uwb technology for wireless home networkc3%d6%bb... · 2012-05-06 · digital home research...
TRANSCRIPT
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
Digital Home Research Division 3
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
Digital Home Research Division 4
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
Digital Home Research Division 5
무선무선무선 홈네트워크홈네트워크홈네트워크 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속
고속 UWB 전송기술고속 UWB 전송기술
Digital Home Research Division 6
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
Digital Home Research Division 7
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
Digital Home Research Division 8
UWB UWB UWB 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속
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
Digital Home Research Division 9
UWB UWB UWB 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속
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
Digital Home Research Division 10
UWB UWB UWB 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속
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
Digital Home Research Division 11
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
Digital Home Research Division 12
▣ 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
Digital Home Research Division 13
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
Digital Home Research Division 14
• 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
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 15
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
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 16
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
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
DS-CDMA UWB 송수신 구성도DS-CDMA UWB 송수신 구성도
Digital Home Research Division 17
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
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 18
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
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 19
국외 UWB 칩 개발 동향국외 UWB 칩 개발 동향
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 20
국내 UWB 칩 개발 전망국내 UWB 칩 개발 전망
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 21
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
UWB WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 22
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 WPAN UWB WPAN UWB WPAN 기술기술기술 개발개발개발 --- 계속계속계속
Digital Home Research Division 23
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%)
Digital Home Research Division 24
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
Digital Home Research Division 25
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
Digital Home Research Division 26
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
Digital Home Research Division 27
DVCRDVCR
1394 PAL1394 PAL
IEEE802.15.3IEEE802.15.3
HDTVHDTV
1394 PAL1394 PAL
IEEE802.15.3IEEE802.15.3
무선무선무선 1394 1394 1394 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속
Protocol Adaptation Layer(PAL) 기술Protocol Adaptation Layer(PAL) 기술
Digital Home Research Division 28
무선무선무선 1394 1394 1394 기술기술기술 개요개요개요 --- 계속계속계속
IEEE p1394.1 Bridge 기술IEEE p1394.1 Bridge 기술
Digital Home Research Division 29
UWB UWB UWB 기반기반기반 무선무선무선 홈네트워크홈네트워크홈네트워크
Digital Home Research Division 30
감사합니다 !
한국전자통신연구원
무선홈네트워크연구팀
팀장 최 상 성
Tel: 042-860-6722