Ultra Wideband (UWB)와 WUSB

 

어제 UWB(Ultra Wideband) 세미나를 함 다녀 왔다. 몇몇 재미 있는 기술들이 소개 되었는데 다음은 내가 아는 한도 내에서 세미나 후의 느낀 점이다. (참고로 난 걍 프로그래머이다. 그래도 CDMA Spec은 좀 알고 있다. – 내 자랑 (?))

 

우선 Ultra Wideband라는 건 뭐냐면 광대역에서 좀더 많이 확장된 대역(대략 3GHz ~ 10 GHz 사이)이라 보면 된다. 그러다 보니 이 기술의 특징은 기존의 주파수를 어쩌면 잘 공유 할 수 있을까(주파수 틈새시장 ^^) 와 저전력으로 단거리에서 대용량의 데이터를 전송하는데 초점을 맞추고 있다. 스펙은 IEEE 802.15.4a, IEEE 802.15.3, IEEE 802.15.3a 등을 참조한다.

 

  

그림출처 : http://www.kisdi.re.kr/imagedata/pdf/10/1020061301.pdf

 

접속 방식으로는 MB-OFDM(고속)과 DS-CDMA(저속)을 이용한다. 초단거리를 목표로 하는 시스템이라 Multi path Fading(전파 확산에 따른 경로문제쯤 된다.)에도 강한 면모를 보여주기도 한다. 주파수 Hopping을 통해 송신 출력 증가를 노린다. 또한 물리적 구조는 PHY부분과 MAC부분 위에 다중의 Protocol Stack을 변경 없이 쓰게 하게 위한 구조로 되어 있다.

 

기술 자체는 원래 레이다 기술을 미국방성에서 1997년인가 풀었고 FCC가 승인을 2002년인가 했다고 했다. 꽤 오래전에 공개된 기술 되겠다. 하지만 그럼에도 불구하고 아직도 생소한 이유가 몇 가지 존재 하는데 뭐냐면 물리적 특성과 적용 범위 때문이다.

 

초 광대역이다보니 주파수대는 아주 넓은데 문제는 이전의 여러 시스템(CDMA, GSM, GPS, BlueTooth, …)들이 해당 주파수들을 이미 점유하고 있다는 점이다. 그럼 UWB는 어떤식으로 주파수를 공유해야 할까. 그 문제는 출력 파워(약 -41 dBm이하 혹은 거의 Noise Level이하)를 아주 낮추어서 주파수가 쪽 나지 않게 해결 보는 것이다. 출력이 낮다 보니 커버리지는 보통 10m를 넘지 않는 장지에 응용해볼 수 있을 것이다. -41 dBm도 안심할 수 있는 수치가 아니다. 오늘날 CDMA나 우리가 쓰는 시스템들은 -80 dBm이하까지도 통화범위로 생각하고 있기 때문에 좀 그렇다. 또한 나라마다 물리적으로 쓰는 주파수 범위가 광범위 하다. 또 다른 밴드간의 (참고로 한국의 주파수 체계는 일본을 꽤나 따르는데 초장기에 기술이 없을 때 일본 것을 많이 참조 했기 때문이다. 일부에선 문제가 있음에도 따라서 쓸 수 밖에 없는 것도 있다.) 참고로 다음은 주파수 분배 구조이다.

 

 

그림 출처 : http://ettrends.etri.re.kr/PDFData/21-5_030_039.pdf

 

다음으로 문제는 적용 범위인데 Consumer 제품에 이것을 적용할 경우 집안의 각종 가전제품의 연결에 케이블이란 것을 없앨 수는 있지만 각 기기간에 UWB를 적용해야 하는 점이 문제다. 예를 들면 UWB가 적용된 Cam-coder를 플레이 하고는 싶지만 그 신호를 받아줄 TV가 없다면 제품을 파는데 문제가 생길 것이다. 대부분의 UWB소개 자료엔 홈 Network의 이상적인 시스템으로 이것을 이용할 것이다 라는 원대한 꿈은 있지만 벤더의 자기 밥그릇 싸움, 난립하는 스펙, 주파수 임시사용(2010년 까지는 DAA-Detection and avoid- 즉 주파수 쪽 나지 않는 기술을 적용 안해도 되지만 그 후론 해야 한다.) 등 아직 넘어야 할 정책적/상업적 문제가 많이 남아 있다. (이론적 성능은 충분이 Capable하다.) 삼성, LG등에서 이거 맡은 부서는 10년 동안 별다른 Output이 없다고 한다. (OTL) 이상의 몇 가지 제약으로 인해 일부에선 다른 쪽으로 응용을 시작 하려는 움직임이 있는데 대표적으로 WUSB(MB-OFDM 이용)와 위치인식 UWB(DS-CDMA 이용, 이건 나중에 따로 설명)라는 것이다.

 

UWB를 어따 쓸까라고 사용하는데 고민이 생기기 시작할 무렵 USB-IF(www.usb.org)에서 Cordless USB를 생각하면 어떨까라고 조사해 보던 중에 UWB를 생각하게 되었고 WUSB라는 말이 생겼다. 참고로 원래 USB는 인텔에서 밀고 있는 기술이고 UWB 스펙 작업할 때 모토로라와 박터지게 싸워서 파토난 시스템을 인텔이 WiMedia라는 팀을 만들어서 계속 작업 중에 있다. 따라서 이쪽에서 WUSB를 많이 생각하는 것도 이상한 건 아니다.

 

 

그림출처 : http://www.intel.com/technology/comms/uwb/index.htm

 

일단 그림을 아래에서 보면 PHY와 MAC이 있고 각각의 규격을 적용 할 수 있게 PAL(Protocol Adaptation Layer)이 있다. 이 말은 PAL위에 각각의 규격들은 변경 없이 기존의 체계를 쓸 수 있게 하려는 UWB의 배려이다. 여기서 가장 활발하게 연구가 진행 되는 것이 WUSB이다. (참고로 WiNET은 IP over UWB의미쯤 된다.) 현재 M$가 WUSB를 위한 Device Driver제작 중에 있다. 다음은 그들이 제시하는 WUSB인증 구조이다.

 

 

그림출처: http://download.microsoft.com/download/a/f/7/af7777e5-7dcd-4800-8a0a-b18336565f5b/Pavilion-UWB.doc

 

위 그림에서 TCP/IP Stack과 USB Client, USB Core Stack은 이미 존재 하는 Driver들이고 나머지는 열불 나게 작업 중인 걸로 안다. 현재 시장엔 그렇게 완벽한 것은 아니지만 다음과 같은 구조의 제품이 존재한다.

 

  

즉 현재는 WUSB를 직접 지원하는 것이 없으므로 PC에 WUSB지원 Device(USB 형태 혹은 PCI-E 형태)를 달고 원격의 WUSB지원 HUB를 이용해서 그곳을 통해 기존의 장비들을 USB cable을 이용해서 일단 구현하는 수준에 있다. 따라서 WUSB의 최대 속도는 USB2.0의 속도 대략 480 Mbps( < 3m), 100 Mbps( < 10m)에 맞추어져 있다. Power 소비는 이론적으로 100mW@100Mbps, 250mW@200Mbps의 소비를 하도록 하고는 있지만 알다시피 장치구동에 따른 추가 전력은 더 소모 될거 같다. 현재 구조를 생각해 보니 뭔가 쫌스럽다. (-.-a) 지름신이 강림할 수준은 아닌거 같다. 암튼 이 원리는 USB 2.0 Protocol을 WUSB로 변환하거나 반대로 하는 것이다. 보통 USB는 Host와 Device로 나누어져 동작이 되어야 하는데 쌍방향 통신을 위해서는 Host와 Device를 장치에 둘 다 심어야 한다. (DRC–Dual role device-라고 한다.)

 

내부 구현을 위한 Chip회사들도 하나 둘씩 생기고 있는데 꽤 어려운가 보다. 그 회사들은 MAC, Modem, RF 이 세 부분을 구현해야 하는데 무엇보다 RF단이 좀 문제이다. 현재의 규격에 맞게 RF단을 구성하려면 5GHz를 넘어서는 것을 구현하기 힘들다고 하는데… RF 엔지니어가 아니라 잘 모르겠다.

 

앞으로 집안에 케이블이 없는 날이 오겠지만 문제는 집안에 수많은 Microwave가 떠도는걸 생각해보면 기분 나빠지려 한다.

 

l       틀린점은 댓글 부탁 … m(-.-)m