ETRI, 세계 최초 900MHz대역 다중모드 지그비 칩 개발
ETRI가 개발에 성공한 지그비 칩을 이용, 연구개발 책임자인 ETRI 김재영 팀장이 PC에서 입력, 옆의 PC로의 무선전송을 시연하고 있다.
ETRI가 개발에 성공한 지그비 칩들의 모습, 실제 크기는 패키징후 약 7mm수준이다.
지그비 칩이 탑재된 센서노드의 모습
ETRI가 개발에 성공한 지그비 칩들의 모습(실리콘 사이즈), 실제 크기는 패키징전에 약 2.9mm X 3.5mm정도수준이다.
ETRI가 개발에 성공한 지그비 칩 모습
ETRI(한국전자통신연구원 원장 임주환)는 10일, 지그비를 900MHz 대역에서 국제, 국내표준을 모두 만족하고 최대 50m까지 전송이 가능하며 센서노드를 상호 연결시킬 수 있음은 물론 건전지 1개(AA)로 1년간 사용할수 있는 저전력 지그비 칩 개발에 성공했다고 밝혔다.
기존 국제표준인 900MHz 대역은 각 나라마다 주파수가 서로달라 외산칩의 경우 호환성 문제로 인해 국내에서 사용이 불가능했으나 이번에 ETRI가 개발한 지그비 칩은 간단한 레지스터 세팅을 통해 호환성 문제까지 모두 해결할 수 있게 되었다.
따라서 그동안 세계적으로 무선랜과 블루투스에서 사용하는 2.4GHz 대역의 지그비 칩과 비교할 때 무선랜 등의 전파간섭 현상을 최소화해 지그비의 동작방해 등의 문제도 간단히 해결하는 효율적인 전파 환경의 홈네트워크 구성도 가능하다.
또한 휴대폰, 헤드셋, PDA 등 근거리 무선통신에 사용되는 블루투스(BlueTooth)와 경쟁, 지그비의 음성 전송기능 지원을 통해서 저전력, 저비용의 음성 전송 시장 진입을 시도하고 있는 것도 주목할 만하다.
ON World의 시장 조사에 의하면 2010년에 총 사용되는 무선 센서노드의 65%가량이 지그비 응용 또는 약간의 변형된 형태로 활용될 것으로 예측되고, 칩셋 가격이 2달러 정도로 칩셋 총 판매량은 53억불 정도를 점유할 것으로 예상된다.
단일 네트워크에 접속 가능한 단말 장치의 수요 측면에서 지그비가 블루투스보다 월등히 많기 때문에 센서 정보 검출 및 각종 제어 용도의 산업 활용도가 매우 높으며, 간단히 음성 메시지 전송 등의 부가적인 응용이 활성화되면 향후 유비쿼터스 네트워킹에 대한 파급효과는 매우 클 것으로 기대된다.
연구과제 책임자인 디지털홈연구단 차세대WPAN연구팀장인 김재영박사는 “900MHz 다중 모드 지그비 칩을 활용하면 휴대폰이나 PDA를 통해 모든 가전기기의 원격 제어가 가능한 유비쿼터스 무선 홈네트워크 구축이 가능하며, 다른 산업 분야에도 활용도가 매우 높다”고 말했다.
ETRI는 현재 개발된 칩의 크기가 대략 2.9mm X 3.5mm정도(패키징 직전 크기)이며 전송 거리 측면에서도 1mW의 낮은 출력으로 50m 거리 이내에서 무선통신이 가능하여 댁내에서 최대 65,000개의 무선 기기들을 단일 네트워크로 구성이 가능하도록 하는 특징이 있다고 밝히면서 내년초에 프로세서와 통신칩이 원칩(SoC)화를 이뤄 내년 하반기를 상용화 목표로 하고 있다.
ETRI는 정보통신부 "고속전송 WPAN기반 초고속 무선 홈네트워킹 기술 개발"사업의 일환으로 2004년부터 (주)세트리마이크로, (주)크로스반도체와 함께 저속 WPAN을 위한 지그비 칩을 개발하고 있다.
지그비(ZigBee)는 근거리 통신 시장인 가정·사무실 등의 무선 네트워킹과 최근 주목받는 유비쿼터스 컴퓨팅을 위한 기술이며, 배터리가 수개월에서 수년간 지속될 수 있는 전력 소모측면에서 효용성이 있어 저속 개인영역 무선 데이터통신을 위한 경제적인 솔루션이다.
지그비 기술은 유비쿼터스 센서네트워크, 홈네트워크, 빌딩과 공장 자동화 솔루션, 원격검침 등 무선 제어와 모니터링의 기술이 활용되는 응용분야에 적용되며, 국내에서는 가전 및 모바일 분야로 확산 적용되고 있어 근거리 무선통신 분야의 부가가치와 더욱 확장된 시장의 창출이 기대된다.
ETRI는 이러한 시장의 요구에 부합하는 IEEE802.15.4와 한국표준을 동시에 지원하는 900MHz 다중모드 지그비 칩을 세계 최초로 개발하여, 국내 지그비 시장 및 홈네트워크 산업의 시장 형성에 크게 기여할 것으로 전망했다.
ETRI가 개발에 성공한 900MHz 대역 다중모드 지그비 칩은 국제표준과 현재 추진중인 국내 표준을 동시에 만족하기 때문에, 가정내 전파 환경을 고려할 때 효율적인 홈네트워크 구성이 가능해진다.
세계 선진 기업의 2.4GHz 대역 지그비 칩은 국내의 무선랜 주파수와의 간섭 현상과, 2.4GHz ISM-band를 사용중인 마이크로 오븐의 고출력 간섭 현상 등의 문제가 발생할 수 있지만, 900MHz 대역의 지그비 칩의 경우 상대적으로 이러한 간섭 현상을 줄일 수 있다.
또한, 주파수 특성상 2.4GHz 대역에 비해 적은 감쇄 현상으로 원거리 통신이 가능하게 되므로 단위 면적당 설치비를 줄이는 장점이 있다.
현재 세계에서 TI(Chipcon), 프리스케일 등에서 개발한 지그비 칩은 2.4GHz 대역 O-QPSK 변조 방식을 사용하여 동일 주파수 대역을 사용하는 무선랜이나 블루투스등에 의한 전파간섭 가능성이 있으며, 독일의 ZMD가 개발한 지그비 칩은 900MHz 대역, 채널대역폭 1.2MHz의 BPSK 변조방식을 사용하고 있으나, 채널 대역폭 600KHz를 사용하는 한국 표준 규격에 적합하지 않다.
개발된 900MHz 대역 다중모드 지그비칩은 CMOS 반도체 기술을 이용하여 RF, 모뎀, 그리고 MAC 기능이 단일화되어 있다. 개발된 지그비칩은 가변대역폭 채널필터 기술을 채택하여 최소 20Kbps에서 최대 250Kbps까지 데이터 전송률을 지원할 수 있도록 RF부를 제작하였으며, 지그비칩이 동작을 기다리는 대기 모드에서 Fast Wakeup이 되도록 Fractional-N PLL을 적용하였다.
언급된 Fractional-N PLL 기술은 기존의 채널 간격인 2MHz로 국부발진기 주파수를 Down-Conversion 시키는 Integer-N PLL방식에 비하여, 12MHz 또는 24MHz로 국부발진주파수를 Down Conversion하여 Settling Time을 감소시키고, 국부발진 주파수부근의 noise를 제거하는 noise-shaping 기술로 DSM방식을 이용하고 있다. ETRI는 2007년 상반기에 다중모드 지그비 칩의 상용화가 가능할 것으로 예측했다.
ETRI가 이번 개발에 성공한 900MHz대역 다중모드 지그비 칩은 CMOS 공정을 이용하여 20/40Kbps 전송모드의 RF, 모뎀, MAC 부를 단일화함으로써 향후 저가격의 단일 칩 개발에 유리한 고지를 선점하고 세계적인 경쟁력을 확보하게 되었다.
특히, RF부는 가변대역폭 채널필터 기술을 채택하여 최대 250Kbps의 데이터 전송율을 지원할 수 있도록 제작하였으며, 제작된 단일칩의 경우, Fast Wakeup PLL을 적용하여 전력효율에서 우수한 특성을 갖도록 하였다.
이러한 활동을 통해서 적극적으로 표준에 참여하고 있는 삼성과 레이디오펄스 등 국내 지그비 개발 업체의 제품 개발 완료와 함께 국내 지그비 시장 선점이 가능하도록 주파수 분배 및 국내 표준 마련에 힘쓰고 있으며, 외국 기술을 사용하지 않고 900MHz 지그비 개발에 성공함으로써 기술적인 독자성을 확립하였다는 점에서 큰 의의를 찾을 수 있다.
최근에는 지그비 응용으로 인해서 휴대폰이나 PDA를 통해 각종 센싱 정보를 획득하고 가전 기기를 제어하는 편의성이 증대될 뿐만 아니라, 궁극적으로 전등, 냉난방 제어를 통해서 에너지 낭비를 줄이고 자원을 효율적으로 관리할 수 있기 때문에 큰 주목을 받고 있다. 다가오는 2008년부터 신규 건물에 에너지 절약 장치 설치를 의무화하는 미국 캘리포니아주 경우처럼 지그비 시장 확대에 대한 전망도 밝다.
LR WPAN과 같은 새로운 기술의 경우 그 시장 형성 과정에서 발생하는 복합적인 요인으로 인한 어려움이 있겠지만 2008년까지 시장의 지속적인 성장이 예상되어 IEEE 802.15.4 칩셋에 대한 수요는 0.9 ~ 1.5억 개에 이를 것으로 예상하고 있다. 또 다른 시장 조사 자료에 의하면 세계 지그비 칩셋 시장은 2010년에는 총 사용되는 무선 센서노드의 65% 가량이 ZigBee 응용 또는 약간의 변형된 형태로 활용될 것으로 예측되고, 칩셋 가격이 2달러 정도로 칩셋 총 판매량은 53억불 정도를 점유할 것으로 예상하고 있다.
지그비(ZigBee) : 저속의 전송 속도로 원거리 전송이 가능해 홈오토메이션 및 센서 네트워크용으로 250Kbps의 전송속도로 원거리(50m) 전송이 가능한 기술 Ex) 아파트 주차장에서 휴대폰으로 각종 가전기기를 제어하는 기술(에어컨, 보일러, 전원 등 가전기기 제어)
블루투스(BlueTooth) : 휴대폰, 헤드셋, PDA 등 무선 통신 기기간에 근거리에서의 무선통신에 사용하며 1Mbps의 전송속도로 근거리(10m) 전송이 가능한 기술.
Ex) 거실에 휴대폰을 놓고 안방에서 휴대폰 헤드셋을 착용하고 전화통화
초광대역 무선통신(UWB) : ETRI가 개발한 근거리 초고속 대용량 데이터 전송방식으로 200Mbps의 전송속도로 근거리(10m이내) 전송이 가능한 기술 Ex) 휴대폰으로 2시간 분량의 영화를 10m 이내, 근처 친구의 휴대폰에 10여초 만에 전송해 줄수 있고, PC에 선을 연결하지 않고도 무선으로 디지털 TV나 PC주변 기기를 작동할 수 있는 기술
한국전자통신연구원 개요
ETRI는 전전자식교환기 (TDX), 디지털 이동통신시스템(CDMA)등의 정보통신 기술을 성공적으로 개발하여 우리나라가 정보통신 강국으로 진입하는데 획기적인 기여를 해 온 국내 최대의 정보통신 국책 연구 기관이다.
웹사이트: http://www.etri.re.kr
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