2005 WORKSHOP

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원용 묘
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1 High Data Rate UWB PHY Technology 2006 년 6 월 27 일 에이로직스 정성현 (shchung@alogics.com) 1

2 목차 UWB 기술개요 표준화동향 MBOA PHY 기술 개발현황 시장전망 2/50

3 UWB 기술개요 -UWB 정의 -관련기술비교 -UWB 기술변화 -DS/MBOA 방식 3

4 UWB(Ultra Wideband) 정의 UWB 정의 기존 Narrow band 대비 500 이상대역폭차지 중심주파수 (BW/Carrier Frequency) 가 20% 이상 500 이상대역폭을가진기존 Carrier 변조기술도 UWB 기술로정의가능 UWB 특성 반경 10m 이내근거 근거리무선통신기술 (WPAN) 1Gbps 이상의초고속무선전송 고속, 고품질멀티미디어전송 Ultra-short pulse duration (order of nsec) 국가별전파규정에상대적제약을적게받음 Ultra-low power spectral density 휴대단말기기에적합 Low interference to other communication signals 4/50

5 관련기술비교 Data Rate (Mbps) UWB Short Distance Fast download 2m 4m UWB Room-range High-definition Quality of service, streaming 10m Low Power Low Cost Short Range High Data Rate a/b/g/n Data Networking.11n promises 100m 1 Bluetooth 1 10 Range (m) 100 Source: Texas Instruments 5/50

6 UWB 기술변화 초기의 UWB 기술 Impulse communications Ultra-short pulse duration Pulse position modulation GROUP A GROUP B GROUP C GROUP D #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 # f 현재의 UWB 기술 Direct Sequence UWB (DS-UWB) Multi- OFDM UWB (MBOA UWB) Multi /50

7 DS-UWB 방식 Low High ~ 4.9GHz ~ 9.7GHz Low or High Multi- Modulation CDMA(M-BOK) Multi ~ 4.9GHz ~ 9.7GHz 7/50

8 DS-UWB 방식 Xtreamspectrum 사초기제안 현재는 UWB Forum 의 Freescale, Motorola 사 Low, High, and Dual 3 개 3.1~4.9GHz (Required), 6.2~9.7GHz (Option) 5GHz(NII) 대역제외 Modulation CDMA/BPSK,4-BOK Rake receiver 구조 Parameters Data Rate : 28 ~ 1320 Mbps FEC : 1/2, 3/4, 1 Code Length : 1 ~ 24 8/50

9 MBOA 방식 GROUP A GROUP B GROUP C GROUP D #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9 #10 #11 #12 # f Spectrum 528 대역의 4 개그룹, 13 개밴드 Modulation 128-point IFFT/FFT 이용한 OFDM Carrier 생성 9/50

10 MBOA 방식 TI 사초기제안 15 개사이상의 Contributing Companies 3.1 ~ 10.6GHz 528 대역으로분리 3.1 ~ 4.8GHz (Mandaroty) Modulation OFDM/QPSK,DCM 128-point FFT/IFFT Parameters Data rate : 53.3 ~ 480Mbps FEC : 1/2, 1/3, 3/4, 5/8 10/50

11 MBOA 와 DS-UWB PHY 비교 Frequency Modulation FEC Data Rate Multiple Access Complexity Complexity MBOA 14 개 (BW: 528) 3 개 (3168~4758: Mandatory) OFDM(128FFT)/QPSK,DCM Convolutional Code 53.3 ~ 480 Mbps 53.3 ~ 200Mbps: Mandatory FDM/TF Interleaving FFT/IFFT FFT/IFFT DS-UWB 2 개 Low : 3.1 ~ 4.9 GHz High : 6.2 ~ 9.7 GHz CDMA/BPSK,4-BOK Convolutional Code 25.7Mbps ~ 1.32GHz FDM/CDM/TDM Rake Receiver Rake Receiver 11/50

12 표준화동향 - UWB 표준화동향 - 각국의스펙트럼마스크 ( 안 ) -UWB Forum - WiMedia/MBOA Alliance - WiMedia UWB Platform 12

13 UWB 표준화동향 TG3a 발족 03 년 1 월고속 WPAN 용 Alternative PHY 표준목표 총 23 개제안서접수 Xtreamspectrum(Freescale 인수 ) 진영대 Intel 멀티밴드진영 15.3a 표준화중단 Multiband 와 CDMA UWB 방식간의투표 단일표준화논의중단 (75% 획득실패 ) 단일표준실패이후복수표준타협안논의합의실패 15.3a 표준화중단합의 독자표준 / 상용화 WiMedia Alliance : Multiband OFDM UWB UWB 포럼 : DS UWB 시장선점을위한독자표준 13/50

14 국내 UWB 주파수정책동향 06 년 4 월 UWB 주파수공청회개최 3.1 ~ 4.8GHz Low 대역할당방안 4.2 ~ 4.8GHz 대역 2010 년까지 DAA 기술적용유예방안 7.2 ~ 10.2GHz 대역 DAA 미적용방안 06 년 6 월 UWB 주파수확정예정 14/50

15 미국 UWB 스펙트럼마스크 ( 안 ) Indoor Communications Systems Outdoor Communications Systems 15/50

16 유럽 UWB 스펙트럼마스크 ( 안 ) 3.1 ~ 4.9GHz : -41.3dBm/ with DAA(Detect and Avoid) 4.2 ~ 4.9GHz : without DAA until June 2010 * 참조 : 06.4 UWB 주파수공청회자료 16/50

17 일본 UWB 스펙트럼마스크 ( 안 ) 3.4 ~ 4.8GHz : -41.3dBm/ with DAA 4.2 ~ 4.8GHz : without DAA until December 2008 * 참조 : 06.4 UWB 주파수공청회자료 17/50

18 UWB 포럼 (DS-UWB) UWB Forum ( 2004년포럼결성 100여개업체 / 학계로구성 Motorola & Freescale 주축 DS-UWB 방식에주력 관련주파수대역 960, 3.1~10.6GHz, 22~26GHz, 60GHz 18/50

19 WiMedia/MBOA Alliance WiMedia Alliance ( 년 Alliance 결성 2005 년 MBOA Alliance 와결합 170 여개업체로구성 Intel, TI 등주요 CE 업체 다양한응용과통합 Wireless USB, Wireless 1394 TA, Bluetooth SIG 표준확정 2005 년 PHY, MAC, MAC-PHY I/F Commercial UWB Standards Released by ECMA International (U.S only) PHY & MAC standard (ECMA-368) MAC-PHY I/F standard (ECMA-369) 19/50

20 WiMedia UWB Platform Application : Wireless USB, Wireless 1394, Bluetooth SIG, IP, &/or &/or &/or IP PAL PAL PAL WiNET PAL: Protocol Adaptation Layer WiMedia UWB Radio Platform MAC & Policies UWB PHY (MB-OFDM) 20/50

21 WiMedia 최근동향 December, 2005 PHY & MAC Standard V1.0 Released MAC-PHY Interface Standard V1.0 Released The WiMedia Interoperability event tentatively scheduled for March 27, The WiMedia Alliance Member Meeting June 27-30, 2006 at the Hyatt Regency Cambridge in Cambridge, Massachusetts, USA. Bluetooth SIG Bluetooth Wireless Technology over UWB Demonstrated at Bluetooth SIG All Hands Meeting (Seattle March 28, 2006) 21/50

22 MBOA PHY 기술 - WiMedia PHY 규격 -PHY 구조 -Tx/Rx 구조 -PHY 기술이슈 22

23 PHY 규격 CM vs Range Channel Model : CM1 ~ CM4 Range Spec. : <10m for 100Mbps, <4m for 200Mbps, <2m for 480Mbps Range (Mbps) AWGN LOS:0 4 m CM1 NLOS:0 4 m CM2 NLOS:4 10 m CM3 RMS Delay Spread: 25 ns CM m 12.0 m 12.0 m 11.5 m 10.9 m m 7.4 m 7.1 m 7.5 m 6.6 m m 3.2 m 3.0 m N/A N/A (PER of 8% for a 90% link success probability) 23/50

24 PHY 규격 - parameters * MBOA PHY Spec. Release 1.1 기준 Modulation : 53.3 ~ 200Mbps : QPSK, 320 ~ 480Mbps : DCM Interleaving depth : 6 symbols 24/50

25 PHY 규격 - parameters Sampling frequency : 528Mhz, FFT size : 128 Total number of samples per symbol : 165 ( 구현이슈 ) 25/50

26 PHY 규격 - parameters Sync. Sequence standard(7.5us) burst(3.75us) CE Sequence 6 symbols(1.875us) 26/50

27 PHY 규격 - PLCP frame format Scrambled and RS Encoded PLCP Header Parity bytes : Shortened Reed-Solomon code (23, 17) Reserved 3 bits RATE LENGTH 5 bits 12 bits Reserved 2 bits Scrambler Init 2 bits Reserved Burst Mode 2 bits 1 bit Preamble Type 1 bit Reserved 12 bits PLCP Preamble PHY Header Tail Bits MAC Header HCS Tail Bits Parity bytes + Tail bits Frame Payload Variable Length: bytes FCS Tail Bits Pad Bits PLCP Header 39.4 Mb/s 53.3, 80, 106.7, 160, 200, 320, 400, 480 Mb/s * V0.95 기준 27/50

28 PHY 규격 preamble format Packet/frame Synchronization Channel Estimation 28/50

29 Tx 구조 data scrambler Tail bits are NOT scrambled. Seed value from PLCP header X(14) X(13) X(12) X(1) X(0) X(n) X(n-1) X(n-2) X(n-14) X(n-15) Data input MAC header, HCS, MAC frame body, FCS Tail bits are not scrambled. Scrambled output data 29/50

30 Tx 구조 bit interleaver OFDM symbol interleaving followed by tone interleaving Coded bits for interleaving Ncbps*(3 or 7) / group Symbol interleaver Tone interleaver Read direction Ncbps Read direction Ncbps/10 Write direction (3 or 7) Write direction (10) 30/50

31 Tx 구조 - Transmitter Transmitter model - example Input Data Scrambler Convolutional Encoder Puncturer Bit Interleaver Constellation Mapping IFFT Insert Pilots Add CP & GI DAC Transmitter structure - example from MAC H/W Time Frequency Code cos(2πf c t) Input Input Buffer Buffer Pilot CP/GI Scr Output Output Buffer Buffer Conv. Enc IFFT Punc. & 1 st Intlv Control 2 nd Intlv Control & Mapper Intlv Buffer to DAC 31/50

32 Rx 구조 receiver algorithms Sync. Acquisition Algorithms Signal/Packet detection, Frame boundary detection AGC, I/Q mismatch compensation Frequency offset estimation(coarse/fine), Channel estimation Sync. Maintaining Algorithms Carrier tracking, Time tracking Reserved 3 bits RATE LENGTH 5 bits 12 bits Reserved 2 bits Scrambler Init 2 bits Reserved Burst Mode 2 bits 1 bit Preamble Type 1 bit Reserved 12 bits PLCP Preamble PHY Header Preamble processing Demod. synchronize Sync. Acquisition algorithms Tail Bits MAC Header HCS PLCP Header 39.4 Mb/s Tail Bits Parity bytes + Tail bits Frame Payload Variable Length: bytes Tail Bits Demodulation of PLCP header Demodulation of payload data Demod. parameter extraction Demodulation + Sync. maintaining algorithms FCS 53.3, 80, 106.7, 160, 200, 320, 400, 480 Mb/s Pad Bits 32/50

33 Rx 구조 preamble precessing Sync. Acquisition Algorithms Parallel Processing Architecture Synchronization control signal from Demod. unit Frequency (phase) synchronizer Timing synchronizer To Demod. unit PLCP Preamble processing Packet Detection/ AGC Freq. offset Detection Boundary Detection Channel Estimation Synchronization control signal to RF module Boundary information FEQ Coefficients 33/50

34 Rx 구조 Demod. precessing Payload Demodulation Sync. Maintaining Algorithms Parallel Processing Architecture GI removal FFT FEQ Buffer S.D & De-int. Viterbi Dec. Synchronization control signal to Synch. unit Phase estimate Pilot extract Sync. Maintaining algorithms 34/50

35 PHY 기술이슈 -DAA DAA 채택 4G/BFWA 주파수와간섭최소화요구 2008 년 /2010 년이후 Low 대역에의무적으로채용 DFS(Dynamic Frequency Selection) DAA(Detect and Avoid) 유사기술로 h 에정의 a 표준반영되었으나상용제품출시는미미한상태 DAA(Detect and Avoid) 기술구현이슈 Detection of signals of interest 4G or BFWA (WiMAX/802.16e) : 3.1 ~ 5GHz Cooperative detection Devices should help detection. Decide what signals to avoid PNC(Piconet Controller) decide Implement avoidance PNC instructs devices on channel usage and avoidance 35/50

36 PHY 기술이슈 DAA 예 MBOA 수신기 FFT 를이용한 Spectrum analyzer 기능 신호의에너지를검출할수있는 Channelized Radiometer 기능 Avoid 수행 부반송파에서 incumbent 신호가검출되면해당부반송파신호를 nulling 하거나 emission level 을낮춤 Ref. : Lehtomaki, Janne, Performance Comparison Of Multichannel Energy Detector Output Processing Methods, Signal Processing and Its Applications, Proceedings. Seventh International Symposium on Volume 1, 1-4 July 2003 Page(s): vol.1. 36/50

37 PHY 기술이슈 칩셋 개별기능별목표 RF 칩 : BiCMOS 공정 CMOS 공정 디지털칩과통합 SoC 지향 BB 칩 : 0.13um 공정 90nm 공정 휴대단말용저전력지향 MAC 칩 : HW-MAC + SW-MAC SoC 고속데이터처리및 Throughput 성능향상 칩통합 RF/BB/MAC 3 칩솔루션 (RF+BB, MAC)/(RF, BB+MAC) 2 칩솔루션 (RF+BB+MAC) 1 칩솔루션 (SoC/SiP) RF 칩과디지털칩을단일패키지가능 37/50

38 PHY 기술이슈 구현 High 대응 RF 상용기술 현재 Low 위주시제품출시 DAA 기술적용및 High 제품상용화필수 고속 ADC/DAC 베이스밴드샘플링주파수 528 대응 회로복잡도 FFT/IFFT 회로복잡도및저전력설계필요 병렬처리구조 현재반도체공정으로칩구현시동작클럭과회로복잡도를낮추고저전력구현 병렬처리알고리즘및구조설계필요 38/50

39 개발현황 - 국외개발현황 - 국내개발현황 39

40 국외개발현황 DS UWB 계열 Freescale 110M 급 RF+BB+MAC 칩셋개발 디지털미디어제품개발업체에칩셋제공제품개발중 미국 HDTV 에적용응용제품출시준비중 MBOA 계열 Alereon, Wisair, Staccato, 3 칩또는 2 칩솔루션 ( 일부 1 칩솔루션은 Single Package 로보여짐 ) 480M 개발업체의성능확인불가 ( 현재까지는 100M 급이하 Streaming 시연이주류임 ) MAC & PHY 성능개선에주력 RF 칩은 BiCMOS 에서 CMOS 공정으로변환개발중 Intel 중심으로 Wireless USB 시제품개발진행중 Bluetooth SIG 중심으로블루투스응용프로파일적용개발중 40/50

41 국내개발현황 ETRI 02년부터 MBOA & DS 방식개발착수 MBOA V0.7 칩셋개발 (SAIT 공동 ) 및 DS-UWB 칩셋개발 한국 UWB 포럼주관하며국내주파수효율적이용에관한연구 표준화활동및국제 Forum/Alliance에적극적활동중 삼성전자 삼성종합기술원에서 MBOA 상용칩셋개발중 DS 방식칩셋을디지털미디어제품에적용개발중 HDTV 등디지털가전기기에적용예정 표준화활동및 Alliance 활동에적극적 LG전자 두가지표준방식칩셋적용제품개발중 디지털가전기기에적용예정으로프로토콜및 MAC 등을개발중 표준화활동및 Alliance 활동에적극적 41/50

42 국내개발현황 KETI Pulse radio 에관한연구진행중 UWB 기술개발및응용프로토콜개발중 신화정보시스템 프로토콜및프로파일기술개발 04 년 Staccato 와기술제공라이센스체결 / 전략적제휴 오소트론 MBOA 방식모뎀기술개발 모뎀칩개발추진중 에이로직스 05 년모뎀칩개발삼성용역과제수행완료 MBOA 방식저전력상용모뎀칩개발진행중 42/50

43 시장전망 -UWB 응용분야 -UWB 적용제품 -UWB 시장예측 -UWB 칩셋시장전망 43

44 UWB 응용분야 홈네트워크 고화질, 고속의멀티미디어 AV 스트리밍 Wireless Connectivity 유선 1394/USB 를무선 1394/USB 로전환응용 Mobile Devices 저전력, 대용량의휴대폰멀티미디어응용 Bluetooth 의진화 저속의 Bluetooth 를고속의멀티미디어응용분야로의확대 유무선통합 FTTH, PLC 등의유선과유무선통합응용서비스창출 44/50

45 UWB 적용제품 Consumer Electronics, Mobile Devices, PCs Video Streaming MP3 File Transfers Print Files Disk Backup Camera Downloads Movie Transfers 45/50

46 UWB 적용제품 Streaming Use Cases Low Power Use Cases Images from camera to storage/network MP3 titles to music player Stream DV or MPEG Low Power & High Data Rate Use MPEG4 movie or GPS maps to player Mount portable HD Stream presentation from Smartphone/PDA to projector 46/50

47 UWB 시장예측 ,157,000 UWB Products 190,298,000 UWB Products Annual Growth Rate: % 0 50,000, ,000, ,000, ,000,000 47/50 UWB-Enabled Products (Wireless USB, Wireless 1394, High Data Rate Bluetooth) Expected to be Shipped* * Ref: 2006 CES, UWB Four Years Later, Edmond J. Thomas

48 UWB 칩셋시장전망 ( 단위 : 만개 / 억원 ) 2006년 2007년 2008년 2009년 2010년 합계 출하량 80 2,900 8,600 17,600 31,800 60,980 매출액 126 2,910 6,901 8,807 12,722 31,466 ( 단위 : 억원 / 만개 ) <Ultra Wideband Standards Technology OEM Strategy and Markets, ABLresearch,2005> 48/50

49 회사소개 에이로직스 홈페이지 : 97 년 9 월회사설립 04 년 6 월코스닥등록 개발실적 : W-CDMA 기지국용모뎀개발 WiBro 중계기용모뎀모듈개발 UWB 모뎀칩개발 통신연구실정성현상무 이메일 : shchung@alogics.com 전화 : 031) (ext. 400) 49/50

50 Q & A 감사합니다. 50

8-VSB (Vestigial Sideband Modulation)., (Carrier Phase Offset, CPO) (Timing Frequency Offset),. VSB, 8-PAM(pulse amplitude modulation,, ) DC 1.25V, [2

8-VSB (Vestigial Sideband Modulation)., (Carrier Phase Offset, CPO) (Timing Frequency Offset),. VSB, 8-PAM(pulse amplitude modulation,, ) DC 1.25V, [2 VSB a), a) An Alternative Carrier Phase Independent Symbol Timing Offset Estimation Methods for VSB Receivers Sung Soo Shin a) and Joon Tae Kim a) VSB. VSB.,,., VSB,. Abstract In this paper, we propose