1무선홈네트워크 연구팀

ETRI

무선 홈네트워크 기술 개발(BcN/IPv6. RFID/USN 및 홈네트워크 통합 워크숍)

2004. 12. 08

최 싱 성무선홈네트워크 연구팀

2무선홈네트워크 연구팀

유∙무선유∙무선유∙무선 홈네트워킹홈네트워킹홈네트워킹 기술기술기술

홈네트워킹 기술은 가전기기들을 다양한 방식의 유∙무선홈네트워크에 연결하고

각종 정보가전 기기 사이의 다양한 데이터와 명령어 교환을 위한 수단 제공

3무선홈네트워크 연구팀

2.4/5GHz WLAN기존 유선LAN을 대체, 또는 확장한 유연한 데이터 통신 기술로서 무선 주파수 기술을이용하여 유선망 없이도 데이터를 교환할 수 있는 무선 홈네트워킹 기술

- 유선망에 구속됨이 없이 이더넷이나 토큰링과 같은 LAN기술의 모든 이점과 기능을 제공

- 케이블 설치의 복잡성, Notebook 사용자의 증가로 인한 이동성, 재해로 인한 Network 단절 문제 극복.

- 건물에서 무선LAN을 이용한 Internet 접속 및 Data Base접속 혹은 Open Space에서 WLAN이용Server접속을 제공하고 외곽에 Outdoor안테나 설치 후 공공 장소나 도로에서 망을 구성하여 사용함.(Hotspot)

2.4GHz ISM대역을 사용하면서 그 전송 속도를 향상시킨 IEEE 802.11g 기준이 2003년

6월에 표준화가 완료 되었으며, 유선랜의 MAC에 QoS 보장 기능을 추가한 IEEE 802.11e

규격의 표준화 진행중

5GHz 대역 WLAN 개발은 미국 Atheros와 Intersil 등에서 MIMO를 이용하여 100Mpbs

이상의 Throughput 제공하는 전송속도 증대기술 적용하여 상용화를 추진

802.11a 또는 802.11g를 지원하는 콤보형 카드 제품 상용화 단계에 있으며, 802.11b를

만족하며 무선랜 신호를 제어하는 MAC와 모뎀역할을 하는 SoC 제품 개발

Offers QoS and backwards compatibility(in committee)802.11e, MAC layer

54 Mbps

11 Mbps

54 Mbps

Data Rate

100m

100m

50m

Distance*

OFDM2.4 GHz802.11g

DSSS2.4 GHz802.11b

OFDM5 GHz802.11a

PHY LayerFrequencyStandard

4무선홈네트워크 연구팀

HDR WPAN

기술 개요(IEEE802.15.3 표준 규격)

- 5가지 전송 모드(QPSK-TCM, DQPSK, 16/32/64 QAM-TCM)를 이용하여 데이터

전송률 11, 22, 33, 44, 55MHz를 제공

- QoS 기능 지원 및 자체적인 Security Suite 보유

주파수 동향- 2.4GHz대역의 ISM 밴드에서 최고 55Mbps까지 5개의 서로 다른 채널을 지원

IEEE802.15.3에서 표준으로 제정된 기술로 짧은 거리에서

고속의 데이터 전송을 요구하는 기기들 간의 무선 네트워킹 기술

개발 동향

- 2004년 Appairent Technologies 에서 802.15.3 MAC/PHY 시스템으로 A/V 스트리밍

전송 시연에 성공하였으나 시장수요가 불투명하여 칩 연구 개발은 시도하고 있지 않는 실정임

IEEE802.15.3a 에서 100bps 이상의 초고속 전송 기술 개발(UWB 기술 개발)

WLAN 보다 우수한 무선 홈네트워크 백본 망 기술로 확장 개발 (HDR 기술 개발)

5무선홈네트워크 연구팀

HDR WPAN - 계속

802.15.3 채널 배치 및 변조 방식

변조 방식 유지 : 대역폭 2배(30MHz)이상 확장◈ 30MHz 대역에 맞는 parameter 재평가

◈ Throughput 평가

◈ Dual band

다중 안테나 기술◈ SDM(Spatial Division Multiplex)◈ STBC(Space-Time Block Coding)◈ SDMA(Space Division Multiple Access)

5564-QAM

4432-QAM

3316-QAM

22DQPSK

11QPSK

데이터율(Mbps)변조방식

WPAN(IEEE802.15.3) 점유 대역폭 : 15MHz

GHz

30MHz

Space-time block coding

21 xx

*21 - xx

*12 xx

21 rr Space-time block

decoding

1h

2h21 ˆ ˆ xx

2.412 2.437 2.462 GHz

용량2배

(110Mbps) 확대

15MHz

데이터 전송 속도 증대 방안

6무선홈네트워크 연구팀

HDR WPAN - 계속

ISM(산업․과학․의료용) 설비 : 마이크로오븐…특정소출력무선국(무선LAN/PAN,영상전송,이동체식별)

위성휴대통신(GMPCS)

도서통신용(고정국), 군용이용현황

무선표정,이동위성

고정, 이동무선표정

고정, 이동,무선표정, 아마추어

고정,무선표정

가입자회선(WLL)

국내분배2370 2400 2450 2480 2483.5 2500㎒구분802.15.3의

2.4GHz 주파수 대역의 밀집 사용으로 인한 간섭 문제

주파수 확보 방안 :

- 단독 PAN 용도 : 비허가 주파수는 타 서비스와 주파수 공유

- 무선 LAN용도에 PAN도 추가 요청 : 정통부 협조, TTA표준화

무선 LAN주파수와 공유 기술연구 :

- 주파수 공유 기술(DFS, TPC,…)

- Througput 평가

5GHz대역으로

대역 변경

(450MHz 대역폭 할당예정)

5.725GHz5.4705.3505.250 5.6505.150

HDR WPAN 주파수 할당 전략

WLAN(실외)WLAN(실내/실외)

FWA

WLAN

(실내)

고정, 이동

무선표정

우주연구(2차)

해상무선항행

무선항행

무선표정(2차)

무선항행

지구탐사위성

항공무선항행

무선표정(2차)

RLAN

사용 금지대역

우주연구

무선표정

지구탐사위성

고정위성

항공무선항행

7무선홈네트워크 연구팀

UWB

기존기존 협대역협대역 사용의사용의 문제점문제점

데이터 전송속도의 제한(최대 54Mbps) 거리 해상도 부족

보안성 취약

다중경로 페이딩에 취약

데이터 전송속도의 제한(최대 54Mbps) 거리 해상도 부족

보안성 취약

다중경로 페이딩에 취약

초광대역초광대역 사용으로사용으로 해결해결

UWB UWB 기술의기술의 출현출현

무선무선 홈네트워크홈네트워크 기술기술 로로 부각부각 UWB UWB 기술의기술의 다양한다양한 활용활용

400Mbps 이상의전송속도를 사용하는기존의 유선장치를무선장치로 대치 할수 있는 유일한고속무선전송기술

400Mbps 이상의전송속도를 사용하는기존의 유선장치를무선장치로 대치 할수 있는 유일한고속무선전송기술

Narrowband (30kHz)

Wideband CDMA (5MHz)

UWB (수 GHz)

2GHz 10GHz

미국의 소출력 비허가 기준(FCC Part15)

UWB 기술 개요

8무선홈네트워크 연구팀

UWB 표준화 현황

IEEE802.15 TG3aIEEE802.15 TG3a에서에서 고속고속 UWB WPAN Alt. PHY UWB WPAN Alt. PHY 표준화표준화 진행진행

Down Selection

MB-OFDM 방식MBOA 중심

(Intel, TI, Wisair ,Staccatoo, Samsung, etc.)

DS-CDMA 방식Motorola 중심

MB-OFDM/DS-CDMA복수표준 타협안 제안

최종 후보

MB-OFDM 방식: 4회

DS-UWB 방식: 2회

Confirmatiopn Voting

모두 실패

2004.112004.112004.11

DS-UWB

선두 유지

11월 현재 DS-UWB 최종후보로 결정, 1차 Confirmation 실패

Motorola측은 UWB 칩셋의 시장선점에 주력, MBOA 측은 독자 표준 고려

양측 모두 위기감을 인식하고 있으나 극적인 타협안은 기대되지 않는 상태

국내에서는 MB-OFDM 방식의 UWB 칩셋은 ETRI와 SAIT 가 공동개발 중

이고, DS-CDMA 방식의 UWB 칩셋은 ETRI 단독으로 개발중

UWB - 계속

9무선홈네트워크 연구팀

Proposal #2Proposal #1

Rake receiver 구조

4개 (8 user/piconet)

4 CDMA code set

28.5Mbps ~ 1.2GHz

Convolutional code

Concatenated code

(RS+Convolutional)

CDMA(M-BOK) / PSK

2개(대역폭 : 2GHz, 4.8GHz )-single band : 3.1 ~ 5.15GHz -dual band : 3.1 ~ 5.15 GHz, 5.825 ~ 0.6GHz

Motorola(XSI), Parthus

Ceva ,CRL

FFT/IFFF 구조

가능

Time/Freq.-Hopping

55 ~ 480Mbps

Convolutional code

OFDM(128 FFT) /QPSK

13개 (대역폭 : 528MHz) -3개 (Mandatory):3168 ~ 4752MHz-7개 (Optional): 6072 ~ 8184MHz

TI, Femto Devices, FOCUS Enhancements, GA, Infocomm Research, Intel, Mitsubishi, Panasonic, Philips, Samsung, SONY, Staccato Communications, Time Domain, University of Minnesota, Wisair, ST Micro.

회로 복잡도

Piconet 수

Multiple Access

데이터 전송율

FEC

변조방식

주파수

운용 방식

제안사

표준화 제안 기술

UWB - 계속

10무선홈네트워크 연구팀

UWB 칩 개발 동향

UWB - 계속

11무선홈네트워크 연구팀

국외 환경 변화

UWB 원천 기술의 급격한 변화

2003년 이전 : PPM방식, Impulse 발생

2003년 이후 : MB-OFDM방식과 DS-CDMA 방식이 표준화에서 경합중

기존 중소업체의 중도 탈락

Time-Domain사 : 통신분야 분리 (ALEREON)

XSI : 모토롤라로 합병 (Free Scale)

TI, Intel, NEC 등 칩 제조업체와 가전업체가 기술을 주도(MBOA)

표준화의 지연

MBOA와 Motorola의 최종 두방식(MB-OFDM/DS-CDMA)의 치열한 경쟁

모토롤라측는 시장 선점에 주력하며 복수 표준 타협안 제시

기존 제품(WLAN, 블루투스 등)과 경쟁 : 저 가격, 저 출력소비(0.13um CMOS 칩)

FCC의 UWB 정의

- 중심 주파수의 20% 이상의 점유 대역폭

- 500MHz 이상의 점유 대역폭을 차지하는 무선 전송 기술

☞ 대역폭만 500MHz 이상 확보한 기존 Carrier 변조 기술도 UWB 기술로 가능해 짐

UWB - 계속

12무선홈네트워크 연구팀

국내 UWB 칩 개발 동향

MB-OFDM

UWB 칩셋

DS-CDMA

UWB 칩셋

ETRIETRI삼성(SAIT)삼성(SAIT) ETRIETRI

UWBRF

UWBModem

UWBRF

UWBModem

공동 개발 단독 개발

UWB RF 칩 2회 fab-out

- TSMC 0.18um 공정 사용

- 칩 기능 확인

UWB Modem Back-end 설계중

UWB RF 칩 1회 fab-out

- TSMC 0.18um 공정 사용

- 칩 기능 확인

UWB Modem Back-end 설계중

UWB - 계속

13무선홈네트워크 연구팀

Bluetooth

개요

- 저속의 음성 및 데이터 전송을 요구하는 기기들 간의 무선 네트워킹 기술

- 파일 전송, 인터넷 브리지, 무선 헤드셋, 무선 GPS 등

- 1Mbps나 10Mbps 급의 오디오를 포함한 중저속으로 표준화 작업이 진행중임

기술동향- 표 준 : IEEE 802.15.1 완료, 1a TG에서 V1.2 진행중

- 주 파 수 : 2.4GHz대역의 ISM 밴드, 79개 채널 지원

- 전송속도 : 음성 64kbps, 데이터 720kbps

▣ over 2300 adaptor and associate companies

▣ Ultra-low power for portable

▣ up to 100m range at 20 dBm

▣ 1Mbps gross data rate

▣ 3 channel high quality voice

▣ Low cost radio solution

14무선홈네트워크 연구팀

표준화 및 개발 동향- Bluetooth Special Interest Group(SIG) : 에릭슨, 노키아, IBM, 인텔, Microsoft, 모토롤라, 루슨트 등 주도

- SIG와 IEEE 802.15 협력으로 국제 표준 제정◈ 1999년 8월 : Version 1.0◈ 2001년 4월 : Version 1.1

- 현재 Bluetooth 개발 동향◈ 바이너리 CDMA기술을 기반으로 기존 불루투스의 성능향상 방안 모색

◈ “블루투스 EDR”은 2004년 가을 최종 표준을 목표로 기존보다 전송속도가

◈ 세배 빠른 2.1Mbps 급 신형 블루투스 표준 규격이다.

주파수 동향

- 주파수 대역이 ISM 대역이므로 FCC 및 ESTI에는 허용 방사 전력만 규정

Bluetooth - 계속

15무선홈네트워크 연구팀

ZigBee

데이터 전송속도/주파수250Kbps / 2.4GHz40Kbps / 915MHz20Kbps / 868MHz

네트워크 토폴로지Star, Mesh , Peer to peer

네트워크(피코넷)당 255개 디바이스 연결

CSMA/CA 채널 접속

초저전력 시스템배터리 시간이 수년간 지속되는 시스템

듀얼밴드2.4GHz(16개 채널), 915MHz(10개 채널)

전송 거리 : 10~30m

표 준 : IEEE 802.15.4 완료,

TG4b에서 개선 진행중

가정, 빌딩 및 공장 자동화, 가전 원격제어,

오락 및 장난감, PC 주변기기 등

ZigBee 기술 개요

Silicon

PHY LAYER2.4 GHz 915MHz 868 MHz

MAC LAYERMAC LAYER

NETWORK LAYERStar/Cluster/Mesh

APPLICATION INTERFACEAPPLICATIONS

Application ZigBee Stack

Customer

IEEE802.15.4

ZigBee Alliance

SECURITY

16무선홈네트워크 연구팀

ZigBee - 계속

ZigBee 주파수 동향

전세계 : 2.4 GHz ISM Band (250 kbps), 1mW

미국 : 915 MHz ISM Band (40 kbps), 1mW

유럽 : 868 MHz (20 kbps), 1mW

일본 : 2.4 GHz (250 kbps), 1mW

한국 : 2.4GHz는 비허가 대역으로 사용가능, 1mW

표준화 및 개발 동향

CSMA/CA optional GTS

CSMA/CA optional GTS

CSMA/CA optional GTS

Multiple Access

600kchips/s300kchips/s2.0Mchips/sChip Rate

40ksym/s20ksym/s62.5ksym/sSymbol Rate (+-40ppm)

15-chip15-chip PN sequence32-chip PN sequenceDSSS

BPSKBPSKO-QPSKModulation

40kbps20kbps250kbpsData Rate

915MHz Band868MHz Band2.4GHz Band

PHY, MAC 계층 표준 제정(‘03. 5월) : IEEE 802.15.4

네트워크, 보안등의 상위계층 표준 Version 1.0 예정(’04. 하반기)

필립스, 모토롤라, 삼성, 미쯔비시, 하니웰 등 주도

BAND COVERAGE DATA RATE # OF CHANNEL(S)

2.4 GHz ISM Worldwide 250 kbps 16

868 MHz Europe 20 kbps 1

915 MHz ISM Americas 40 kbps 10

17무선홈네트워크 연구팀

ZigBee - 계속

ZigBee 국내 주파수 사용 방안- ZigBee(802.15.4) PHY 채널 할당 방안 : 2.4GHz는 국내 적용됨

◆ 지역 채널 할당 방법 연구(한국)- 2 채널 할당 : 911, 913MHz 대역에 RF

BW 1.2MHz

* 지역 채널 할당 방법

- 4 채널 할당 : 910~914MHz 대역에 RF

BW 600KHz

◆ 900MHz대역 표준안 적용시 문제- IEEE 표준 장비 국내 도입시 불법 무선국

- RFID 주파수 대역 공유 간섭 문제

공공

8.5

MHz

공공

8.5

MHz

-

반납

예정

0.95

MHz

양방향

Pager

?-

사업

중지

(RFID할당)

?에어미

디어등

1.05

MHz

1

MHz

4

MHz

1.5

MHz

2

MHz

-CT1CT2-무선

데이터

898 900 908.5 910 914 915 923.5 924.45 925.5

802.15.4 PHY 표준

국내 가능 주파수및 채널 할당 방법 연구한국주파수 사용 현황

18무선홈네트워크 연구팀

위치기반 저속 UWB

위치 기반 UWB 탄생 배경◈ 위치 정밀도 : centimeter 정밀도의 위치 추적 필요

FCC 나 ESTI 정의 : 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 신호를 송수신함으로서 타통신대역을 사용하면서도 간섭을 주지않는 무선 통신 기술

◈ 주파수 대역 : 3.1~10.6 GHz 대역, 허용 방사 전력 : -41dBm/MHz◈ 채널 대역폭 : 미정(표준화에서 결정)◈ FCC CFR47,ESTI 300 328

IEEE802.15.4a 표준화 일정◈ 2004년 9월 : CFI 접수 및 preliminery 제안서 접수◈ 2004년 11월 : 정식 제안서 접수◈ 2005년 1월: downselection 시작 예정

IEEE802.15.4a 표준화 대응◈ 국내 몇 개 그룹 : 제안서 준비◈ 표준화 연구반을 통하여 각 그룹의 제안서를 통합하여 경쟁력 있는 단일안 준비

무한대(264)네트워크 수

100‾1000 일/ 30 mW저전력 (밧데리수명)

3.1‾10.6 GHz주파수

저가격

주요 특성

1 $

위치기반 UWB

19무선홈네트워크 연구팀

무선 1394

개 요

- IEEE1394 장치를 무선 장치로 대체

- 초기에는 무선랜 기반의 무선1394를 고려하였으나 전송속도문제로 현재에는 UWB 기반의

무선1394로 표준화 진행중

- 고속 대용량 A/V 데이터 전송(HDTV, 캠코더, 디지털 카메라…)

기술동향- 표 준 : 1394TA Wireless WG에서 표준화중

- 주 파 수 : 3.1-10.5GHz

- 전송속도 : UWB 전송속도(110-440MBps)

향후전망

- IEEE802.11a/e 기반 PAL의 표준화는 중지되고 UWB 기반의 무선1394 기술 개발

- 향후 무선 USB 기술과 경쟁이 예상

20무선홈네트워크 연구팀

2G2G 3G3G 4G4G

802.16802.16

80.11.b80.11.bWLANWLAN

802.11a/g802.11a/gWLANWLAN

RFIDRFID

802.15.4802.15.4ZigBeeZigBee

802.15.1802.15.1BluetoothBluetoothWPAN

WLAN

WMAN

Cellular

0.01 0.1 1 10 50 100 500Data Rate(Mbps)

WMAN : Wireless Metropolitan Area Network WLAN : Wireless Local Area NetworkWPAN : Wireless Personal Area Network

WiBroWiBro

802.11n802.11nWLANWLAN

802.15.3802.15.3WPAN(HDR)WPAN(HDR)802.15.4a802.15.4a

UWBUWB

무선무선무선 홈네트워킹홈네트워킹홈네트워킹 기술기술기술 발전발전발전 전망전망전망

802.15.3.a802.15.3.aUWBUWB

21무선홈네트워크 연구팀

향후 전망

현재까지는 ‘초고속인터넷 서비스 공유,’ ‘프린터 공유,’ ‘PC간 상호 파일 교환’ 등『데이터 홈 네트워크』타입이 홈 네트워크의 주류를 형성하고 있어 데이터 네트워킹에 적합한 무선 LAN 기술이 가장 널리 사용되고 있으나 앞으로『엔터테인먼트 홈 네트워크』,『홈 오토메이션 네트워크』가 활성화되기 시작하면, Bluetooth, ZigBee, UWB 등이 단거리 무선 네트워크 시장을 주도할 것으로 예상됨

블루투스 모듈은 낮은 데이터 전송률과 최대 동시 접속 기기의 수가 8개로 제한되어 있다는 점 때문에, 앞으로 홈 네트워킹 시장에서 성장 가능성은 제한적일 것으로 예상되며, 주로 이동통신 단말기와 관련 주변기기(헤드셋)를 중심으로 시장이 형성될 것으로전망됨

ZigBee가 목표로 하는 홈 오토메이션 애플리케이션 시장에서는 이미 proprietary 기술방식의 솔루션이 자리를 잡고 있는데, ZigBee가 표준화되면 제품 가격을 끌어내려 시장을 보다 활성화시킬 것으로 기대되나 도 적외선 방식의 전통적인 TV 리모콘이나 컴퓨터 키보드/마우스 등에서도 시장을 찾을 수 있는데, 이 시장은 블루투스와 경쟁이 불가피할 것으로 전망.

UWB는 현재 단일 산업 표준 부재 및 각국의 UWB 규제 완화 지연, 업체들의 제품 출시예정 스케쥴 등으로 미루어 볼 때, 대량 생산 시기는 빨라도 2007년 이후가 될 것으로예상되나, 한 해 수억 포트 이상 출하되는 USB를 대체한다는 점만으로도 UWB의 시장잠재력은 막대할 것으로 추산됨