Wi-Fi HaLow 국내 가용 대역 및 전력 제한을 반영한 여유 계수 기반 MCS 운용 기법 제안 = Proposal of a Margin Coefficient?Based MCS Operation Method for Wi-Fi HaLow Considering Korean Available Bands and Transmit Power Limits

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 국내 Sub-1GHz 비면허 대역(917.5–923.5 MHz) 규제 조건에서 Wi-Fi HaLow(IEEE 802.11ah)의 실 환경 성능을 체계적으로 분석하는 것을 목표로 한다. 기존의 HaLow 연구는 주로 미국유럽의 902–928 MHz 환경을 기반으로 수행되어, 국내에서 사용 가능한 채널과 10–25 mW 수준의 출력 제한을 반영한 실측 자료가 부족하였다. 또한 Rate Control(RC) 기능을 비활성화한 고정 MCS(Modulation and Coding Scheme) 운용에서 유효 전송률과 UDP 손실률 간의 관계를 정량적으로 제시한 연구도 충분하지 않았다. 본 연구에서는 Newratek NRC7394 기반 HaLow EVK를 사용하여 실내 근거리, 동일층 장거리, 층간 NLoS 등 다양한 실내 환경에서 RSSISNR, RTT, TCP/UDP 전송률을 측정하였다. RC ON(전송률 자동 적응)과 RC OFF(고정 MCS)의 성능 차이를 비교하고, RC OFF 환경에서는 TCP 평균 전송률을 기준으로 UDP 손실률 1% 이하를 만족하는 최대 전송률을 산정하여 여유계수를 정의하였다. 이를 통해 거리출력MCS에 따른 HaLow 링크의 안정 운용 범위를 실측 기반으로 도출하였다. 실험 결과, 출력이 더 높은 CH 11이 모든 환경에서 더 안정적인 링크 품질을 보였으며, 장거리 및 층간 환경에서는 RTT 변동성과 전송률 감소가 뚜렷하게 나타났다. RC
ON은 환경 변화에도 비교적 안정적인 전송률을 유지한 반면, RC OFF에서는 고차 MCS에서 손실률 증가로 인해 운용 가능한 구간이 크게 제한되었다. 본 연구에서 제안한 여유계수와 실측 데이터는 국내 환경에서 HaLow 기반 IoT 시스템의 링크 설정, 전송률 조정, MCS 선택에 실질적인 기준을 제공할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study evaluates the real-world performance of Wi-Fi HaLow (IEEE 802.11ah) under Korea’s Sub-1GHz unlicensed band regulations (917.5–923.5 MHz). While most prior work examined the 902–928 MHz bands used in the US and Europe, studies reflecting Korea’s limited channel availability and strict power constraints (10–25 mW) remain scarce. The relationship between effective throughput and UDP loss under fixed-MCS operation (RC OFF) has also been insufficiently explored.
Using Newratek NRC7394-based HaLow EVKs, measurements were conducted in short-range LoS, long-range same-floor NLoS, and inter-floor NLoS indoor environments. We analyzed RSSI, SNR, RTT, and TCP/UDP throughput while comparing RC ON (rate adaptation) and RC OFF (fixed MCS). For RC OFF, a margin factor was defined by determining the maximum UDP throughput satisfying a loss rate below 1% relative to the TCP average.
Results show that CH 11 provides more stable link quality across all environments, while long-distance and inter-floor settings exhibit significant RTT and throughput degradation. RC ON maintained relatively stable performance, whereas RC OFF degraded rapidly at higher MCS levels. The proposed margin factor and measurement dataset offer practical guidelines for HaLow-based IoT system design in domestic regulatory conditions

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 기술적 및 환경적 문제 제기 1
• 1.3. 기존 연구의 한계 2
• 1.4. 본 연구의 목적 및 기여 2
• 1.5. 논문 구성 3
• 2. 관련 연구 3
• 2.1. Wi-Fi HaLow (IEEE 802.11ah) 개요 3
• 2.1.1. Sub-1GHz OFDM PHY 구조 3
• 2.1.2. MCS(Modulation and Coding Scheme) 및 전송속도 4
• 2.1.3. Rate Control 기법 5
• 2.2. 국내 Wi-Fi HaLow 주파수 및 출력 규제 6
• 2.2.1. 한국 Sub-1GHz 비면허 대역 6
• 2.2.2. USN5 대역과 간섭 문제 6
• 2.3. HaLow 성능 평가 관련 선행 연구 7
• 2.3.1. 주파수 대역폭 MCS 기반 실측 연구 7
• 2.3.2. 실내실외 환경 성능 분석 8
• 2.3.3. 국내 규제 반영 연구의 부족성 8
• 2.4. 본 연구의 차별점 9
• 2.4.1. 국내가용 채널 및 출력 제한 반영 9
• 2.4.2. RC ON OFF 비교 실측 9
• 2.4.3. UDP loss 1% 기반 여유계수 제안 10
• 2.4.4. 근거리 장거리 층간 NLoS 중심 실측 설계 10
• 3. 실험 환경 및 측정 설계 10
• 3.1. 실험 목표 10
• 3.2. 장비 및 시스템 설정 11
• 3.2.1. HaLow 송수신 장비 11
• 3.2.2. 채널 출력 MCS 설정 12
• 3.2.3. iperf3 기반 측정 구성 13
• 3.3. 측정 환경 13
• 3.3.1. 실내 근거리 13
• 3.3.2. 동일층 장거리 14
• 3.3.3. 층간 NLoS 환경 14
• 3.4. 측정 항목 및 절차 15
• 3.4.1. RTT 15
• 3.4.2. RSSI SNR 15
• 3.4.3. TCP 15
• 3.4.4. UDP 15
• 3.4.5. 여유계수 16
• 4. 실험 결과 및 분석 17
• 4.1. 링크 품질 및 RTT 분석 17
• 4.2. RC ON 성능 21
• 4.2.1. TCP 21
• 4.2.2. UDP 23
• 4.3. RC OFF 성능 23
• 4.3.1. MCS별 TCP 23
• 4.3.2. MCS별 UDP 25
• 4.4. 여유계수 분석 26
• 4.4.1. MCS별 비교 26
• 4.4.2. 출력별 비교 27
• 4.5. 종합 분석 및 시사점 32
• 5. 결론 33
• 참고문헌 35