핵심 인사이트 (3줄 요약)
- 본질: 비면허 대역 LPWAN은 정부가 무료 개방한 **ISM 밴드(900MHz 부근)**에서 통신사 인프라 없이 자가 기지국으로 도시 규모 IoT 사설망을 구축하는 기술이며, LoRaWAN(CSS 변조)과 Sigfox(UNB 변조)가 양대 산맥이다.
- 가치: LoRaWAN은 **Chirp Spread Spectrum(CSS)**으로 넓게 펼쳐 노이즈를 뚫고, Sigfox는 **Ultra Narrow Band(UNB)**로 100Hz에 에너지를 몰빵하여 초장거리를 달성한다. 정반대 전략으로 같은 목표(원격 IoT)를 해결한다.
- 판단 포인트: LoRaWAN은 **자체 GW 구축(자유도↑)**이 가능하여 사설 IoT에 적합하고, Sigfox는 **본사 망 독점 운영(관리 편의↑)**이지만 확장에 한계가 있어 하락세다.
Ⅰ. 개요 및 필요성
국가 전파는 한정 자원으로 통신사가 수조 원에 경매하여 독점 사용(면허 대역)하지만, 정부는 일부 주파수(ISM 밴드)를 출력 제한 하에 무료 개방하고 있다. Wi-Fi(2.4GHz)·Bluetooth가 이 무료 도로를 쓰듯, LoRa와 Sigfox도 900MHz 비면허 대역에서 자체 규칙으로 도시 규모 IoT 사설망을 구축한다.
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│ LoRa (CSS) vs Sigfox (UNB) 변조 방식 비교 │
├───────────────────────────────────────────────────────┤
│ [LoRa: Chirp Spread Spectrum] │
│ 주파수 ▲ │
│ / ← Chirp (낮→높으로 쭉 올라가는 패턴) │
│ / 넓은 대역에 에너지를 펼침 │
│ / → 노이즈가 일부 깨워도 패턴으로 복원 │
│ ────────────────→ 시간 │
│ │
│ [Sigfox: Ultra Narrow Band] │
│ 에너지 ▲ ████ ← 100Hz 초협대역에 에너지 몰빵 │
│ │ ████ 면도칼처럼 얇고 강력 │
│ │ ████ → 하루 12바이트 한계, 초장거리 │
│ ────────────────→ 주파수 │
└───────────────────────────────────────────────────────┘
- 📢 섹션 요약 비유: LoRa는 덤프트럭(넓게 펼쳐 충격 흡수)이고, Sigfox는 오토바이(좁고 날렵하게 돌파)다.
Ⅱ. 아키텍처 및 핵심 원리
| 항목 | LoRaWAN (CSS) | Sigfox (UNB) |
|---|
| 변조 | Chirp Spread Spectrum | Ultra Narrow Band |
| 대역폭 | 125~500 kHz (넓게 펼침) | 100 Hz (극단적 좁음) |
| 속도 | 0.3~50 kbps | 100~600 bps |
| 커버리지 | 15~30 km | 30~50 km |
| GW 구축 | 자유 (누구나 안테나 설치) | 본사 독점 |
| 메시지 제한 | 없음 (Duty Cycle만 준수) | 하루 140건, 12바이트 |
| 양방향 | 지원 (Class A/B/C) | 제한적 (다운링크 4건/일) |
| 한국 현황 | SKT·한전 전국망 | 서비스 축소 |
LoRaWAN 클래스
| 클래스 | 수신 방식 | 전력 | 용도 |
|---|
| A | 업링크 후 짧은 수신 창 | 최저 | 센서 (대부분) |
| B | 비콘 동기화 주기적 수신 | 중간 | 액추에이터 |
| C | 상시 수신 | 최고 | 게이트웨이·전원 장비 |
- 📢 섹션 요약 비유: LoRaWAN Class A는 "내가 말할 때만 귀를 여는" 절전형이고, Class C는 "항상 전화기를 들고 있는" 상시 대기형이다.
Ⅲ. 비교 및 연결
| 비교 | LoRaWAN | Sigfox | NB-IoT (면허) |
|---|
| 대역 | 비면허 | 비면허 | 면허 |
| GW 자유도 | 자체 구축 | 본사 독점 | 통신사 |
| QoS | Best Effort | Best Effort | 보장 |
| 양방향 | 지원 | 제한 | 완전 지원 |
| 생태계 | 개방, 활발 | 폐쇄, 하락 | 3GPP 표준 |
Ⅳ. 실무 적용 및 기술사 판단
LoRaWAN 적합 시나리오
- 스마트 농업: 자가 GW 1대로 농장 전체 커버, 토양 센서 수백 개 운영.
- 스마트 시티: 공공 가로등·쓰레기통 IoT, 시 자체 사설망 구축.
Sigfox 적합 시나리오
- 초장거리·초소량: 사막/해양 자산 추적 (하루 위치 1회 전송).
안티패턴
- Sigfox로 실시간 모니터링: 하루 140건 메시지 제한 → 실시간 불가.
- LoRa로 영상 전송: 50 kbps 한계 → 영상 전송 물리적 불가능.
Ⅴ. 기대효과 및 결론
| 지표 | 셀룰러 IoT | LoRaWAN | 개선 |
|---|
| 센서당 통신비 | 월 5,000원 | 월 0원 (자가 GW) | 100% 절감 |
| GW 1대 커버리지 | 2~5 km | 15~30 km | 6배 |
| 망 자유도 | 통신사 의존 | 자체 구축 | 완전 자율 |
LoRaWAN은 비면허 LPWAN의 승자로 굳어지고 있으며, 위성 LoRa(Amazon Sidewalk, Lacuna Space)로 진화하여 전지구 커버리지를 향해 나아가고 있다.
📌 관련 개념 맵
| 개념 | 연결 포인트 |
|---|
| LPWAN | LoRaWAN·Sigfox가 속하는 상위 기술 범주 |
| ISM 밴드 | 비면허 대역, 무료 사용 가능한 주파수 |
| CSS (Chirp Spread Spectrum) | LoRa의 핵심 변조 방식, 대역 확산 |
| UNB (Ultra Narrow Band) | Sigfox의 핵심 변조 방식, 초협대역 |
| NB-IoT | 면허 대역 LPWAN, 통신사 인프라 활용 경쟁 기술 |
📈 관련 키워드 및 발전 흐름도
[ISM 밴드 개방 — 비면허 주파수 무료 사용 허용]
│
▼
[Sigfox (2012, 프랑스) — UNB 최초 상용 LPWAN]
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▼
[LoRa (2013, Semtech) — CSS 기반 개방형 LPWAN]
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▼
[LoRa Alliance 표준화 (2015~) — LoRaWAN 프로토콜 확립]
│
▼
[현재: 위성 LoRa (Lacuna Space) — 전지구 IoT 커버리지]
👶 어린이를 위한 3줄 비유 설명
- LoRa는 큰 목소리(넓은 전파)로 소리치면서 시끄러운 운동장에서도 친구에게 메시지를 전하는 방법이에요.
- Sigfox는 아주 작은 목소리(좁은 전파)지만 레이저처럼 정확하게 한 친구에게만 쏘는 방법이에요.
- 둘 다 전기(배터리)를 아주 조금만 쓰고 아주 멀리까지 메시지를 보낼 수 있답니다!