근거리 무선 통신 기술

근거리 무선 통신 기술

근거리 무선 통신 기술의 가장 중요한 요건으로는 낮은 소비 전력과, 낮은 가격 그리고 신뢰성 이다.

낮은 소비 전력, 낮은 가격, 신뢰성을 충족시키기 위해 다양한 기술들이 제시되고 있다.

 

IT업계의 중요한 트랜드 중 하나가 바로 "Wireless' 기술이다. 배선에 구애 받지 않고 자유료운 이동이

가능하면서도 항시 네트워크에 접속되어 필요한 정보를 교환할 수 있는 환경의 구현이 바로 Wireless

기술의 핵심이다.

 

근거리 무선 통신 기술

무선은 유선의 공간 제한을 뛰어 넘는 기술적인 해결책으로 휴대 전화의 대중화로 인하여 많은 사람들이

편리함을 경험하였다. 현재 광범위하게 이용되고 있는 주파수 대역은 낮은 수치의 GHz 대역이지만

이론적으로는 정보를 전자파에 실어 보내는 모든 방식을 생각해 볼 수 있을 것이다. 'Smart Dust'라는

이름으로 진행되고 있는 프로젝트도 이러한 응용을 보여주는 좋은 예이다.

 

유비쿼터스는 근본적으로 단순하게 기존의 음성 또는 정형화된 데이터를 무선으로 전달하는 방법과는 다른

해법이 필요하다고 볼 수 있다. 하지만 이러한 본연의 무선 통신 외에도 유비쿼터스 사회에서 생각해 볼 수

있는 것으로 무선 급전(給電)을 들 수 있다. 무선 통신에는 전력이 필요하게 마련인데 이 전력을 무선으로

공급하는 기술이 무선 전력 전송이다. 원래 유비쿼터스 핵심 키워드 중의 하나가 바로

사라짐 (disappearing)인데, 이는 그 개체로 가는 모든 선이 없음을 의미하며, 따라서 전력 공급선이

존재한다는 것은 큰 문제점으로 지적될 수 있다.

 

무선 전력 전송은 1988년에 처음 시연되었으며 원래 큰 전력을 1~10GHz의 저잡음 주파수대를 이용하여

전송하는 것이 목적이었다. 하지만 유비쿼터스 관점에서 높은 전력을 필요하지 않고 짧은 시간에 정보를

전송할 수 있는 정도의 전력이면 되기 때문에 약간 다른 특성을 가져야 한다.

 

사물을 식별하는 번호를 부여하는 것은 매우 종요하다. 왜냐하면 대부분의 사물이 판단을 할 수 있는

자체의 프로세서를 가지고 있는 것이 아니라 외부에 판단을 대신 맡기거나 외부에 정보를 전달하면서

임무를 마치기 때문이다. 이러한 시스템 레벨에서 개체의 고유 번호는 무선 이동 통신에서도 같이

사용되어야 혼합되어 있는 초고주파 신호에서 원하는 정보를 적절하게 분리하여 얻을 수 있을 것이다.

여러 유저의 접속을 위해 사용되는 다중 접속 방식은 주로 시간, 주파수 코드로 분류하는데, 각각

TDMA(Time Division Multiplex Access), FDMA(Frequency Division Multiplex Access),

CDMA(Code Division Multiplex Access)라고하여 이용되고 있다. 그러나 유비쿼터스에서 다중 접속은

약간 다른 특성을 가진다. 즉, 각각의 개체는 언제, 어디서나, 어떻게 활성화 돌지 모르며, 개체의 전체

수나 특성은 시간에 따라 변할 수 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다.

 

일반화되어 있는 센서의 표준화는 1997년 IEEE 1451.2로 시작이 되었다. IEEE 1451 표준화는 네트워크와

제작자 간이 호환성을 유지하고, 설치 및 재설치를 쉽고 저렴하게 하며, 오류자 수동 초기화를 없애고 제어

및 보정에 관한 통일된 모델을 제시하고 있다. 그러나 유비쿼터스의 경우 모니터링 개체수가 시간에 따라

변화고 새로운 개체가 끊임없이 발생하고 소멸하는 가운데 정보를 처리할 수 있도록 설계되어야 한다. 이와

더불어 송·수신 구조와 변·복조, 프로토콜에 대해서도 이러한 유비쿼터스 특성이 반영되어 설계되어야 할

것이다.

 

유비쿼터스가 기존의 이동 무선 통신과 차이를 가지는 점 중의 하나가 바로 통신 거리이다. 우리의

일반적으로 휴대 전화로 사용하는 단말기는 넓게는 수 Km의 통신 범위가 보장되어야 하고, 경우에

따라서는 단말기 특성에 따라 시스템 전체의 동작 특성에 영향을 받을 수도 있다. 그러나 유비쿼터스 무선

통신은 통신 거리를 제한적으로 운용할 수 있는 구조이다. 불가능하지만 만약 수 Km 내에서 동작을 하게

만든다면 너무 많은 개체의 정보를 얻어 결국은 아무런 정보를 얻지 못하는 결과를 낳게 될 것이다. 이것은

우리가 통신 속도보다 채널 용량을 더 고려해야 된다는 것을 의미하기도 한다. 더불어 유비쿼터스의 각각의

개체는 안정적이지 못하고 독립적이지 못할 수도 있다. 따라서 우리는 유비쿼터스의 특성상 넓은 영역의

커버보다 좁은 지역에서 안정적으로 통신이 가능하도록 하면서 채널 용량을 증가시킬 필요가 있으며, 아주

짧은 시간에 필요한 통신을 마치고 비정상적인 개채로부터의 방해에도 대응할 수 있는 유비쿼터스

네트워크를 구현하여야 한다.

 

유비쿼터스는 모든 사물에 부착되어 유기적으로 네트워크를 구성해야 하므로 저전력이어야 한다. 전력을

소모한다면 한 번의 충전으로 수 년동안을 사용할 수 있어야 하거나, 앞서 언급한 무선 급전의 형태로 외부의

전자파에서 에너지를 얻어 동작할 수 있어야 될 것이다. 만약 전력 소모가 심해서 자주 충전을 하든지,

배터리를 갈아 끼워야 된다면 인간은 유비쿼터스 사회를 유지하기 위해 막대한 비용을 지불해야할 것이다.

 

무선 통신 소자는 오래 전부터 저전력에 관한 연구를 해 왔다. 특히 CMOS가 높은 전력을 소모하는 데 비해

SiGe BiCMOS는 전력 대비 이득이 높으며, 따라서 같은 이득을 구현할 경우 전력 소비를 크게 개선할 수

있다. 이처럼 소자의 저전력 동작 특성은 유비쿼터스 사회를 실현하는 데 있어서 근간이 되는 중요한

기술이다. 유비쿼터스 어원에 '모든 곳'이라는 의미도 있다. 이는 바꾸어 말하면 도처에 존재할 수 있을

정도로 저렴해야 된다는 것이다. 다른 말로 어떠한 기술적인 요소보다 경제성을 유지해야 된다는 의미다.

모든 사물에 핸드폰 단말기를 둘 수는 없는 일이다. 전력 소모도 엄청나거니와 안테나부터 시작한 수많은

주변 부품 및 그로 인한 단가 상승은 전체 유비쿼터스 사회 구축 비용을 비현실적으로 만들 것이다. 그러므로

성능상의 특징이 유비쿼터스에 알맞도록 개선해야 하는 것은 물론이고 최종결과물이 전체 사회로 확산되는

데 필요한 비용을 줄여 더욱 빠르게 사회에 적용되도록 해야 할 것이다.

 

이러한 요구는 사용 기술의 특징에 제한을 두게 된다. GaAs 계열의 소자보다 저렴하게 구현 가능한 실리콘

계열의 소자를 사용하게 하며, 패키지 형태의 구현보다 온칩(on-chip) 형태의 구현을 더 의미있게 할

것이다. 저렴한 공정에서 우수한 특성의 소자를 만드는 것뿐만 아니라 수동 소자 및 필터와 같은 외부 소자의

패키징이 고려되어야 한다는 이유가 여기에 있다. 모든 곳에 존재하는 만큼 성능이 핸드폰 단말기와 같이

우수하지 않아도 된다는 점은 설계자에게 많은 것을 의미한다. 달리 표현하면 성능의 희생을 통하여 우리는

유비쿼터스 이념에 부합되는 기술을 갖추어 나갈 수 있음을 의미한다. 집적 회로 제조 기술 및 후공정은 바로

유비쿼터스의 저렴한 가격이라는 조건을 만족시키기 위해 필수적인 선택 사항이 된다.

 

유비쿼터스는 그통신 대상이 단말기 수 정도에 비교가 되지 않는다. '스며드는(pervasive)'라는 말에서

알 수 있듯이 다양한 개체로부터 쏟아져 나오는 정보를 처리해야 하는 것이다. 발생하는 정보는 이동되어야

하는 곳으로 이동 되어야 하고 처리 결과 또한 적절하게 표시 또는 전송되어야 한다. 전문가들은 이를

위해서 데이터의 용량이 현재보다 적어도 10,000배 이상 폭증할 것으로 예측한다. 대용량의 고속 전송에

광통신의 유선 통신뿐만 아니라 경우에 따라서는 광대역 이동 및 무선 통신이 필요할 수도 있다. 광통신

시스템은 고밀도의 파장 분할 변조를 통하여 초당 테라비트(초당 1천억 회) 이상을 전송 하는 기술에

이르렀고, 3세대 무선 이동 통신 기술은 2Mbps로 무선 랜은 신호를 50Mbps 전송하는 단계로 발전하였다.

여기에 전송 속도 이외에 반드시 고려되어야 할 것이 바로 채널 용량이다.

 

대표적인 무선 통신용 반도체 기술 발전의 추세로 다중 모드화, 다중 밴드화, 복합화, 융합화, 소형화,

디지털화, 집적화가 있다. 다중 모드화 및 다중 밴드화는 복합화, 융합화, 소형화, 디지털화, 집적화라는

추세에 의해 더욱 의미있는 기술 요소로 자리매김을 하고 있으며 각종 통신 기술을 수용하는 단말기에

필수적으로 요구된다.

 

유비쿼터스 기술에서도 이러한 다양한 표준의 수용이 필요할 수 있는데, 이러한 표준 수용과 함께 부가적인

특성을 부가하기 위해 반도체 융합 기술이 필요하다. 반도체 융합 기술이란 미소 전자 기계 시스템과 센서,

강소자, RF소자, 집적된 초소형 안테나와 같은 다기능 소자들을 실리콘 집적 회로와 하나의 칩에 제작하는

반도체 융합 기술로 신기능의 복합 단말기 개발에 응용될 수 있을 것이다. 특히 실리콘을 기반으로 하는

융합 반도체는 RF 통신 회로와 임베디드 소프트웨어를 수용할 수 있는 SoC기술의 적용이 가능하므로

초소형 단일 칩의 제작으로 발전할 수 있다. 고성능 통신 칩이 필요한 경우 화합물 반도체의 고주파에서

전력 효율이 높은 중폭기나 저잡음 증폭기와 같은 단위 회로를 집적화하고, 이들을 실리콘 고집적 회로와

하나의 칩에 제작할 수 있는 융합 반도체도 유용할 것이다.