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초고속 무선 전송할 수 있는 저전력 RF 단일칩 개발​
조회수 : 9446 등록일 : 2013-03-12 작성자 : kaist_news


 
박철순 교수

 - 40mW 이하 저전력으로  WiFi(무선랜)보다 50배 빠른 초당 10.7기가비트로 전송
 - 케이블 연결 또는 파일 전송 없이 HD영상 화면을 바로 전송, 보안에서도 강점

저전력으로 WiFi(무선랜)보다 50배 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있으며, 안테나를 포함하여 소형으로 제작 가능한 송ㆍ수신 일체형 무선칩이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 연구진은 이를 이용하여 스마트폰에 저장된 Full HD급 1080p* 동영상을 압축과정을 거치지 않고 대용량 데이터 상태로 케이블 없이 무선으로 HDTV로 직접 송신하는 데 성공했다.
     * 1080p : HDTV에서 1920x1080 크기의 화면을 1초에 60번 보여주는 고화질 영상  

개발된 칩은 60GHz*(기가헤르츠) 대역에서 초당 10Gb*(기가비트)의 데이터를 전송할 수 있는 고속 무선 송ㆍ수신 RF칩*으로서 소형이면서도 전력을 적게 소모하도록 설계됐다. 따라서 동 칩을 활용하여 스마트폰이나 노트북 등 휴대기기에 담긴 Full HD급 고화질 동영상을 별도의 전용케이블 없이 HDTV 또는 빔 프로젝터 등으로 크게 볼 수 있을 것으로 전망된다.
    * 60GHz 대역 : 1번 진동의 길이가 5mm이며, 1초에 600억 번 진동하는 초고주파 신호. 무선 신호이지만 특성은 광 신호와 유사하며, 별도 허가없이 자유롭게 사용가능한 ISM밴드 대역으로 7GHz의 대역폭(Bandwidth)이 사용가능함
     * 10Gb/s : 1초에 100억 비트를 전송하는 속도로서 DVD 고화질 영화(4.7GB)를 3.76초 만에 보낼 수 있는 속도, 반면 WiFi는 3분 8초, 블루투스는 208분이 소요
     * RF칩 : 초고주파 신호를 처리하는 회로를 집적화한 소자, 버스카드 등에 내장된 RFID가 대표적임. 개발된 RF칩은 디지털 회로 구현에 사용되는 CMOS 집적 기술로 구현

동 연구는 한국과학기술원(KAIST) 지능형RF연구센터(센터장 박철순)에서 수행되었으며, 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원(’05~)을 받아왔다.

고화질 동영상의 실시간 전송을 위한 방법들이 많이 연구되어 왔지만 기존 WiFi망에서 고화질 동영상을 전송하기 위해서는 전송속도의 한계로 데이터 크기를 줄이는 압축과정이 반드시 필요했다. 

그러나 압축 및 압축해제 과정에서 데이터의 부분적 손실이나 왜곡으로 인한 화질 열화현상이 일어날 수 있고 압축 처리시간에 따른 송ㆍ수신 지연으로 완벽한 실시간 전송이 어렵다는 점이 한계였다. 

특히 실시간 전송은 차량운행이나 의료현장에서 중요하다. 카메라 센서를 이용한 충돌방지 시스템에서 차선이탈이나 전방사고 상황을 실시간으로 전송하지 못하고 지연이 발생하면 운전자의 제동시간이 그만큼 늦춰질 수 있기 때문이다. 의사들이 화상을 보면서 로봇 팔로 외과 시술을 하는 경우에도 같은 상황이다. 

이러한 단점이 있는 압축 및 압축해제 과정을 생략하기 위해서는 적어도 3Gb/s(초당 30억 비트) 이상의 전송속도를 확보하는 것이 관건이었다. 

KAIST 지능형RF연구센터가 이번에 개발한 60GHz 송ㆍ수신 칩은 10.7Gb/s 속도로 전송이 가능하며, 이는 기존의 WiFi 속도 200Mb/s(초당 2억비트)의 50배에 이르는 것으로, 압축 없이도 실시간으로 HD영상을 전송할 수 있는 속도에 해당한다. 

따라서, 압축 및 압축해제 처리 과정에서 발생할 수 있는 화상 데이터의 부분적 손실 및 왜곡을 해결하고, 송ㆍ수신 지연 없는 완벽한 실시간 전송을 지원할 수 있을 것으로 기대된다.

나아가 연구팀이 개발한 송ㆍ수신칩은 OOK(On-Off Keying) 변조방식*을 이용하여 소모전력을 낮추었으며, CMOS 방식으로 송신기와 수신기를 하나의 칩에 구현하였다. 전력소모와 기기크기의 최소화를 통해 이동기기에 적용될 수 있도록 설계했다.
     * OOK(On-Off Keying) 변조방식 : 반송파의 유무에 의해 디지털 데이터 1과 0을 표시하는 변조방식
저전력으로 동작하는 CMOS를 이용하고, 전류를 여러 회로에 재사용하거나 신호가 1일 때만 주파수원이 작동하도록 하는 방식으로 송신시 31mW, 수신시 36mW 등 전력소모를 대폭 줄였다.  

이는 블루투스 동작시와 비슷하나 2.4 GHz 무선랜에 비해서는 10배 가량 적은 수준이다. 특히 실리콘이미지(Silicon Image), 아이비엠(IBM), 소니(Sony) 등이 개발한 무선칩에 비해서는 최소 3배 이상 적은 전력소모로 동작한다는 설명이다. 

또한 통상 송신과 수신을 위해 별도 안테나를 사용하는 것과 달리 하나의 안테나를 사용하여 크기를 줄인 것도 특징이다. 가로, 세로, 높이 1㎜ 남짓한 칩에 4~5㎜ 크기의 단일안테나를 사용하여 휴대성이 중요한 모바일기기에 적합하도록 설계한 것이다. 

연구팀은 향후 스마트폰 및 카메라ㆍ캠코더로 촬영한 고화질 영상을 저장장치 또는 HDTV 등 디스플레이 장치로 전송하거나, 스마트폰을 사용하여 키오스크(Kiosk), PC 등으로부터 단시간에 대용량의 멀티미디어, 게임 프로그램, 소프트웨어를 주고받는 등의 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 내다보고 있다. 

연구팀은 2005년부터 동 분야에 대해 계속 연구해왔으며 국제특허 10건, 국내특허 8건을 출원하고 SCI 논문 22편을 발표하였다. 

박 교수는 “3D, 고화질 동영상 전송을 중심으로 확산되는 스마트폰 시장에서 한국의 경쟁력을 높일 있는 핵심기술”이라면서 “기존 HDTV 등의 케이블 연결선을 대체할 수 있어 스마트폰 이외에도 디지털TV, 이동단말기, 카메라 및 캠코더 등 관련시장에서 활용될 수 있고 국제컨벤션산업 등과 연계하여 새로운 시장을 창출할 수 있을 것”이라고 전망했다.

초고속 무선 전송할 수 있는 저전력 RF 단일칩 개발 이미지
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