스 포인트에는 두 단말의 전파가 모두 닿는데, 단말끼리는 거리나 장애물 때문에 서로의 전파를 받을 수 없는 경우에 일어납니다. 서로 상대의 송신을 알아차리지 못하므로 전파가 비어 있다고 판단하여 동시에 송신하고, 액세스 포인트에서 충돌합니다. RTS/CTS에서는 액세스 포인트가 돌려주는 CTS에 통신에 사용할 시간이 적혀 있어, CTS를 받은 단말은 그 시간 동안 송신을 삼갑니다. RTS와 CTS를 주고받는 만큼 효율은 떨어지므로, 큰 프레임을 보낼 때만 사용하는 설정도 있습니다.

  1. Bluetooth Low Energy(BLE)의 특징으로 적절한 것은?
  2. IoT에서 사용되는 LPWA(Low Power Wide Area) 무선 통신의 특징으로 적절한 것은?
  3. 온도 290 K에서의 열잡음 전력 밀도를 −174 dBm/Hz로 한다. 대역폭 1 MHz, 잡음 지수 6 dB인 수신기에서 복조에 필요한 S/N이 10 dB일 때, 수신 감도(수신할 수 있는 최소 신호 전력)에 가장 가까운 것은?

무선 통신의 기초 문제 풀기

주요 용어 설명

Wi-Fi
IEEE 802.11 규격에 의한 무선 LAN의 통칭으로, 업계 단체인 Wi-Fi Alliance의 인증을 받은 기기임을 나타내는 이름. 주로 2.4 GHz 대역, 5 GHz 대역, 6 GHz 대역의 전파를 쓰며, 액세스 포인트를 통해 LAN에 연결한다. 전파 사용은 CSMA/CA로 조정하며, OFDM이나 MIMO, Wi-Fi 6(802.11ax)부터는 OFDMA로 속도와 효율을 높이고 있다. 통신 암호화에는 WPA2나 WPA3를 쓴다.
BLE(Bluetooth Low Energy)
2.4 GHz 대역을 사용하는 근거리 무선 통신 Bluetooth 중 소비 전력을 작게 하는 것을 중시한 방식. 통신하는 시간을 아주 짧게 하고 그 외에는 회로를 멈추고 쉼으로써 코인 전지 등으로도 오래 동작할 수 있다. 애드버타이징(advertising)이라고 부르는 짧은 신호를 주기적으로 보내는 비컨이나, 웨어러블 기기, 센서 등에 사용된다. 기존 Bluetooth(BR/EDR)와는 그대로는 서로 통신할 수 없다.
LPWA(Low Power Wide Area)
센서 값과 같은 소량의 데이터를, 전지로 수년 단위에 걸쳐 동작하는 기기에서 수 km 이상 떨어진 곳까지 보내는 것을 목적으로 한 무선 통신의 총칭. 전송 속도를 낮게 억제하여 약한 전파로도 수신할 수 있게 하고, 통신 거리를 늘리고 있다. LoRaWAN처럼 면허가 필요 없는 대역(일본에서는 920 MHz 대역 등)을 사용하는 것과, LTE-M이나 NB-IoT처럼 휴대 전화 대역을 사용하는 것이 있다.
OFDM(직교 주파수 분할 다중)
데이터를 서로 직교하는 다수의 부반송파로 나누고, 각각을 낮은 심볼 레이트로 변조하여 병렬로 보내는 방식. 부반송파 간격을 심볼 길이의 역수로 함으로써 스펙트럼이 겹쳐 있어도 서로 간섭하지 않고 분리할 수 있다. 다중 경로에 강하며, 무선 LAN, 4G LTE, 5G NR, 지상파 디지털 방송 등에서 사용되고 있다.
숨은 단말 문제(Hidden Node Problem)
무선 LAN에서 액세스 포인트에는 두 단말의 전파가 모두 닿는데, 단말끼리는 거리나 장애물 때문에 서로의 전파를 받을 수 없는 경우에 일어나는 문제. 서로의 송신을 알아차리지 못하고 동시에 송신하여 액세스 포인트에서 충돌한다. 액세스 포인트가 돌려주는 CTS로 주변 단말에게 송신을 삼가게 하는 RTS/CTS로 줄인다.
자유 공간 전파 손실(Free-space Path Loss)
장애물이나 반사가 없는 자유 공간에서 등방성 안테나 사이에 전파의 전력이 거리에 따라 구면 형태로 퍼지며 약해지는 비율. L = (4πd/λ)²로 나타내며, dB로는 거리가 2배가 될 때마다 약 6 dB, 10배가 될 때마다 20 dB 늘어난다. 링크 버짓 계산에서 전파 손실의 기준으로 사용된다.
링크 버짓(Link Budget)
송신 전력에서 수신 전력까지의 이득과 손실을 쌓아 올려, 수신기에 도달하는 전력과 수신에 필요한 전력(수신 감도)에 대한 여유를 추정하는 계산. dB와 dBm을 사용하여 송신 전력 + 안테나 이득 − 전파 손실 − 케이블 손실 등을 더하고 빼서 구한다. 무선 외에 광통신의 파워 버짓에서도 같은 사고방식을 사용한다.

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