◆UWB 기술의 개요
초광대역(UWB:Ultra-WideBand) 기술은 홈네트워킹 기술로서 올해 각광받기 시작했다. 지난 2월 미국 연방통신위원회(FCC:Federal Communications Commission)가 UWB 제품의 상용화를 허용함으로써 산업의 발전의 전기가 마련됐다. 지난 10여년 동안 몇몇 업체들이 군사 및 정부 기관이 주관하는 특별 UWB 프로젝트에 참여해 왔으나 이것들은 FCC의 특별 사업허가를 받아서 추진된 프로젝트였다.
아마도 올해 무선통신 기술 분야의 주요 요구사항은 ‘더 넓을수록 좋다’는 것일 것이다. UWB의 특성은 지극히 광범위한 주파수역(spectrum)에 걸쳐 매우 짧은 펄스를 전송한다는 것이다. 현재 3개 업체가 개인통신망(PAN:Personal Area Network) UWB 솔루션을 개발하고 있다. UWB 기술은 내년 말부터 홈네트워킹 시장에 보급되기 시작해 시장 점유율을 넓혀나갈 것으로 예상된다. 오는 2006년까지는 802.11x 표준 기술이 시장을 지배할 것으로 보이지만 UWB 기술이 앞으로 홈네트워킹 시장에서 802.11x 기술을 대체할 것이라는 전망이 나오고 있다.
UWB 기술은 802.11x 기술이 안고 있는 여러 가지 문제점을 매우 효과적으로 해결할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이 기술의 주요 장점은 전력 저소비, 보안기능, 고속, 다른 기술과의 공존, 다중경로) 간섭 저항 등이다. 이런 특성을 가진 UWB는 이미지 처리 시스템, 가전, 추적 시스템, 자동차 등에 유용하다.
UWB 펄스는 레이더와 추적 시스템에서 매우 밀도가 높은 해상력과 정밀한 원거리 확인 또는 위치 측정 기능을 제공할 수 있다. 특히 UWB는 홈네트워킹부문에서 매우 유용할 것이다. 홈네트워킹 부문에서 802.11x, 그 중에서도 와이파이(Wi-Fi:802.11b) 기술의 인기가 올라감에 따라 가정 무선 네트워킹이 부상하고 있다. 하지만 와이파이 기술은 데이터는 효과적으로 전송할 수 있으나 가정에서 음향 및 영상의 스트림을 지원하기에는 충분치 않다는 문제가 제기돼 왔다.
현재 인텔, 시스코, 모토로라, 소니 등 주요 업체들이 UWB 기술의 응용 제품을 개발할 계획을 갖고 있고 몇몇 업체들이 군사 및 정부기관 프로젝트를 통해 관련 기술 개발 경험을 쌓았기 때문에 제품이 내년부터 시장에 나올 것으로 보인다. 초기 주요 제품은 홈시어터 시스템 및 액정표시장치(LCD), 플라즈마 디스플레이, TV, 디지털 비디오 리코더(DVR), 셋톱박스, MP3 재생기, 캠코더 등을 포함한 가전제품이 될 것으로 보인다.
UWB 시스템은 변조 기술, 대역폭, 중심 주파수, 펄스 속도, 펄스 형성 특성 등에서 다른 무선 통신 기술과 다르다. UWB 시스템은 단일 기본 펄스를 사용해 형성된 짧은 시간 동안 존속하는 펄스의 행렬에 기반한 신호를 사용한다. 이 때문에 UWB를 가끔 ‘충격 무선(impulse radio)’라고 부르기도 한다. 또 펄스 행렬은 항상 번역되지 않고 높은 반송 주파수로 전송되기 때문에 ‘무 반송 무선’이라고도 부른다.
UWB에서 전송되는 각 개별 펄스는 존속 시간이 매우 짧아서 하나의 비트 시간보다 짧다. UWB 시스템은 대역폭이 데이터 전송에 필요한 최소한의 것보다 훨씬 크기 때문에 확장 주파수역 시스템으로 사용된다. 협대역 전송에 있어서는 계속적인 사인(sine)파가 전파의 진폭이나 주파수의 변조 속에 내장된 데이터와 함께 전송되는데 UWB 전문가들이 볼 때 이 기술은 대역폭과 사용자 폭을 넓히는 데 한계가 있다.
반면 부호화한 펄스는 정확한 시간에 맞게 전송하면 엄청나게 많은 분량의 데이터를 전송하고 이론적으로는 사용자를 무제한으로 지원할 수 있다. 이처럼 UWB는 사인파를 필요로 하지 않을 뿐 아니라 주파수나 전력 증폭기도 필요 없다. 이론적으로 UWB 펄스는 너무 무질서하고 전력소모가 적기 때문에 잡음과 구분하기 어렵다.
이 시스템은 기존 시스템보다 훨씬 넓은 범위의 주파수로 신호를 전송하기 때문에 대개의 경우 검파하기가 매우 어렵다. UWB가 차지하는 주파수역, 즉 UWB 신호의 대역폭은 중심주파수의 25% 이상 된다. 그리하여 2㎓의 중심이 되는 UWB 신호의 최소한의 대역폭은 500㎒고 4㎓의 중심이 되는 신호의 대역폭은 1㎓가 된다. UWB 신호를 생성하는 데 가장 많이 사용되는 기술은 펄스를 1나노초(㎱)보다 짧은 시간 간격으로 전송하는 것이다.
UWB 기술은 실내 무선 네트워킹, 추적뿐 아니라 다중경로 간섭 저항, 거리 및 위치 측정, 저가 칩세트 설계 등을 포함한 이미징 응용 제품에 매우 유용한 특성을 갖고 있다. UWB는 다중경로 간섭에 대한 저항력이 강하다. 존속시간이 짧은 파형은 이동중 또는 실내에서 다중경로 간섭제거 현상에 비교적 저항력이 강한 것으로 나타났다. 다중경로 간섭제거 현상은 벽, 천장, 자동차, 건물 등에서 반사된 강력한 전파의 일부 또는 전체가 돌아올 때 일어난다. 그런데 이론적으로 존속시간이 매우 짧은 펄스를 사용하면 직접적인 경로가 반사된 경로의 도착 전에 왔다가기 때문에 간섭제거 현상이 일어나지 않는다. 기본적으로 UWB 신호의 대역폭은 다중경로 채널의 대역폭보다 훨씬 더 넓다.
또 UWB 시스템은 세분화한 시간별 분해능 기능이 있어서 정확한 거리를 측정할 수 있고 따라서 초기에는 주로 레이더에 적용하기 위한 기술이 개발됐다. UWB 기술은 통신과 거리측정 응용 프로그램을 결합해 새로운 형태의 시스템을 개발할 수 있게 한다는 점에서 독특하다. 일반적인 무선 시스템이 특정 주파수의 무선파를 방사하는 데 비해 UWB 장치는 초당 10억개의 무선 에너지 펄스를 방출한다. UWB는 돌아오는 펄스의 시간을 정확히 맞춤으로써 물체를 기존의 레이더보다 훨씬 더 정확하게 감지하고 그 위치를 측정할 수 있다.
상보성 금속산화막반도체(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor)의 회로선폭이 0.245미크론에서 0.18미크론, 그리고 0.13미크론으로 축소됨에 따라 UWB의 회로를 여기에 적용할 수 있게 됐다. UWB 송수신기 칩세트는 기존 와이파이(Wi-Fi) 칩세트에 비해 구조가 단순하다. UWB 칩세트는 RF/IF 변환 장치, 진동자, 믹서 및 다른 추가적인 표면탄성파(SAW:Surface Acoustic Wave) 필터가 필요 없다. 또 UWB 무선장치는 전송 전력 증폭기 없이도 디자인할 수 있다.
또한 UWB는 소비전력이 적다. UWB 시스템은 데이터를 전송하는 데 불과 몇십 마이크로와트밖에 소모하지 않는다. 이것은 기존 무선 시스템이 소모하는 것의 100분의 1∼1000분의 1에 해당하는 것으로 UWB는 전파를 전송하지 않고 짧은 임펄스를 지속적으로 전송하기 때문에 전력소모가 적은 것이다.
홈플러그, 전화선, RF, 카테고리5 이더넷 등으로 구성되는 홈네트워크 중 앞으로 RF가 가장 빠른 속도로 성장할 것으로 보인다. 세계 가정 노드 시장은 지난 2000년 722만개에서 오는 2003년 2745만개, 2006년에는 6865만개로 성장할 것으로 예상된다.
UWB 제품은 내년 하반기부터 출시되기 시작해 가정 노드 시장의 점유율이 오는 2004년에 2%, 2006년에는 5%의 점유율을 차지할 것으로 보인다. 오는 2006년까지 가정과 소규모 사무실에서 사용하는 주요 무선 기술은 와이파이(802.11b와 802.11g) 및 와이파이5(802.11a), 홈RF 및 UWB가 될 것으로 예상된다. 또 UWB 칩세트의 채용은 고선명 디스플레이, DVR, 디지털 다기능 디스크(DVD) 재생기, 디지털 카메라에서 개인휴대단말기(PDA), MP3 재생기, TV, 셋톱박스 등으로 확산될 것으로 보인다.
UWB기술 부문 주요 업체는 이서 와이어 앤드 로케이션(Aether Wire & Location), 제너럴 애토믹스(General Atomics), 멀타이스펙트럴 솔루션스(Multispectral Solutions), 펄스 링크(Pulse-Link), 타임 도메인(Time Domain), 익스트림스펙트럼(XtremeSpectrum), 펄시콤(Pulsicom) 등이다.
<정리=이규태기자 ktlee@etnews.co.kr>
<자료문의=문덕대 마인드브랜치아시아퍼시픽 대표 dongm@mindbranch.co.kr>