사물인터넷에 활용되는 무선통신 기술

『 사물인터넷에 활용되는 무선통신 기술』

김남억

1. 개요

2. SmartHome RF 기술

3. SmartWorld RF 기술

1. 개요

SmartHome & Wireless

1. 개요

Smart World & Wireless

• WiFi

• 3G/4G/5G

• Sigfox

• LoRa Network

• Wireless Mbus

• 6lowPAN

• Enocean

• Weightless

• DASH 7

• ……..

1. 개요

802.11’s Place

2. SmartHome_WiFi

Wi-Fi Alliance

Wi-Fi Alliance (WFA)는 WLAN의 국제화 및 인증을 위해 1999년에 설립

현재 600개 이상의 회원사가 참여하고 있으며, 그 수는 계속 늘어나고 있음

기본적으로 Wi-Fi라는 이름으로 나가는 device는 WFA를 통해서 certification받아야 함

Wi-Fi CERTIFIED n, Wi-Fi CERTIFIED ac, Wi-Fi Direct, Miracast 등은 certification program 이름임

Wi-Fi Alliance 표준 종류

응용 기술(상위 Layer, Application)

Wi-Fi Alliance

무선 접속 기술(PHY/MAC)IEEE 802.11- PHY/MAC 기술 규격 개발 - 802.11 인증 규격 개발

- 제품 인증 (연계 시험소)- 인증 마크 획득

기술 협력

- 인증 마크 획득

- 기술 규격 개발

- 인증 규격 개발- 제품 인증

인증 표준

기술 표준 (+인증)

상위 계층(서비스) 표준 필요

SBA2. SmartHome_WiFi

IEEE 802.11 Revisions

IEEE 802.11 Standards Pipeline

WiFi의 Big Trend

WiFi 비교

구분 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n 802.11ac

주파수 2.4GHz 5 GHz 2.4 GHz 2.4GHz , 5GHz 5GHz

전송방식 DSSS OFDM OFDM OFDM OFDM

변조방식 CCK BPSK,QPSK,16QAM,64QAM

BPSK,QPSK,16QAM,64QAM

BPSK,QPSK,16QAM,64QAM ,256QAM

거리 70~100m 15~35m 50~80m 실내 70m

실외 250m

채널 대역폭 20MHz 20MHz 20MHz 20/40MHz 20/40/80/160MHz

최대다운로드속도

11Mbps 54 Mbps 54 Mbps 600Mbps 6.93Gbps

장점 저가제품으로구현 가능

간섭현상이 상대적으로 낮음

802.11b와 호환 802.11b와 802.11g

와 호환가능고속통신(초고화질 HD

영상 전송)

단점 블루투스와간섭현상 발생

위성통신 주파수를사용하기때문에 일부국가에서는 사용할수 없음

블루투스와간섭현상 발생

WEP, WPA, TKIP

미지원5GHz는 통신위성 주파수 대역

2. SmartHome_WiFi

2.4GHz Channel

[802.11 b 파형]

[802.11 a/g 파형]

2. SmartHome_WiFi

802.11n

• MIMO 적용, 40MHz 채널 대역 사용으로 최대 데이터 전송률을 600Mbps로 향상 시킴

• OFDM에서는 20MHz 대역을 3.125KHz 크기의 Subcarrier 로나눈 총 64개의 Subcarrier로 구성 됩니다.

3.125Khz * 64 = 20 MHz

• 11n 혹은 HT에서는 데이터 전송용으로 4개 더 많은 총 52개의Subcarrier가 데이터 전송에 사용. 이로 인해 11Mbps가 늘어난65Mpbs가 최대 throughput이 됨

2. SmartHome_WiFi

802.11n

• 가드인터벌을 400nsec으로 두어 802.11 a/g대비 감소된 만큼 Subcarrier를 사용할 수 있게 되어 전체throughput은 72Mbps가 됨.

• 채널 본딩(bonding)

802.11n 에서는 인접한 2개의 채널을 묶어서 사용을 할 수 있습니다. 인접한 주파수 채널을 묶기 때문

에 그 사이에 간섭방지를 위해 데이터용으로 사용하지 않던 Subcarrier들을 데이터용으로 사용 할 수

있게 되어 4개의 Subcarrier를 더 확보하여 6Mbps의 throughput을 더 얻을 수 있게 된다.

40Mhz채널 본딩으로 얻어지는 throughput은 가드 인터벌에 의해 72Mbps x2(채널본딩) + 6Mps(인접

채널 방지용 Subcarrier복원)=150Mbps가 됨.

2. SmartHome_WiFi

802.11n

2. SmartHome_WiFi

802.11ac

• 채널 대역폭의 확대, 80MHz와 160MHz채널 대역폭

• 8개의 공간적 스트림까지 지원(8xMIMO), 256QAM 지원

2. SmartHome_WiFi

802.11ac Frequency allocation

2. SmartHome_WiFi

안테나 개수에 따른 Wi-Fi 신호 강도 및 범위의 관계

2. SmartHome_WiFi

802.11ad(WiGig®)

• 60GHz 대역을 이용해 WLAN환경에 맞는 PHY/MAC 표준 제정.

• Channel B/W :2.16GHz, , Spatial Stream 개수 : 1

• Peak PHY Rate : 6.7Gbps

• 빔포밍(Beamforming)을 통해 신호 강도를 극대화,10m이내 근거리

2. SmartHome_WiFi

802.11ad_ 주파수 할당

2. SmartHome_WiFi

802.11ah

• 1GHz 미만(Sub-1GHz) 주파수 대역 중 TVWS(TV White Space)가 사용하지 않는 대역을 이용해서 스마트그리드, 센서네트워크 및 M2M과 같은 서비스를 지원하는 것을 목표로 하는 표준.

• 1Km까지 확장된 커버리지를 제공하며 100Kbps이상의 data rate을 제공.

• Sub 1GHz 밴드(S1G band)에서 PHY data service access point(SAP)에서 측정했을 때 최대aggregate Multi-Station data rate이 20 Mbps를 지원하는 모드를 최소한 하나 이상 지원.

• OFDM PHY 변조를 사용

• Outdoor 응용을 위해 2007 개가 넘는 단말에 대한 association을 지원(8000개까지 지원)

• 802.11 시스템의 네트워크 구조를 유지, 802.15.4및 802.15.4g 디바이스와의 coexistence를 지원.

• 배터리를 사용해 동작하며 긴 배터리 교체 주기를 갖는 단말을 위한 향상된 파워 세이빙을 지원.

• 5GHz에서 동작하는 802.11a/n 디바이스에 대한 BackwardCompatibility 를 지원.

• 5GHz에서 동작하는 802.11a/n 디바이스에 대한 Coexistence를 보장.

• Channel B/W : 1/2/4/8/16 MHz, Spatial Stream 개수 : 4

• Peak PHY Rate : 346.7 Mbps(16MHz BW,256QAM)

2. SmartHome_WiFi

802.11ah 주파수 현황

2. SmartHome_WiFi

802.11ah USE Cases(Smart Grid)

2. SmartHome_WiFi

802.11af(Super-WiFi)

• TV방송대역 중에서 지역적으로 사용하지 않고 비어있는 대역(Tv White Space)을 활용하여 부족한 주파수 자원을 효율적으로 사용한 WLAN기술

• Channel B/W : 6,7,8 MHz

• Coverage <1Km

2. SmartHome_WiFi

802.11af(Super-WiFi)

2. SmartHome_WiFi

802.11af_Data rates

2. SmartHome_WiFi

Spec에 따른 Cover 범위

2. SmartHome_WiFi

WiFi 사양 결정

2. SmartHome_WiFi

PCB layout

• RF trace is 50 ohm impedance matching

• USB is differential 90 ohm impedance matching

• PCIe is differential 100 ohm impedance matching

2. SmartHome_WiFi

Ant. 배치 주의 사항

• 같은 위상의 Ant.는 25mm 이격 시 Isolation(10dB)확보

• 다른 위상의 경우 25mm 이격 시 Isolation(20dB)확보

• Ant.와 Noise발생 부품들과는 최대한 이격 (Noise발생 부품:HDD,LED, SMPS,DDR,CPU등)

• 서로 다른 Wireless System 경우 Isolation 20dB 확보를 위해 Ant. 최소 10cm이상 이격.

• Ant.는 모든 금속성 재질로부터 최소 32mm(λ/4)이상 공간 이격 필요

• 자성 물질인 경우 64mm(λ/2)이상 이격 거리 확보

• Ant.전방에 금속성 재질이 없어야 함

2. SmartHome_WiFi

WiFi Test Chamber 및 장비

국내 전파법 이해

• 주파수, 전파형식(방통위 고시_제 2013-1호)

주파수(㎒) 전파형식 비 고

2400∼2483.5

5725∼5825

F(G,D)1(2,7)C(D,E,F,W)

A2(7,9)F(W)

※ "해당 무선설비는 운용 중 전파혼신 가능성이 있음“ 이라는 문구

를동설비의잘보이는곳에표시할것

※ 제작자 및 설치자는 해당 무선설비가 전파혼신 가능성이 있으므

로 인명안전과 관련된 서비스는 할 수 없음을 사용자 설명서 등

을통하여운용자및사용자에게충분히알릴것

※ 5825∼5850㎒주파수대역의채널탐색을위한수신기능을탑재할수있

국내 전파법 이해

• 점유주파수대폭, 전력밀도, 공중선 절대이득 (방통위 고시_제 2013-1호)

점유주파수대폭 전력밀도 공중선절대이득 비고

0.5㎒ 이상

26㎒ 이하10㎽/㎒ 이하 6㏈i 이하

(다만, 고정형점대점

통신용무선설비는

20㏈i이하일것주2))

※전력밀도는 평균치이며, 공중선

절대이득이 기준치를 초과한 경

우에 초과한 값만큼 전력밀도가

저감할 것

26㎒ 초과

40㎒ 이하5㎽/㎒ 이하

40㎒ 초과80㎒이하

2.5㎽/㎒ 이하

40㎒ 초과60㎒이하주1)

0.1㎽/㎒ 이하 6㏈i 이하

주1) 2400∼2483.5㎒를 사용하는 기기에 한함주2) 다음의 문구를 기기의 사용자 설명서에 명시할 것“법에 의해 전방향 전파발사 및 동일한 정보를 동시에 여러 곳으로 송신하는 점-대-다지점 서비스에의 사용은금지되어 있습니다.”

국내 전파법 이해(60GHz 대역)

• 사용주파수 대역 :57~64GHz

• 공중선 전력 : 500mW*(27dBm)이하. 단, 무지향성 안테나 사용 시 100mW이하

• 전력밀도는 13 dBm/MHz

• 등가등방복사전력은 43 dBm 이하일 것. 다만, 고정형 점대점(Point to Point) 통신용의 경우 등가등방복사전력은 57 dBm 이하일 것.

• 공중선 절대이득은 16 dBi 이하일 것. 다만 공중선 절대이득이 기준치를 초과한 경우에는 초과한 값만큼 공중선 전력을 저감할 것.

• 불요발사기준(등가등방복사전력)은 -10dBm이하

• 57∼58 ㎓ 주파수대역에서, 등가등방복사전력 27 ㏈m을 초과하는 장비의 경우 사용자 설명서 표지에다음의 문구를 표기하여야 한다.

“전파천문안테나로부터 반경 300 m 범위 이내에 설치하고자 하는 경우에는 천문대와 사전 합의하여

야 함 ”

2. SmartHome_WiFi

한국의 주파수 분배 현황

WiFi Regulatory Reference

FCC definition

Freq Range 2400 ~ 2483.5 MH

z 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz 5725~5825MHz

ch1~ch11 15.407 , UNII-1 15.407 , UNII-2

15.407 , UNII-2 extend

15.247 , UNII-3/I

15.247, ISM Band DFS request DFS request

MAX Power 30dBm(PK) 17dBm(PK) 24dBm(PK) 24dBm(PK) 30dBm(PK)

ETSI definition

Freq Range2400 ~ 2483.5 MH

z 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz 5725~5825MHz

ch1~ch13 ETSI 301-893 ETSI 301-893 ETSI 301-893

Restricted Band ETSI 300-328 DFS request DFS request

MAX Power

20dBm(EIRP)(AVG

) 23dBm(EIRP)(AVG) 23dBm(EIRP)(AVG) 30dBm(EIRP)(AVG)

Japan definition

z 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5725MHz 5725~5825MHz

ch1~ch14 W52 W53 W56

Restricted Band TELEC DFS request DFS request

MAX Power 10mW/MHz 10mW/MHz 10mW/MHz(TPC) 10mW/MHz

Korea definition

z 5150~5250MHz 5250~5350MHz 5470~5650MHz 5725~5825MHz

ch1~ch13 KC KC KC (ch100 ~ 128)

KCKC DFS request DFS request

MAX Power 10mW/MHz 2.5mW/MHz 10mW/MHz 5mW/MHz 10mW/MHz

(General saying) BAND-1 BAND-2 BAND-3 BAND-4

물질에 따른 투과율

물질 투과 손실(dB)

철근 콘크리트 벽 20~30

건물 층간 20~30

종이 20~28

금속 코딩 유리 18~26

콘크리트 벽 13~18

복도 코너 10~15

대리석 7~18

철조망 5~12

물(어항) 6~11

합판 4~6

석면 3~7

플라스틱 2~6

석고보드 2~5

유리 2~5

Wi-Fi Direct

• AP가 없이 Wi-Fi로 기기간 연결

• Use Cases

• 데이터 전송, A/V Streaming, File/Contents Sharing 등

• 장점

• 자유로운 Topology 형성 및 높은 수준의 보안

• P2P 통신 뿐만 아니라 Concurrent Operation 가능

• Access Point(AP)와 연결된 동시에 Clients과 Wi-Fi로 연결

P2P ClientPrinter

P2P Group OwnerPhone

P2P Group

Concurrent Operation

P2P 통신

Wi-Fi Serial Bus

• USB의 wired connection을 Wi-Fi로 대체

WSB WSB

USB USB

USB Host USB Peripheral

Wi-Fi Direct Wi-Fi DirectWi-Fi

• Topology

WSB PeripheralPrinterWSB Host

One-to-One WSB Group

WSB HostTablet

WSB Peripheral TV

WSB Peripheral Projector

WSB Peripheral Camera

WLAN AP

One-to-N WSB Group

Wi-Fi Display

• Wi-Fi Direct 기반으로 영상/음성 contents 공유 기술

• Display 기기로 A/V영상을 무선 전송

Office Mobile(Laptop,

Notebook,)

Game Console(Xbox, PS3, etc)

Use case

TV, Monitor or another Laptop

2. SmartHome_Bluetooth

Bluetooth 정의

• Ericsson 이 1994년 최초로 기술을 개발하여 상용화한 무선 기술.

• 1998년 Ericsson, Nokia, Intel, Toshiba and IBM에 의해서 BT SIG가 결성되면서글로벌적인 상용화

• 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역 사용

• Carrier frequency : f=2402+k MHz (k=0…78)

• FHSS(Frequency Hop Spread Spectrum) 방식 사용 [TDD(Time Division Duplex)]1 hop/packet, 1600 hop/s for 1 slot packet, 1 slot : 625uS

• Channel bandwidth : 1MHz(-20dB) 220KHz(-3dB)

• 3 power classes :Class 1 : Maximum output power of 20 dBm [100mW] (통신거리 약 100m)Class 2 : Maximum output power of 4 dBm [2.5mW] (통신거리 약 30m)Class 3 : Maximum output power of 0 dBm [1mW] (통신거리 약 10m)

Bluetooth Network

• Master는 최대 7개의 Slave가 연결되어 하나의 Piconet 형성

• Piconet상의 모든 device들은 Master의 frequency hopping 순번과 시간에 동기화 된다

• 하나의 device가 두 개 이상의 piconet에 참여되어 있는 상태를 Scatternet 이라고 한다

Bluetooth 동작방식

Bluetooth Spec Overview

Bluetooth 4.1

• 공존성(Coexistence)향상 : 블루투스와 LTE 무선이 서로 통신 상태를 조정해 가까운 대역폭으로 인한간섭 현상을 줄여준다.

• 더 나은 연결(Better Connections) : 블루투스 연결 장치끼리의 거리가 증가해 잠시 연결이 끊어지게되면, 블루투스 4.1 장치는 거리 내로 되돌아올 시 자동으로 재 연결.

• 데이터 전송 개선(Improved Data Transfer) : 블루투스를 사용하는 악세서리 장치(헬스 기구) 등과의 통신 전송 상태를 보다 효율적으로 개선.

• 개발자에게 더 많은 유연성 제공(More Flexibility to Developers) : IPV6 사용, 128bit AES암호화 추가

Bluetooth 4.2

• Bluetooth 4.0 대비 전송속도 2.5배 증가.

• IPv6와 6LoWPAN 지원

• 사용자의 허락 없이 블루투스 기기 위치 추적 불가

Bluetooth Classic

• Wireless devices, streaming rich content like video and audio

• 충분한 데이터를 전달할 수 있는 통신 방식

Bluetooth Smart

• Sensor devices, sending small bits of data

• BLE를 이용하여 저전력으로 짧은 데이터를 전달하는 규격

Bluetooth Smart Ready

• Bluetooth Classic + Bluetooth Smart

Bluetooth Spec Compare

Bluetooth Classic Bluetooth Low energy

Frequency 2.4GHz 2.4GHz

Range 10 to 100 meters Max ~ 50m(10dBm)

Data Rate 1~3Mbps 1Mbps

Applicationthroughput

0.7~2.1Mbps 0.2Mbps

Modulation GFSK,DPSK(EDR) GFSK

Average Data Packet

Hundreds of Octets 8~27 Octets

Security 64b/128b and applications layeruser defined

128b AES and application layer user defined

Network Topology

Piconet(with Scatternet) Star-bus

Ack Packet length

126us 80us

Bluetooth Spec Compare

Bluetooth Classic Bluetooth Low energy

Time to transfer 1Mbyte

DH1 = 18.2 sDH5 = 8.8 s,3-DH5= 2.9s

CRC Strength 16 24

Protocols Supportedby Host

Min protocols forapplication

3 (SDP, L2CAP, App Protocol) 2 (ATT, L2CAP)

1 MB using BR 8.81s 13.93s

1 MB using DER 2.93s 13.93s

1 MB using HS <1s 13.93s

L2CAP overhead 4 to 12 octets 4 octets

Bluetooth Smart Protocol

Bluetooth Channels

• 3개의 Advertisement 채널(37,38,39)와 37개의 Data Channels로 구성

• Beacon은 3개의 Advertisement로 구성되어서 WiFi CH인 1,6,11 CH과는 물리적으로 겹치지 않게 구성

2. SmartHome_Zigbee

Zigbee

• 저전력, 저가격, 사용의 용이성을 가진 근거리 무선센서 네트워크의 대표적 기술

• 2003년 IEEE 802.15.4 작업분과위원회에서 표준화된 PHY/MAC 층을 기반으로 상위 Protocol 및

Application을 규격화한 기술

• 주파수 대역별 특징

구분 2.4GHz 868Mhz 915Mhz

국가 Worldwide 유럽 미국

Data Rate 250Kbps 20Kbps 40Kbps

Channel 11~26 1 10

DSSS 32-chip PN code 15-chip PN code

Modulation O-QPSK BPSK

Symbol Rate 62.5Ksym/s 20Ksym/s 40Ksym/s

Chip Rate 2.0M chips/s 300K chips/s 600K chips/s

Sensitivity -85dBm -92dBm

2. SmartHome_Zigbee

Zigbee Stack

2. SmartHome_Zigbee

Zigbee Channel

2. SmartHome_Zigbee

Zigbee Standard Overview

2. SmartHome_Zigbee

Zigbee Mesh topology

2. SmartHome_Z-WAVE

Z-WAVE

• 덴마크 회사인 Zensys(현재 SigmaDesign이 인수)와 Z-wave Alliance에서 개발한 상호운용성을 가지

는 무선통신 프로토콜

• 가정 자동화와 센서 네트워크와 같은 저전력과 저 대역폭을 요구하는 장치를 위해 설계

• 325개의 회사가 가입, 1350개 정도의 제품

• 대역폭 : 9,600bit/s, 40Kbit/s, 100Kbit/s

• 변조방식 : GFSK

• 거리 : 옥외에서 최대 75미터

• ITU G.9959(MAC/PHY)기반, Mesh network topology 지원

• Interoperability, Compatibility 이 강점

• Max. network nodes : 232

• Power consumption : 1uA(sleep), 23mA(RX), ~36mA(Tx)

• 나라별 주파수 대역

미국/캐나다 : 908.4MHz, 유럽 : 868.4Mhz, 일본 : 922~926Mhz, 호주 : 921.4Mhz

한국 : 919.7Mhz, 921.7Mhz, 923.1Mhz(2013년 할당, channel width 400Khz)

2. SmartHome_Z-WAVE

Z-WAVE Protocol Stack

3. SmartWorld_3G

3G(WCDMA/UMTS/HSDPA/HSPA+, GSM/GPRS)

• WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access, 광대역 부호 분할 다중 접속)

- 3G 도입 시기에 서비스가 시작되었으며 초기 영상통화 혼들이 사용했던 기술 표준

• UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)

- WCDMA를 기술표준으로 하여 유럽과 일본 주축의 3GPP에 의해 표준화

- 이론상 1920Kbps(240KB/s)의 속도로 전송이 가능

- WCDMA 에어 인터페이스와 GSM의 애플리케이션, AMR과 EFP과 같은 GSM에서 사용되는 Codec들의

조합

- 구현에서 Uplink 1900MHz와 Downlink 2100MHz상에서 5MHz채널 한 쌍을 사용

- 단말기의 무거운 무게와 짧은 배터리 시간 그리고 완전한 VOD지원을 위해서는 기지국이 1~1.5Km마

다 위치해야 함

3. SmartWorld_3G

3G(WCDMA/UMTS/HSDPA/HSPA+, GSM/GPRS)

• HSDPA(High Speed Downlink Packet Access, 고속하향 패킷 접속)

- WCDMA를 확장한 고속 패킷 통신규격으로 3GPP가 2002년 3월 발표한 Release5의 핵심기술인 고속데

이터패킷 접속규격으로 WCDMA 표준에서 패킷 기반의 데이터 서비스

- 다운로드는 이론상 최대 14.4Mbps(1.8MB/s), 업로드는 최대 5.8Mbps(0.725MB/s)의 속도로 전송 가능

• HSPA+(Evolved HSPA)

- WCDMA를 확장한 이동통시모듈의 규격으로 3GPP 기술표준 Release7에 기술

- MIMO와 64QAM을 이용하여 이론적인 최대 다운로드 속도는 168Mbps이며 업로드는 22Mbps

3. SmartWorld_4G

4G(LTE, LTE-A)

• LTE(Long Term Evolution, 3.9G)

- HSDPA보다 한층 진화된 휴대전화 고속 무선 데이터 패킷통신규격.

- 3GPP가 2008년 12월 확정한 무선 고속 데이터 패킷 접속규격인 Release8을 기반

- 반송파 대역폭을 1.4MHz에서 20MHz까지 조정이 가능하며, TDD와 FDD를 이용한 전이중통신 지원

- Bandwidth : 1.4/3/5/10/15/20 MHz

- Peak Data Rate

Case Data Rate(Mbps)

Downlink(64QAM, 20MHz)

2x2 MIMO 150.8

4x4 MIMO 302.8

Uplink(20MHz)

16QAM 51

64QAM 75.4

3. SmartWorld_4G

4G(LTE, LTE-A)

• LTE 단말 카테고리

3. SmartWorld_4G

4G(LTE, LTE-A)

• LTE-A(LTE Advanced)

- 3GPP에서 2011년 3월 Release 10을 기반으로 완성한 WCDMA 계열의 4G

• 반송파 집적(Carrier Aggregation)기술

- 전송에 사용하는 채널 대역폭을 확장하여 전송 성능과 최대 데이터 속도 및 주파수 사용 효율을 향상

하기 위한 기술

- LTE 주파수를 최대 5개를 묶어서 하나의 주파수처럼 사용하는 기술

- 최대 데이터 전송 속도 DL : 1Gbps, UL:500Mbps달성 가능

3. SmartWorld_4G

4G(LTE, LTE-A)

• MIMO 기술

- LTE-A의 공간다중화(SM):LTE보다 안테나 포트 수 증가시킴

- DL일 경우 기본적으로 4x4, 최대 8x8 MIMO지원

- UL일 경우 기본적으로 2x4, 최대 4x4 MIMO지원

• Uplink에서 Spatial Multiplexing(SM)을 사용하여 Peak data reate증가

3. SmartWorld_4G

4G(LTE, LTE-A)

• CoMP(coordinated Multi-point Transmission/Reception) 기술

- 셀 간 협력을 하는 전송기술로 높은 데이터 속도를 가지는 Coverage를 개선하고 셀 edge의

throughput 및 시스템의 throughput을 증가시킴

- 셀 경계 지역 단말의 데이터 전송 속도를 향상시키는 것

• LTE-A망에서 Relay

- 고속 데이터가 전송되는 Coverage를 넓히거나, 임시 네트워크를 설치하거나, 셀 edge의

throughput을 향상시키거나, 새로운 커버리지를 제공하는 데 사용

3. SmartWorld_4G

3. SmartWorld_5G

5G(LTE, LTE-A)

• 차세대 이동통신으로 아직 표준은 없는 상태(IMT-2020)

• ITU-R의 5G 이동통신 표준화 일정 및 핵심 성능

3. SmartWorld_5G

• 5G포럼의 5G 요구사항 • 삼성의 5G 요구사항

• METIS 5G 요구사항

- METIS 2020(Mobile and wireless communications

Enables for 2020 Information Society)은 5G 이동통신

관련 전 세계의 개념 및 합의 형성을 위한 FP7(FP7

Seventh Framework Programme)프로젝트의 하나

3. SmartWorld_5G

• 노키아의 5G 요구사항 • 일본의 5G 요구사항

• 중국 5G 요구사항

- 주파수 효율 5~15배, bit당 비용 효율 100배, 에너지

효율 100배 제시

SBA3. SmartWorld_Sigfox

United Kingdom

France

Russia

Netherlands

Sigfox 네트워크를 활용한 IoT 서비스 개시Sigfox와 cellular M2M Connectivity 솔루션 통합(2G/3G/4G)Tele2의 다른 M2M 파트너들도 Sigfox의 솔루션에액세스 가능

Abertis Telecom에서 다양한IoT 서비스를 위해 SIGFOX와 협업

서비스 향상, 비용 절감, 보안 강화 효과저전력, 저비용으로 장거리 통신디지털 혁신의 허브 도시가 될 것으로 기대스마트 주차, 폐기물 관리, 화재 경보 시스템 등에 활용2015년 UK 최초로 Greenwich에서 무인운전 도입 예정

• Low energy consumption• Long range• Ease of use• Extremely cost effective

Benefit from existing network infrastructureWide area CoverageVery low energy consumption resulting in long autonomous devicesPlug and play availability without registration inconvenienceCost effective and therefore deployable in Low-cost leisure productsEasy integration with IT systemHigh availability

3. SmartWorld_Sigfox

Sigfox

• 비면허 주파수 대역인 ISM(Industrial, Scientific, Medical) Band의 주파수인 유럽은 868MHz, 미국은

902MHz 대에서 서비스를 제공, UNB(Ultra Narrow band)기술

• 하루 최대 12바이트짜리(uplink) 메시지를 300baud 속도로 최대 140회까지 사용하도록 제공(~1 every

10mins)

3. SmartWorld_Sigfox

Sigfox 요약

Frequency 868MHz/902MHz ISM

Channel width UNB

Range 30-50km (rural),3-10km (urban), 1000km LoS

End Node Transmit Power -20 dBm to 20 dBm

Packet Size 12 bytes

Uplink Data rate 100 bps to 140messages/day

Downlink Data rate to 4 messages of 8bytes/day

Devices per Access Point 1M

Topology Star

End node roaming allowed Yes

3. SmartWorld_LoRaWAN

LoRaWAN(Low Power Wide Area Network)

• Semtech와 IBM리서치가 함께 개발한 LPWAN기술

• 매우 적은 전력으로 넓은 대역으로 데이터를 분산하여 동시에 송신이 가능한 직접 확한 스펙트럼

CDMA(direct Sequence Spread Spectrum CDMA, DSSS CDMA) 기술 활용

• Frequency Band : 433,863~870MHz(유럽), 902~928MHz(미국), 779~787MHz(China)

LoRaWAN Device Classes

LoRaWAN Network

LoRaWAN 요약

Frequency 433/868/780/915MHz ISM

Channel width EU: 8x125kHz, US: 64x125kHz/8x125kHzModulation: Chirp Spread Spectrum

Range 2-5k (urban), 15k (rural)

End Node Transmit Power EU:<+14 dBm, US:<+27dBm

Packet Size Defined by User

Uplink Data rate EU: 300 bps to 50 kbpsUS:900-100kbps

Downlink Data rate EU: 300 bps to 50 kbpsUS:900-100kbps

Devices per Access Point Uplink:>1M, Downlink:<100k

Topology Star on Star

3. SmartWorld_Weightless

Weightless

• 영국 캠브리지 주변의 ARM, Neul, CSR등이 주축이 되어 만든 개방형 표준 기반의 LPWAN기술을 개발

한 표준 협의체

Weightless-N Weightless-P Weightless-W

Directionality 1-way 2-way 2-way

Feature set Simple Full Extensive

Range 3km+ 2km+ 5km+

Battery life 10 years 3-8 years 3-5 years

Terminal cost Very low Low Low-medium

Network cost Very low Medium Medium

3. SmartWorld_Weightless

Weightless 요약

Name of Standard -W -N -P

Frequency TV whitespace(400-800 MHz)

Sub-GHZ ISM 169/433/470/780/868/915/923MHz

Channel width 5MHz UNB(200Hz) 12.5kHz

End Node Transmit Power 17dBm 17dBm 17dBm

Packet Size 10 byte min Up to 20bytes 10 byte min

Uplink Data rate 1 kbps to 10Mbps

100bps 200bps to 100kbps

Downlink Data rate 1 kbps to 10Mbps

No downlink 200bps to 100kbps

Devices per Access Point unlimited unlimited unlimited

Topology Star Star Star

End node roaming allowed Yes Yes Yes

3. SmartWorld_DASH7

• 초저전력 무선 데이터 기술로서 433MHz 대역에서 air interface 통신을 정의하는 국제 표준인 ISO/IEC

18000-7이 지니고 있는 상호운영성의 한계점을 극복하기 위해 새롭게 등장한 무선 데이터 기술

• 433MHz 주파수 대역에서 운영되는 개방형 표준으로서 UWB나 WiFi 보다 낮은 저전력으로 방출이 되며

27.77kbps(최대 250kbps)까지 데이터 전송

국제표준

주파수대역

글로벌사용

액체투과

콘크리트투과

범위평균 power draw

평균 latency

멀티홉센서지원

보안지원

최대비트속도

ISO/IEC 18000-7

433 MHz

Yes Yes Yes1,000 m

30–60 mw

2.5–5 seconds

Yes Yes Yes28 kb

3. SmartWorld_DASH7

DASH7 요약

Frequency 433/868/915MHz ISM

Channel width 25 KHz or 200KHz

Range 5Km

End Node Transmit Power Depending on FCC/ETSI regulations

Packet Size 256 bytes max / packet

Uplink Data rate 9.6 kb/s, 55.55 kbps or 166.667 kb/s

Downlink Data rate 9.6 kb/s, 55.55 kbps or 166.667 kb/s

Devices per Access Point NA (connectionless communication)

Topology Node-to-Node, Star, tree

3. SmartWorld_6lowPAN

6lowPAN(IPV6 over Low Power Wireless Personal area Network)

• IEEE 802.15.4를 PHY/MAC으로 하는 저전력 WPAN상에 IPv6를 탑재하여 기존 IP Network와 연결하는

네트워크 기술

• 저전력으로 동작하며 250Kbps 이하의 적은 대역폭

• 토폴라지 : Star, Tree, Mesh

• Small Packet size: 헤더를 제외한 최대 127byte, MAC헤더 제외 시 102byte,보안 적용 시 81byte

• 16비트 단축형, IEEE 64비트 확장형 MAC 주소 지원

• RFC4944가 표준트랙 기술문서

6lowPAN architectures

3. SmartWorld_6lowPAN

*. 참고_무선규격

2.4GHz 규격 비교

2.4GHz _FCC Part C

2.4GHz _FCC

2.4GHz _ R&TTE EN 300 328

5GHz 규격 비교

5GHz Channel Map

5GHz FCC 15.407

5GHz R&TTE EN 301 893

Transmitter unwanted emission limits outside the 5GHz RLAN bands

국가별 DFS비교 및 시험 구성도

시료 준비상태

*. 참고_IC들의 추세

New IC

• HW적으로 One-Chip에서 SW 만 변경해서 다양한 RF지원 가능한 IC들이 나오는 추세

사물인터넷에 활용되는 무선통신 기술

Technology

최종 연구개발결과보고서 - itfind · - wlan,...

google을 지탱하는 기술

04_1-정보전송방식과 기술

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반도체 나노와이어 기술

user experience design에 활용되는 각종...

디지털마케팅 웹 기술

전자문서화 기술 동향 및 분석과 가상 상거래...

웹을 지탱하는 기술

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