UWB Technology for Wireless Home NetworkC3%D6%BB... · 2012-05-06 · Digital Home Research Division 3 WAN Access Network (FTTH, xDSL, Cable, …) Home Appliance Cluster (PLC) PLC

Digital Home Research Division

UWB Technology for Wireless Home Network

Choi, SangsungWireless Home Network Research Team

2005. 06. 28

Digital Home Research Division 2

발표발표발표 내용내용내용

무선 홈네트워크 기술 개요

UWB 기술 개요

UWB 표준화 동향

UWB WPAN 기술 개발

UWB 시장 전망

무선 1394 기술 개요

UWB 기반 무선 홈네트워크


WAN Access Network(FTTH, xDSL, Cable, …)

Home Appliance

Cluster(PLC)

PLC GW

Home Gateway

IT-PCCluster

Backbone

AV Cluster

WLANAccessPoint

Analog AV

Digital AV 1394

Wireless AV

무선무선무선 홈네트워크홈네트워크홈네트워크 기술기술기술 개요개요개요

홈네트워크 구성도홈네트워크 구성도


WLANIEEE 802.11

5 GHz2.5 GHz

802.11b11Mbps

802.11g54Mbps

802.11a54Mbps

HiperLAN254Mbps

802.11eQoS

802.11fIAPP

802.11iSecurity

무선무선무선 홈네트워크홈네트워크홈네트워크 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속

무선 홈네트워크 기술무선 홈네트워크 기술


무선무선무선 홈네트워크홈네트워크홈네트워크 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속

고속 UWB 전송기술고속 UWB 전송기술


UWB UWB UWB 기술기술기술 개요개요개요

기존 협대역 사용의 문제점

54Mbps) 데이터 전송속도의 제한(최대 54Mbps)

거리 해상도 부족

보안성 취약

다중경로 페이딩에 취약

초광대역 사용으로 해결

고속 전송속도(100Mbps 이상)

고정밀 위치 정보

강력한 보안성

실내환경에 강인한 성능

Narrowband (30kHz)

Wideband CDMA (5MHz)

UWB (수 GHz)

2GHz 10GHz

미국의 소출력 비허가 기준(FCC Part15)

UWB 무선기술은 기존의 스펙트럼에

비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 스

펙트럼 밀도의 신호를 수신하여 기존

시스템의 주파수 대역에 간섭을 주지

않고 통신이 가능한 무선 전송방식

UWB 출현

UWB 기술 출현 배경UWB 기술 출현 배경


1870

hertz- 여러 사용자간 채널링 문제

- 광대역 에너지 수신이 어려움

1920

기존 통신시스템 시작- Carrier이용 채널링- AM/SSB/FM변조- 무선전신

1950Impulse 기술 연구시작

- 레이더, 응용기술분야

- 특허등록

1990통신용 출현

- UWB 정의

- UWB무전기

2002. 2.FCC 승인

1998FCC승인요청

보안 해제1994

UWB UWB UWB 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속

UWB 기술 개발 과정UWB 기술 개발 과정



주파수 영역UWB(Ⅰ) : Imaging UWB(Ⅱ ) : CommunicationUWB(Ⅲ ) : Vehicular UWB(Ⅳ ) : Through-wall/surveillance

Narrowband (30kHz)

Wideband CDMA (5 MHz)

미국의 비허가 기준(FCC Part 15)

2GHz

WLAN (20 MHz)

3GHz 4GHz 5GHz 10GHz ….. 24GHz 29GHz

UWV Ⅰ UWB (Ⅳ) UWB (Ⅲ)UWB (Ⅰ,Ⅱ)

▣ RF energy 의 광대역 전력 분산

▣ 기존 무선시스템과 간섭없이 주파수를 공유

▣ 미국의 비허가 소출력 제도에 부합 : 주파수 자원의 중복 사용

UWB 주파수 공유UWB 주파수 공유



충돌 방지 레이다

군사용 레이다

폭발물 탐지

매몰자 탐색침입자 탐지

WirelessHome

Network

옥외통신

사용자 특화된Contents 제공

노양자 위치확인 및 통신

고정밀/고해상도, 높은 보안성을 제공할 수 있어 노약자나 조난자의 위치파악, 물류 관리에 사용할 수 있는 location/position /tracking 다양한 산업에 응용

UWB 응용 분야UWB 응용 분야



1000

500

0

….802.11b1 kbps/m2

Bluetooth30 kbps/m2

802.11a83 kbps/m2

Ultra Wideband1000 kbps/m2

Bluetooth 2 ? IEEE 802.15.3 a

For More Users, Smaller Spaces, Higher Bandwidths

기존의 무선 접속 기술인 2.4GHz, 5GHz

WLAN 및 Buletooth 에 비해 매우 큰

Spatial Capacity를 갖고 있어 반경 10m의

거리에서 대용량의 데이터를 고속으로 전송할

수 있는 근거리 무선 접속망 기술로 부각

UWB WPAN SolutionUWB WPAN Solution


UWB UWB UWB 표준화표준화표준화 동향동향동향

IEEE802.15.3a 표준화 동향IEEE802.15.3a 표준화 동향

3.1GHz - 4.9 GHz

(Mandatory)

Low Band

6.2GHz –9.7 GHz

(Optional)

High Band

MBMB--OFDM OFDM 방식방식 주파수 호핑방식을 사용한 멀티밴드 방식

DSDS--CDMA CDMA 방식방식 직접 주파수 확산방식을 이용한 2밴드 방식

Each Band 528 MHz, Band Group #1 Mandatory, Band group #2-#5 Optional


▣ Architecture is similar to that of conventional and proven OFDM systems

D a ta S cr-am b le

r

C on v o lu tio n a lE n co de r

(1 1 /3 2 ,1 /2 ,5 /8 ,3 /4 ) /

P u nc tu re r

In te r-le av e r

M o du la to r(Q P S K )

A dd P ilo tS u b ca rr ie r

N U L LS /P

IF F T(1 28 -po in t)

A dd C P + G u a rd

In te rv a l(3 2 , 5 )

D A C

R em o v eC P + G u ard

In te rva l

F F T(1 2 8-p o in t)

E q u a lize rP /SD e -m od u la to r

D e -in te r-

le av e r

D e -P u n c tu re r /

V ite rb iD e co de r

D a taS in k

D e sc r-am b le r

T im in g S yn c

1 6 5s am p le s /sy m b o l

C h a n ne lE s tim at ion /

T ra ck in g

H ea der

S c r-am b le

r

C on v o lu tio n a lE n co de r(1 1 /32 )/P u c tu re r

In te r-le av e r

M o du la to r(Q P S K )

A dd P ilo tS u bc arr ie r/

N U L LS /P

P S /F S

C E

M U X P /S

C rea te P a d _b it

IF F T 입 력 은 항 상 Q P S K 변 조 된 복 소 수IF F T 출 력 은 C arr ie r구 성 에 따 라 실 수 와 복 소 수 로 구 분 됨

-> P re am ble /H e a d er는 실 수 부 로 만 구 성

W a ve le ssC h a n ne l

A W G N

T X -L P F

R X -LP FA D CS /P

F re q _ of fs e t 추 정F re q_ o ffse t 보 상 (N C O )

D E -M U X

R e m o ve P ilo t

S u b ca rr ie r /N U LL

A G C

A G C

V G A

UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발

MB-OFDM UWB 송수신 구성도MB-OFDM UWB 송수신 구성도


System parameters for mandatory and optional data rates:Info. Data Rate 55 Mbps* 80 Mbps** 110 Mbps* 160 Mbps** 200 Mbps* 320 Mbps** 480 Mbps**

Modulation/Constellation OFDM/QPSK OFDM/QPSK OFDM/QPSK OFDM/QPSK OFDM/QPSK OFDM/QPSK OFDM/QPSK

FFT Size 128 128 128 128 128 128 128

Coding Rate (K=7) R = 11/32 R = 1/2 R = 11/32 R = 1/2 R = 5/8 R = 1/2 R = 3/4

Spreading Rate 4 4 2 2 2 1 1

Data Tones 100 100 100 100 100 100 100

Info. Length 242.4 ns 242.4 ns 242.4 ns 242.4 ns 242.4 ns 242.4 ns 242.4 ns

Cyclic Prefix 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns

Guard Interval 9.5 ns 9.5 ns 9.5 ns 9.5 ns 9.5 ns 9.5 ns 9.5 ns

Symbol Length 312.5 ns 312.5 ns 312.5 ns 312.5 ns 312.5 ns 312.5 ns 312.5 ns

Channel Bit Rate 640 Mbps 640 Mbps 640 Mbps 640 Mbps 640 Mbps 640 Mbps 640 Mbps

Multi-path Tolerance 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns 60.6 ns

* Mandatory information data rate, ** Optional information data rate

UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속

MB-OFDM UWB 시스템 파라메터MB-OFDM UWB 시스템 파라메터


• Each OFDM symbol is 312.5 ns long containing:- 60.6 ns null cyclic prefix- 242.4 ns of data transmission- 9.5 ns guard

• Number of OFDM Symbols:- Packet sync: 21- Frame sync: 3- Channel estimation: 6- PLCP header: 12- Payload: Variable

MB-OFDM UWB 기저대역 신호MB-OFDM UWB 기저대역 신호



RX

TX

Viterbi decoder

DAC

ADC

Emulator

System Parameter

Value

전송속도 13.75 -50Mbps

Sample Rate(DAC/ADC)

264/264MHz

Modulation QPSK

전송방식 OFDM

중심 주파수 3432/3960/4488 MHz

FEC Code Type 11/32, 5/8 Convolutional Code

Receiver

Transmitter

PLL & VCO

ETRI 개발 MB-OFDM UWB 프로토타입ETRI 개발 MB-OFDM UWB 프로토타입



Transmitter blocks required to support optional modes

Scrambler K=6 FEC Encoder

Conv. Bit Interleaver

InputData

K=4 FEC Encoder

4-BOKMapper

Bit-to-CodeMapping

PulseShaping

Static Center

Frequency

Gray or Natural mapping

Pre-SelectFilter

LNA

LPF GA/VGA

GA/VGA

ADC at Chip Rate

ADC at Chip Rate

Rake DFELPF

Cos

SinSynch/

Track Logic

AgileClock

1 to 3 bits ADCResolution

1-16 RakeFingers (or more)

Variable Rate FEC (or no FEC)

De-interleave& FEC Decode

Variable Equalizer

Span


DS-CDMA UWB 송수신 구성도DS-CDMA UWB 송수신 구성도


Data Rate FEC Rate Code Length Range (AWGN)

27.5 Mbps ½ 24 29 m

55 Mbps ½ 12 23 m

110 Mbps ½ 6 18.3 m

220 Mbps ½ 3 13 m

500 Mbps ¾ 2 7.3 m

660 Mbps 1 2 4.1 m

1000 Mbps ¾ 1 5.1 m

1320 Mbps 1 1 2.9 m

Similar Modes defined for high band

DS-CDMA UWB 시스템 파라메터DS-CDMA UWB 시스템 파라메터



BasebandModem

ADC

DAC

RFAntenna

System Parameter Value

전송속도 27.5/13.75/6.875 Mbps

전송거리 10 m

Chip Rate 331.5Mcps

BER 10-9 이하

Modulation BPSK

CDMA Code Type Code Length L=6/12/24

중심 주파수 3978 MHz

FEC Code Type 1/2 Rate Convolutional Code

Receiver

Transmitter PLL & VCO

ETRI 개발 DS-CDMA UWB 프로토타입ETRI 개발 DS-CDMA UWB 프로토타입



국외 UWB 칩 개발 동향국외 UWB 칩 개발 동향



국내 UWB 칩 개발 전망국내 UWB 칩 개발 전망



MainProcessor

DDR

Flash

Power ConnGEGERS232

SystemController(Option)

PCI-to-CardBus

Controller

CB slot 1 CB slot 2

1394Link

RF1394Phy

MAC

Modem

RF

ANT

1394Link

1394Phy

< 1394 PCI 보드 >

PCI 정합FPGA

MAC

Modem

RF

< UWB PCI 보드 >

ANT

PCI s

lot 1

PCI s

lot 2

1394Link

1394Phy

< 1394 PCI 보드 >

PCI 정합FPGA

MAC

Modem

RF

< UWB PCI 보드 >

ANT

< 메인 보드 >

< 네트워크 스토리지 > < 스토리지 서버 >

ETRI UWB 개발 계획ETRI UWB 개발 계획



HD CamcorderHD Decoder

HD TV

1394 cable1394 cable

UWB PHY

UWB MAC

PAL

Wireless1394 Adapter

IEEE1394.1 Bridge

IEEE1394 Link chip

IEEE1394 Phy. chip

Gigabit Ethernet

MACGigabit

Ethernet PHY

IP

UWB PHY

UWB MAC

PAL

Wireless1394 Adapter

IEEE1394.1 Bridge

IEEE1394 Link chip

IEEE1394 Phy. chip

Gigabit Ethernet

MACGigabit

Ethernet PHY

IP

Gigabit EthernetGigabit Ethernet

ETRI UWB 시연 계획ETRI UWB 시연 계획



UWB UWB UWB 시장시장시장 전망전망전망

UWB 시장 동향UWB 시장 동향

전세계 UWB 관련 시장은 2003년에서 2010년까지 61%씩 급속히성장하여 2010년에 120억개 디바이스에 2000억불로 성장 예측

(자료: ABI 2004년)

Military &Government

(1.82%)

Imaging(2.18%)

Localizer(6.36%)Vehicle

(7.13%)

Communication(82.51%)


무선무선무선 1394 1394 1394 기술기술기술 개요개요개요

무선 1394 개요무선 1394 개요

▣ 국외 개발 현황

◈ Magis Networks : PHY는 IEEE 802.11a + MAC은 HyperLAN/2인 Air5 chip 개발

◈ Philips : IEEE802.11a와 P1394.1 브리지 규격 기반의 프로토타입 모듈 개발

◈ NEC : 60GHz 대역을 이용한 Transparent 무선1394 기술 개발

◈ Freescale : DS-CDMA UWB의 PHY와 IEEE 802.15.3 MAC 기반으로

IEEE1394와 연결되는 evaluation kit 개발

◈ 무선1394 device가 2005년 후반기에 시장을 확보할 것으로 전망 (In-Stat MDR, 2004년 7월)

◈ 현재, 1394TA의 표준을 준용하는 무선1394 제품은 출시되지 않음

▣ 국내 개발 현황

◈ ETRI, 삼성, LG : 1394TA에 가입하여 활동 중

▣ IEEE1394의 장점◈ 100Mbps – 3.2Gbps의 빠른 전송 속도 제공

◈ 비동기 데이터 및 실시간 등시성 A/V 데이터 전송 가능

◈ 양방향 통신 가능

◈ Plug and Play 및 Hot-Plugging 가능

▣ IEEE1394의 단점

◈ 홈네트워크에 적용 시 새로운 배선 필요

▣ 무선1394 기술

◈ 무선으로 IEEE1394 Cluster 간 또는 방과 방간의 통신 기능 제공


1394TA1394TA

WG1WG1ArchitectureArchitecture

WG1WG1ArchitectureArchitecture

WG2WG2Audio/VisualAudio/Visual

WG2WG2Audio/VisualAudio/Visual

WG3WG3AutomotiveAutomotive

WG3WG3AutomotiveAutomotive

WG4WG4Cables & ConnectorsCables & Connectors

WG4WG4Cables & ConnectorsCables & Connectors

WG5WG5Compliance & InteroperabilityCompliance & Interoperability

WG5WG5Compliance & InteroperabilityCompliance & Interoperability

WG6WG6Industrial & InstrumentationIndustrial & Instrumentation

WG6WG6Industrial & InstrumentationIndustrial & Instrumentation

WG7WG7InstallersInstallers

WG7WG7InstallersInstallers

WG8WG8MarketingMarketing

WG8WG8MarketingMarketing

WG9WG9NetworkNetwork

WG9WG9NetworkNetwork

WG10WG10SiliconSiliconWG10WG10SiliconSilicon

WG11WG11SoftwareSoftware

WG11WG11SoftwareSoftware

WG12WG12WirelessWireless

WG12WG12WirelessWireless

▣ Wireless Working Group

◈ IEEE802.15.3 기반 PAL(Protocol Adaptation Layer)의 표준화는 활발하게 추진되어 Version 2.0의Letter Ballot을 완료한 상태

◈ P1394.1 브리지의 표준화는 IEEE에서 Comment Resolution 완료

◈ IEEE802.15.3b 기반 PAL의 표준화 작업이 진행 중

◈ IEEE802.11a/e 기반 PAL의 표준화는 중지

무선 1394 표준화 동향무선 1394 표준화 동향

무선무선무선 1394 1394 1394 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속


무선무선무선 1394 1394 1394 기술기술기술 개요개요개요

무선 1394 구성도무선 1394 구성도

1394 App. Bridge Management & Internal Fabric

Bridge Tr.

Bridge PHY

Bridge Link

Bridge Tr.

Wireless PHY

Wireless MAC

1394 Tr.Isoch.asynch.

1394 PAL

Wireless PHY

Wireless MAC

1394 PAL

Isoch.Isoch. asynch.asynch.

Wireless1394 BridgeWireless1394 Node


DVCRDVCR

1394 PAL1394 PAL

IEEE802.15.3IEEE802.15.3

HDTVHDTV

1394 PAL1394 PAL

IEEE802.15.3IEEE802.15.3


Protocol Adaptation Layer(PAL) 기술Protocol Adaptation Layer(PAL) 기술



IEEE p1394.1 Bridge 기술IEEE p1394.1 Bridge 기술


UWB UWB UWB 기반기반기반 무선무선무선 홈네트워크홈네트워크홈네트워크


감사합니다 !

한국전자통신연구원

무선홈네트워크연구팀

팀장 최 상 성

Tel: 042-860-6722

[email protected]

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