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N-스크린이란 영화, 음악 등 하나의 멀티미디어 콘텐츠를 N개의 기기에서 연속적으로 즐길 수 있는 차세대 멀티미디어 서비스 기술로, 서비스 연속성 기술이 N-스크린 구현에 핵심적 역할을 합니다.

최근 스위스 제네바에서 개최된 ITU-T 제13 스터디그룹(SG13) 회의에서 ETRI(한국전자통신연구원)에서 제안한 '프로파일 기반 서비스 연속성(profile-based application adaptation service) 기술'이 국제표준으로 승인됐습니다.

'프로파일 기반 서비스 연속성 기술'은 서비스 이용자의 프로파일을 분석하여 서비스 단말기 유형과 공간 제약 없이 서비스를 연속적으로 지원하는 기술입니다.

즉 서비스 이용자는 하나의 콘텐츠를 TV,  PC, 태블릿PC, 스마트폰 등의 어느 단말기가 상관없이 연속적인 시청이 가능합니다.

또 회사나 집, 야외 등 장소에도 관계없이 어디서나 서비스 제공이 가능합니다.

이번 표준 규격서에는 이러한 연속적인 서비스 제공을 위한 ▲서비스 연속성 관리 ▲서비스 연속성 제어 ▲서비스 환경 적응 ▲프로파일 저장 및 제어 ▲서비스 연속성 인터페이스 등 5가지 주요 기능에 대한 정의와 이들 기능을 이용한 세부 서비스 절차가 규정됐습니다.

ETRI의 이번 국제표준 채택으로 전 세계가 치열한 개발 경쟁을 펼치고 있는 'N-스크린' 서비스 구현에서 우리나라가 주도권을 확보할 수 있는 있는 유리한 고지를 선점하게 됐습니다.

이번 국제표준안은 정영식 ETRI 책임연구원(에디터), 이우섭 한밭대 교수(에디터)와 정희창 한국정보화진흥원(NIA) 연구위원(라포처)의 주도로 지난 2009년 9월부터 표준 개발을 시작했습니다.

현재 정영식 책임연구원과 이우섭 교수는 ITU-T SG13에서 에디터로 활동하고 있으며, 정희창 연구위원은 의장을 맡고 있다. 

 용  어  설  명

ITU-T(International Telecommunication Union-Telecommunication standardization sector) :
국제전기통신연합 표준화 부문

SG13(Study Group 13: Future networks including mobile and NGN) :
ITU-T에서 미래네트워크 표준화를 담당하는 스터디 그룹

에디터(Editor) :
작업반 산하에서 권고안 문서 개발 책임자

라포처(Rapporteur, 작업반 의장) :
 ITU-T 국제표준화 그룹 산하 작업반을 책임지고 운영하는 세부기술별 책임자

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스마트폰이나 셋톱박스를 켜고 작동이 되기까지는 잠시 시간이 필요합니다.

기기를 구동시키는 전용 프로그램이 컴퓨터를 켤 때와 마찬가지로 부팅 과정을 거쳐야 하기 때문입니다.

이를 
임베디드 시스템(Embedded System)이라고 합니다.

임베디드 시스템은 컴퓨터 시스템 중 그 기기에 필요한 일부 기능만 수행되도록 설계된 시스템입니다.


즉 시스템을 동작시키는 소프트웨어를 하드웨어에 내장하여 특수한 기능만을 수행하는 방식입니다.

이는 스마트폰은 물론 자동차, 에어컨, 자동공정 설비, 셋톱 박스 등 다양한 전자제품에 적용되기 때문에 그 시장 규모도 상당합니다.

그런데 임베디드 시스템에서 부팅 시간은 제품 가치와 경쟁력에 큰 영향을 미칩니다.

부팅시간은 사용자가 제품을 사용하기 위해 필요로 하는 대기 시간으로, 부팅 시간이 길면 만족도가 떨어지고, 제품 작동 오류 시 오류를 복구하는데 오랜 시간을 소요하게 합니다.

이에 따라 임베디드 시스템 관련 많은 기업이나 연구기관은 부팅 성능을 향상시키는 것에 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.

또 빠른 부팅 기술을 개발했다 하더라도 기술 비공개와 높은 로열티 정책으로 다른 기관에게는 그림의 떡이 되기 일쑤였습니다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 이 같은 문제점을 극복하기 위해 지난 2008년 개발 착수 시점부터 SW 소스 공개 및 저렴한 비용의 기술 지원을 목표로 기술 개발에 나섰습니다.

그리고 최근 ETR는가 기존 부팅 속도보다 약 3배나 빠른 '임베디드 리눅스 탑재 플랫폼 기반 빠른 부팅 기술' 개발에 성공했습니다.

이번 개발에서 ETRI는 국내 산업체에 적용하고 있는 대표적 두 가지 방식의 부팅 기술을 동시에 완성시켰는데요.

◆스크립트(Script)

첫 번째 방식은 '스크립트(Script) 기반 빠른 부팅 기술'입니다.

이는 기존 임베디드 리눅스 기반 플랫폼의 부팅 체제를 유지하면서도 스크립트 대체기술과 파일 시스템 최적화 과정을 통해 부팅 성능을 기존 기술 대비 약 3배 가량 개선했습니다.

이  기술은 현재 약 20여 국내 중소기업들을 대상으로 기술이전을 완료했으며, 일부 기업의 경우 상용제품을 시장에 선보일 만큼 완성도를 높였습니다.

대표적으로는 ▲ 지피에이치의 'CAANOO 소형 모바일 게임기' ▲ 머큐리움의 '휴대용 결재 단말' ▲ 인포이큐의 '방송 솔루션 단말' 등이 있습니다.

◆스냅샷(Snapshot)

또 다른 방식은 '스냅샷(Snapshot) 기반 빠른 부팅 기술'입니다.

플랫폼의 종료 바로 전 상태를 사진을 찍듯 스냅샷의 형태로 저장하여 두었다가 전원을 켤 때 기존의 부팅 체제 대신 저장된 스냅샷을 이용하여 이전의 상태로 복원하는 방식입니다.

이는 2009년도부터 개발을 시작했는데 적용 과정에서 하드웨어 의존도가 높아 스크립트 기반 기술에 비해 진입 장벽이 높았습니다.

하지만 기존 대비 약 3배 향상된 부팅 성능을 확보함으로써 고성능, 고기능의 플랫폼에 적용된 사례가 증가하고 있습니다.

특히 기술이전업체인 에프에이리눅스는 ETRI와의 추가 공동 개발을 통해 1초 이내의 획기적 부팅 성능을 지닌 상용제품인 '제로부트'를 개발 완료했습니다.


<스냅샷 기반 빠른 부팅 기술이 적용된 '제로부트'시연 모습>
  - 좌측은 ETRI와 에프에이리눅스가 공동 개발한 빠른 부팅 기술이 적용된 제품(부팅시간 : 3.82초),
  - 우측은 기존 부팅 기술이 적용된 제품(부팅시간 : 22.89초)

ETRI는 이번 기술이 국내·외 기업들의 임베디드 리눅스 기반 플랫폼 부팅 체제로 자리 잡을 수 있도록 국내·외 표준 획득 작업에 집중하고, 스마트폰에 탑재된 안드로이드 플랫폼에도 빠른 부팅 기술을 적용하여 제품의 부가가치를 높이는데 주력할 방침입니다.

한편 이번 기술개발은 지식경제부에서 발주한 '정보·산업 기기용 임베디드 SW 공통 플랫폼 개발 과제'의 수행 성과로, 지식경제부는 대기업에 비해 고난이 기술의 R&D 투자여력이 상대적으로 취약한 중소기업에 대한 국가 차원의 플랫폼 기술(NPT) 확보 차원에서 이번 사업을 추진했습니다.
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ETRI(한국전자통신연구원) 소속 김형준 박사가 세계 3대 인명사전에 동시에 이름을 올렸습니다.

세계 3대 인명사전은 미국의 마르퀴즈 후즈 후(MWW, Marquis Who's Who)와 미국인명정보기관(ABI, American Biographical Institute), 그리고 영국 케임브리지 국제인명센터(IBC, International Biographical Centre)에서 발행하는 인명사전입니다.

김 박사는 그동안 국제전기통신연합(ITU-T)의 IoT 협력 조정 그룹 국제 의장과 ITU-T Q7/13 국제 의장, ITU-T Q25/16 국제 의장 등을 수행하면서약 500여 건의 표준안 및 표준기고서를 제출하는 등 IT분야 국제표준 전문가로 활동한 공로를 인정받았습니다.

또 김 박사의 최근 6년간 과학기술논문인용색인(SCI) 저널 게재 논문을 포함한 국제 논문 90여 편과 110여 건의 국내·국제 특허 출원, 20건의 산업체 기술이전 등의 실적을 쌓았습니다.

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기존 고출력 증폭기 MMIC는 고전압 환경에서 전력 전달 효율이 낮아 에너지 낭비가 크다는 단점이 있습니다.

이에 전력 전달 효율성이 높은 질화갈륨 등 신소자를 이용한 연구가 주목을 받고 있습니다.

질화갈륨 전력증폭기 기술은 무선통신, 위성통신 및 첨단 레이더 등에 활용되는 차세대  핵심부품 기술로 기존 진행파관(Traveling Wave Tube) 방식의 전력증폭기 기술 대비 저비용, 고신뢰성, 긴 수명, 소형, 경량화의 장점을 가지고 있습니다.
 
특히 갈륨비소(GaAs) 기반 전력증폭기에 비해 높은 전력효율을 가지고 있는 혁신 기술로써 현재 전 세계적으로 극소수의 업체만이 개발에 성공한 첨단 기술입니다.

기존 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs) 계열의 반도체는 고출력을 위하여 하이브리드(Hybrid) 형태로 여러 개를 묶어 고출력을 얻었습니다.

그러나 질화물(GaN) 전력증폭기 기술은 하나의 칩으로 고출력을 얻을 수 있어 저가격, 소형화가 가능하고, 실리콘 및 갈륨비소 대비 효율이 10%이상 높일수 있습니다.

K대역 GaN 고출력 MMIC칩(2mm×2mm)

X대역 GaN 고출력 MMIC칩(2mm×2mm)


무선통신기기나 레이더의 핵심부품인 전력증폭기를 설계하는 ETRI의 기술이 관련 세계 최고 기업인 영국 ACEAXIS사로부터 러브콜을 받았습니다.

ACEAXIS사는 이동통신용 원격무선장비인 RRH(Remote Radio Head)를 개발한 것을 비롯해 최근에는 세계적 통신장비 회사인 Notel의 무선통신 기술연구소와 합병하고 4세대 이동통신 시장을 겨냥한 해외 글로벌 메이져 통신업체 노키아지멘스, 에릭슨 등에 제품을 공급하고 있습니다.
 
이번에 ETRI가 수주받은 과제는 'S대역(2~4GHz) 50W GaN 위상배열 안테나 시스템용 전력증폭기 설계'기술 입니다.

이는 이동통신기기나  레이더 시스템의 출력을 담당하는 반도체 칩을 질화물(GaN) 웨이퍼 위에 설계하는 것이 핵심입니다.

이 기술은 고도의 기술력을 필요로 하기 때문에 소수의 선진국에서만 보유하고 있습니다.

ETRI는 이미 우수한 성능을 가진 X대역(8~12GHz) 및 K대역(18~26GHz) 질화물(GaN) 전력증폭기를 순수 국내 기술로 개발한 바가 있습니다. 

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최근 애플, 인텔, 도요타, 삼성, LG 등 세계적인 기업들이 무선전력전송 기술을 이용해 컴퓨터 주변기기를 포함한 휴대기기나 전기자동차 충전기술을 경쟁적으로 개발하고 있습니다.

그러나 현재까지는 자기 공진기가 크고 효율이 낮고, 전자파인체영향 관련 전파환경 극복기술이 개발되지 않아 아직 상용화까지는 진행되지 못하고 있습니다.

이런 가운데 ETRI(한국전자통신연구원)가 ㈜엘트로닉스와 공동으로 40Watt급 무선전력전송 시스템의 핵심기술을 개발해 PC와 LED 전광판을 완전 무선화할 수 있는 길을 열었습니다.

무선으로 작동이 가능한 40Watt급 무선 LCD 컴퓨터


자기공명 방식을 이용해 세계에서 가장 작고 효율이 높은 자기 공진기 기술과 고효율 송수신 회로기술을 개발, 데스크탑 컴퓨터와 디스플레이 간의 전력 및 데이터를 모두 무선화 하는데 성공했는데요.

또 LED 전광판도 전선을 없애고 무선으로 전력을 공급할 수 있습니다.
   
 이번에 개발된 기술은 1.8MHz대역을 사용해 자기 공진기를 기존 제품보다 10배 이상 축소하고, 또 고효율을 갖는 송수신 회로를 개발한 것으로, 최근까지 성공적으로 시제품 시연도 마쳤습니다.

이 대역은 현재 개발되고 있는 6.78MHz, 13.56MHz(ISM 대역) 보다 인체에 피해가 없는 주파수 대역이라는 점에서 실용화 가능성이 높은 것으로 평가받고 있습니다.

또 자기 공진기가 1/10 크기로 소형화돼 활용분야가 매우 넓어지게 되고, 주파수 탐색기능과 기기보호 기능을 갖는 송수신기라는 장점이 있어 여러모로 유용하게 사용할 수 있는 것으로 예상되고 있습니다.

ETRI 윤재훈 박사는 이번에 개발된 기술이 휴대용 미니슈퍼컴퓨터와 개인용 도우미로봇, 친환경 전파자동차 등 전파를 활용한 미래 신시장을 형성할 것으로 예측했습니다.
 
실제  IMS(Intex Management Service Ltd.) 보고서에 따르면, 향후 무선전력전송 기술을 이용한 무선 충전기 시장은 2014년까지 약 4조 9000억 원, 2019년에는 16조 5000억 원까지 확대될 것으로 예상하고 있습니다.

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ETRI가 IT분야 세계 최고 수준의 기술을 창출하고 대한민국 최초 노벨상 수상에 도전하기 위한 창의연구사업에 착수했습니다.

이번에 추진되는 창의연구사업은 신아이디어 창출과 기초 원천기술에 대한 중장기 연구를 통해 세계 수준이 기술을 확보하기 위한 ‘창의연구실’ 사업과, 신규 연구영역 개척 또는 기존 기술의 한계를 돌파하는 실험 연구인 ‘소규모창의연구그룹’ 사업으로 구분됩니다.

창의연구실은 ETRI 전 직원을 대상으로 하는 내부 공모를 통해 △그래핀소자창의연구실(연구책임자 최성율), △THz(테라헤르츠)포토닉스창의연구실(연구책임자 박경현), △MIT(금속-절연체 전이)창의연구실(연구책임자 김현탁) 등 세 팀이 선정됐습니다.

이들에게는 총 3년간 매년 각각 19억 원이 지원됩니다.

지원금은 기술료와 기타수입 등 ETRI가 내부적으로 적립한 기초기반연구준비금을 통해 마련됐습니다.

ETRI는 창의연구실을 철저하게 성과 중심으로 운영, 매년 중간평가를 실시해 목표 대비 성과가 저조한 사업은 조기 탈락시킬 방침입니다.

다만 연구수행 과정 중에서 발생한 선의의 실패에 대하여는 과감히 용인해 보다 큰 성공을 위한 단초로 삼을 것이라고 하는데요. 

대신 연구책임자에게는 현재 직위에 관계없이 부장급 대우를 부여하고, 인력 선발과 배치 등 조직운영의 자율성과 독립성을 보장합니다.

또 소규모창의연구그룹 사업은 직원 개개인의 창의적 아이디어를 육성·장려해 신사업 기획의 기반으로 활용하기 위해 마련됐습니다.

선정된 연구는 △저복잡도 고효율 영상압축기술 개발(연구책임자 김원종) △전기광학소재를 이용한 홀로그램 표시소자 개발에 대한 선행연구(연구책임자 채병규) 등 2개 사업으로, 이들에게는 6개월 동안 각각 3000만 원의 연구비가 지원됩니다.

김흥남 ETRI 원장은 “창의연구사업은 연구원 직원들이 다년간 축적한 연구역량을 바탕으로 도전적이고 모험적이며 창의적 아이디어를 유감없이 발휘할 수 있는 조직문화 정착의 첫걸음”이라며 “이를 통해 우리나라에서도 노벨상 수상자가 배출되길 기대한다”고 밝혔습니다.
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최근 세계적으로 각종 전자기기에 전선이 없어도 편리하게 전원을 공급하거나 충전할 수 있는 '무선전력전송(Wireless Power Transfer)'에 대해 활발한 연구가 진행되고 있습니다.

ETRI는 스마트폰을 포함한 소형 멀티미디어 기기에 전선 없어도 전원을 공급하고 충전할 수 있는 '자기공명형(magnetic resonant) 무선전력전송 시스템 기술'을 개발했습니다.

이번에 개발한 기술은 무선 전력전송 기술의 핵심으로, 기존 유도방식이 아닌 자기공명을 통해 전력을 전송하는 공명부와 송수신용 회로부로 구성됩니다.

이 기술은 MP3P, PDA, 핸드폰, 내비게이션, PMP 등 휴대기기 별로 필요한 충전기 뿐 아니라 책상 위의 컴퓨터, 가정용 사무용 가전기기에 무선으로 전력을 공급할 수 있습니다.

또 다수의 기기를 전원에 직접 연결하지 않고도 동시에 충전하는 기술 적용도 가능합니다.

ETRI 강승열 팀장은 이번에 개발된 자기공명 방식의 무선전력 기술이 2013년경엔 본격적인 상용화가 될 것으로전망하고 있습니다.

세계 무선 전력전송 시장규모는 2015년에 6억달러에 이를 것으로 전망되며, ETRI는 이 기술과 관련하여 국내 및 국제 특허를 출원 중입니다.

 ETRI는 현재 개발된 무선전력전송 시스템 기술의 적용분야를 넓히기 위해 송수신부를 소형화하고, 전송효율을 높이기 위한 응용과 전자파환경 대책기술 연구를 진행 중입니다.



교류(220V, 60Hz)를 송신코일에 공급하면 이를 주파수 10MHz 로 변환하여 수신코일에 전송함. 송수신용 코일은 서로 자기공명을 하도록 설계되어 있으므로 송신코일에서 나온 전력은 수신코일로만 전력이 전송됨. 수신코일에서 받은 전력은 기기에서 직류로 변환하여 사용하게 됨.(수신코일은 각 기기에 내장)


 용  어  설  명

자기공명형 무선전력전송 :
비접촉식 (자기유도)방식보다 진화된 방식으로 자기장의 공진 주파수를 이용하는 방식

무선전력전송(Wireless Power Transfer) :
자기공명을 이용한 전력전송 방식은 MIT 물리학과의 솔야치치 교수 그룹에서 사이언스지(vol. 317, p. 83, 2007) 에 발표한 후 최근에 많은 관심을 끌고 있는 분야

자기유도방식 :
대표적인 상용화 사례는 전동칫솔이며, 전송거리가 짧다는 단점이 있음

공명부/회로부 :
자기공진이 일어나는 핵심부로 송신부 코일과 수신부 코일로 형성되어 있음. 자기공명 방식은 10MHz 주파수를 사용하므로 가정용 60Hz 를 10MHz 주파수를 바꾸어 주는 송신부, 수신된 10 MHz 신호를 IT기기에 사용하도록 DC로 정류해 주는 수신부가 필요함

 

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우리나라는 1996년에 세계 최초로 CDMA 상용화에 성공했고, 2005년에는 세계 최초 휴대 인터넷 '와이브로 시스템'을 개발했습니다.

또 2007년에는 3.9세대 이동통신 'LTE 시스템'의 핵심기술을 개발하며 세계 이동통신 시스템을 주도했습니다.

2011년 1월 25일  ETRI는 세계 최고 수준의 '4세대 이동통신 시스템 LTE-Advanced' 시제품 개발을 완료하고, 시범 서비스 시연에도 성공했습니다.

이번 시연은 세계 최초의 LTE-Advanced 통합 시스템 시연이라는 점에서 의미가 큽니다.

현재의 3세대 이동통신 기술로는 스마트폰이나 태블릿PC 등의 모바일 단말기의 데이터 통화량 수요를 충족시키는 것이 포화 상태에 있습니다.

때문에 미국, 유럽, 일본 등 이동통신 선진국에서는 이를 해결하기 위한 4세대 이동통신시스템 개발에 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.

이런 측면에서 이번 LTE-Advanced 통합 시스템 개발은 우리나라가 이동통신 강국임을 재확인시켜주는 계기가 됐습니다.

LTE-Advanced는 3세대 이동통신 방식인 WCDMA가 진화된 기술로서, 3.9세대 이동통신이라 불리우는 LTE에서 데이터 전송률, 다중안테나 기술 등을 획기적으로 향상시킨 기술입니다.

특히 이번 기술은 기존 이동통신시스템 방식 중 셀룰러를 기반으로 구현한 것으로 단말, 기지국, 코어망, 응용서버로 구성된 통합 시스템입니다.

LTE-Advanced 구성도

 

구분

내 용

단말기

무선 접속 및 사용자 정합 기능. 사용자 어플리케이션 및 무선 프로토콜 개체로 구성

기지국

단말에 대한 무선 접속 제어, 무선 자원 관리, 이동성 제공 기능

코어망

패킷 데이터 처리, 이동성 제공, 외부망 연동 및 QoS 제어

응용서버

콘텐츠 및 서비스(FTP, VOD, 방송 등) 제공


ETRI가 개발한 시제품을 통해 내려받는 데이터 전송속도를 측정한 결과 600Mbps(서비스 유효속도 440Mbps)를 기록, 현재 서비스 중인 3세대 이동통신 기술 HSDPA 대비 최대 40배 이상 빠른 것으로 나타났습니다.

이는 올해 하반기부터 상용화가 될 LTE보다도 최대 6배 이상 빠른 성능입니다.

만약 700MB 용량의 CD 1장 데이터를 내려받는데 HSDPA가 약 6분 30초가 소요된다면, LTE-Advanced는 단 9.3초 만에 가능함을 의미합니다.

또 실외 이동 중 측정한 하향 전송속도의 경우 120Mbps로, 고속 이동 중에도 끊김없는 초고속 멀티미디어 서비스가 가능해졌습니다.

ETRI는 시연에 사용된 시제품을 개발함에 있어 표준화 규격인 LTE-Advanced/SAE-Advanced에서 정한 모뎀 규격부터 상위 응용 서비스 규격까지 모두 충족했습니다.

특히 이날 시제품의 상태로 시연한 상황을 감안하면 향후 상용제품이 출시될 경우 국제 표준규격을 충분히 만족시킬 수 있다는게 ETRI의 설명입니다.

개발된 LTE-Advanced 기술은 기존 2G와 3G와도 연동이 가능해 활용이 넓습니다.

기존의 2세대 셀룰러 망과의 연동은 물론, 현재 이동통신 서비스의 주를 이루고 있는 GSM이나 WCDMA, HSDPA 망과의 연동을 지원하는 글로벌 로밍도 가능한 시스템입니다.

이번 개발로 이통통신 서비스 사용자들은 실내·외, 언제 어디서나 끊김없는 초고속 인터넷 서비스와 Full-HD/UHD급 동영상 및 방송 서비스, 파일 다운로드 및 업로드 등의 패킷 서비스, 3D 입체영상서비스, 고품질의 IP기반 영상 전화 서비스, 모바일 방송 서비스, 개인방송 서비스 등을 자유로이 사용할 수 있게 될 전망입니다.

ETRI 기술경제연구부 분석에 따르면 LTE-Advanced 시스템의 성공적 개발로 2015년부터 2021년까지 국내 업체들은 단말 분야에서 세계 시장 40% 점유 예상으로 346조 원, 기지국 및 네트워크 장비 분야에서는 15%의 세계 시장 점유로 16.7조 원 등 총 363조 원의 매출을 달성할 것으로 전망됩니다.

또 ETRI는 원천기술 확보로 4000억 원 이상의 기술료 수입을 확보할 것으로 기대하고 있ㅅㅂ니다.

현재 이 기술은 국내 기업에 기술이전돼 상용화 추진 중에 있으며, 오는 2014년 쯤 상용화가 될 전망이다.

이번 개발은 지식경제부 지원으로 지난 2006년부터 지난 해까지 총 5년 간에 걸쳐 수행됐으며, 공동연구기업으로는 가인정보기술, 네스랩, 넷커스터마이즈, 모비안, 스핀텔레콤, 시스레인, 시스메이트, 이노와이어리스, KT, 피플웍스가 참여했습니다.
 
ETRI는 그간 연구사업 수행을 통해 500여 건의 국제 및 국내 특허를 출원하고, 3GPP에 기고서 400여 건 제출, 그 중 200여 건이 반영됐습니다.

또 핵심 표준특허 24건을 확보하여 LTE-Advanced 표준에 반영하는 성과를 이뤄냈습니다.

김대식 ETRI 인터넷연구부문 소장은 "4세대 이동통신의 주요 핵심 기술인 LTE-Adavced 시제품을 조기에 개발 성공함으로써, 4세대 및 올해부터 본격화될 Beyond 4G(B4G) 기술 개발에서 유리한 고지를 선점하게 될 것"이라고 전망했습니다.

김흥남 ETRI 원장은 "이번 기술 개발은 B4G 이동통신의 진입 시점에서 이룬 글로벌 로밍 시스템으로서 의미가 더욱 크다"면서 "향후 산업간 융합을 위한 기반기술은 물론 융합서비스를 위한 스마트 네트워크 기술의 초석이 될 것으로 기대한다"고 말했습니다.  


<이동통신시스템 성능 비교> 

구분

1세대

2세대

3세대

3.5세대

3.9세대

4세대

표준기술

AMPS

IS-95, GSM

WCDMA, CDMA2000,

WiBro

HSDPA

LTE

LTE- Advanced

전송방식

아날로그 통신

(FM/FSK)

CDMA

TDMA

CDMA/FDD

WCDMA/FDD

하향링크 : OFDMA/FDD

상향링크 : DFTS-OFDM

하향링크 : OFDMA/FDD

상향링크 : Clustered DFTS-OFDM*

최대

전송률

로드

음성전용

14.4 Kbps

1.8 Mbps

1.4 Mbps

50 Mbps

300Mbps

다운

로드

음성전용

57.6 Kbps

3.1 Mbps

14.4 Mbps

100 Mbps

600Mbps

CD 1장(700M) 다운로드 시간

불가능

24시간

30분

6분 30초

56초

9.3초

주요서비스

음성

음성, 문자

음성, 문자, 인터넷

음성, 문자, 고속인터넷

음성, 문자, 초고속인터넷, 대용량

멀티미디어

(HD급,

Full HD급)

음성, 문자, 초고속인터넷, 대용량

멀티미디어

(Ultra Full HD급,

3D 컨텐츠)

이동성

근거자료 없음

근거자료 없음

250 Km/h

250 Km/h

350 Km/h 이상

350 Km/h 이상

상용화

시기

1978년

1992년

2000년

2006년 5월

2009년 12월

2014년

 

LTE-Advanced 실내 시연

량 이동 중에 대용량의 3D 컨텐츠를 실시간으로 시청하고 있는 모습



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지금까지 외국 기술을 도입했던 실외환경 사물의 위치추적 기술에 대해 ETRI가 '능동형 RFID 기반 위치추적 기술(RTLS: Real Time Location System)'을 국내 기술로 개발했습니다.

이번에 개발한 기술적 특징은 전송 프레임 구조를 최적화해 600m 이상의 인식거리 확장과 오차범위 2m 이내의 정확도를 가지며,  태그의 전력 소비가 기존 기술보다 60% 수준으로 줄였고, 센서와 GPS 연동 기능을 지원해 기술의 응용서비스 범위를 확장시켰습니다.
 

< RTLS 시스템 구성도 >

RTLS 시스템은 필수적으로 태그, 리더, 기준태그, 위치프로세서, 서버로 구성되며 선택적으로 엑사이터, 프로그래머 등으로 구성된다.

RTLS 기술 형태별 분류


경제적인 측면에서는 태그 칩 소비전력을 낮춤으로써 수명을 연장시켰고,  최초로 리더 모뎀칩 개발을 통해 시스템 저가화를 실현하였다.

 이번에 개발한 기술에는 센서 및 GPS와 융합한 기술을 포함하고 있어, 특정한 지역에서 이동하는 차량이나 물체의 위치정보, 상태정보를 제공할 수 있기 때문에 다양한 산업체 현장에서 사물의 위치추적이 가능합니다.

이는 위험지역이나 구제역 발생 방제지역의 차량위치 파악이나 추적 등에도 활용이 가능합니다.

또 독거노인이나 어린이 등 특별한 보호가 필요한 사람에 대한 실시간 위치추적이 가능, 미아 방지와 사회 안전망 강화에도 큰 효과가 기대됩니다.

<위치 프로세서 및 서버>

위치 프로세서에는 리더들과 인터페이스 되는 데이터 제어 블록과 각종 엔진 및 위치 보정 및 필터링 기능을 포함하고 있으며 위치 서버는 위치 프로세서와 인터페이스 되며 제어 감시 등의 명령을 총괄하는 기능을 담당하고 있다.


ETRI는 이번에 개발된 기술을 RFID 국제표준기구인 ISO/IEC SC31에 국제표준 기술로 제안, 국제표준절차가 진행 중이며, 2012년 말에 국제표준으로 공표될 예정입니다.

ETRI는 신규 국제 표준화 추진을 주도하는 과정에서 위치추적의 성능 개선과 함께 서비스 응용범위를 확장하기 위하여 센서와 GPS 연동이 가능한 기술을 개발해 표준안에 반영시켰습니다.

신규 표준을 반영한 태그칩과 리더모뎀칩을 개발 적용해 성능시험을 완료함으로써, 측위기술에 대한 원천기술도 확보했습니다.

ETRI RFID기반기술연구팀 이형섭 팀장은 해외 경쟁기관으로부터 기술의 다음 단계인 실내외 공간 연속 위치추적 기술 개발의 전략적 협력을 요청받은 상태라고 밝혔습니다.

한편 이번 기술은 ETRI가 지식경제부의 사업 지원을 받아 추진됐고, 빅텍, 셀리지온, 코리아컴퓨터, 텔에이스 등이 공동 참여했습니다. 

<RTLS GUI>

RTLS 시스템의 설치 위치 등의 그래픽 정보를 저장하고 있으며 사용자가 편리하게 제어 및 감시할 수 있도록 그래픽 환경을 제공한다.

                              실시간 위치추적(RTLS : Real Time Location System) 

RTLS(Real Time Location System)는 실시간 위치추적 시스템으로 능동형(Active) 태그를 사용하는 능동형 RFID 기반의 위치추적 기술이며, 많은 산업 분야에 사용되는 추세다.
일반적인 예로 정확한 위치추적 및 이동경로가 필요한 고가 자산이나 사람의 위치확인 및 이동경로 추적 정보, 그리고 중요지역의 출입자 관리 등에 활용될 수 있으며 차량의 위치, 자재의 위치 등 실내, 실외의 다양한 분야에서 사용되고 있다.

RTLS 기본적인 구성은 위치추적용 태그, 태그의 정보를 읽는 리더, 기준 동기를 위한 기준 동기 태그, 각 리더로부터의 시각 정보를 받아서 위치 정보를 계산하는 위치 프로세서, 위치 프로세서를 관리하는 위치 서버로 구성된다.
RTLS 시스템은 리더 인프라를 기반으로 구성이 되기 때문에 모든 영역을 정밀한 Tracking Zone으로 구성하기에는 많은 예산이 필요하다. 따라서 각 시스템마다 구축의 형태에 따라 리더의 배치에 따른 위치 정밀도가 달라진다.

현재 RTLS의 기술 형태 측면에서 다양한 기술을 기반으로 위치추적서비스 구현이 가능하며, 사물의 위치추적에는 적용되는 시스템은 크게 2.4GHz의 ISO24730, Wi-Fi 와 UWB 등이 있다. 하지만 각 기반 기술 마다 특징과 장점이 있으며, 이를 충분히 검토하지 않는 다면 실제 구축현장에서 많은 어려움을 겪을 수 있다.
실외 특정한 지역에서의 위치 추적을 위해서는 가장 적합한 기술은 ISO 24730 표준 기술이다.

이번에 ETRI가 개발한 실시간 위치추적 시스템은 이러한 실외 환경에 적합한 ISO 24730-2의 기술을 한층 업그레이드한 기술이다.

기존에 WhereNet에 의해 주도되어 국제표준으로 제정된 ISO/IEC 24730-2는 DBPSK Data Encoding과 PN 확산코드를 사용한 2.4 GHz 대역의 직접 시퀀스 확산 스팩트럼(DSSS:Direct Sequence Spread Spectrum)방식 및 최대 인식거리 300m, 측위 오차 3m이내를 주된 특징으로 하고 있다.

그러나 프리엠블 구조, 전송용 프레임 구조, PN 코드 생성 및 주기, 태그 전력 소비와  태그간 충돌 문제 등의 개선될 필요가 있어서 OQPSK Data Encoding과 Walsh 코드와 PN 코드의 확산코드를 사용한 2.4GHz 대역의 직접 시퀀스 확산 스팩트럼방식의 개선된 RTLS 기술을 ETRI가 주도적으로 개발 및 국제표준화를 추진하였다.

RTLS의 개선된 기술적인 특징으로는 프리앰블 구조 개선, CRC 비트 축소, 전송 프레임 구조 변경, Sub Blink ID 추가 등의 전송 프레임구조를 최적화하여 600m 이상의 인식거리와 2m이내의 오차로 인식거리 및 정확도를 개선하였으며, 기존 태그의 전력대비 60%의 전력 소비 및 센서와 GPS 연동 기능을 지원하여 기술의 응용 서비스 범위를 확장시켰다.

또한 경제적인 특징으로는 시스템 비용 절감을 위해 ISO 24730-2-1와 24730-2-2를 지원하는 태그 칩 및 동시 지원하는 리더 모뎀칩을 개발하였다. 태그 칩은 소비 전력 낮춤으로서 수명을 연장하였으며 최초로 리더 모뎀칩 개발을 통해 시스템 저가화를 실현하였다.

개발된 기술로써 시스템 구성을 위한 HW는 태그/기준태그 및 리더와 SW 구성으로는 위치 프로세서 및 위치 서버, GUI이며, 칩으로는 일반 태그칩, GPS 태그칩, 리더 모뎀칩 등을 개발하였다. 

GPS 태그칩 : GPS 수신 모뎀의 기능을 포함하고 있는 태그 칩

리더 모뎀칩 : 리더 모뎀의 기능을 집접화하여 구현한 칩

태그칩 : 태그의 기능을 집접화하여 칩으로 구현함.



이번 기술 개발의 기대 효과로 독보적인 경제 산업적 측면에서는 특정 공간에서 정밀한 위치정보 및 상태를 제공할 수 있으므로 이를 적용한 생산성을 높이고 새로운 서비스 산업을 형성할 수 있다.

물류의 경우 운송 중 문제가 발생하게 되면 문제발생의 위치를 파악할 수 있어 물품배송 중 발생한 분쟁해결이 가능하고, 배송상황을 실시간으로 고객에게 정보 제공이 가능하기 때문에 서비스 품질을 높일 수 있을 것으로 전망한다.

또한 제조업을 비롯한 산업현장과 놀이공원, 자동차/항만/공항 야적장 등에서의 사람 및 사물들에 대한 실시간 위치추적 및 보안이 요구되는 제반 산업분야에 활용 가능하므로 새로운 사업화가 가능할 것으로 예측된다.



  용  어  설  명

GUI(Graphical User Interface)
: 사용자가 컴퓨터와 정보를 교환할 때, 그래픽을 통해 작업할 수 있는 환경을 말한다. 여기서는 위치 추적 상태를 사용자가 그래픽 환경에서 제어 및 감시하는 프로그램을 말한다.

태그
: RTLS 시스템에서 사물과 사람에게 부착되어 일정한 주기 간격으로 정보신호를 전송하는 장치

기준태그
: RTLS 시스템에서 리더의 시각 동기를 위해 일정 시간 간격으로 기준 신호를 전송하는 장치

리더
: 태그의 정보신호를 수신하여 정보를 복조한 후 위치 프로세서로 도착 시각 정보 및 태그의정보를 전송하는 장치

PN( Pseudo-random Noise)코드
: 잡음처럼 보이지만 교묘히 의도된 신호

DSSS 시스템
: PN코드라는 Othorgonal 한 code를 data에 곱하여 spreading 시킨 후 전송하게 되는데, Spreading 시키게 된 dsss의 경우 노이즈의 영향을 덜 받게 되는 장점을 지니고 있음.

Walsh 코드
: CDMA 방식에서 대역확산과 다중접속 방식을 위해 사용된 확산코드로 Walsh 함수는 서로 다른 코드를 곱하면(Exclusive OR), 0 (또는 -1) 과 1 이 섞여서 나오고 이를 모두 평균하면 0 이 되도록 되어 있고, 같은 코드를 곱하면 모두 1 이 나와서 확산 신호에 숨어있는 데이터를 복구할 수 있게 된다.

OQPSK(Offset QSPK)
: QPSK방식에 Quadrature channel에 일정한 오프셋지연을 두어 PHASE의 급격한 변화에 의해 발생하는 고주파 성분을 억제하고 신호의 0교차되는 부분을 줄이기 위해서 사용


WhereNet
: 다양한 RTLS 솔루션을 제공하는 전문업체로서 지난해 2007년 지브라 테크롤로지스에 인수 합병됨

DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying)
: 차동 이진 위상 변조 방

UWB(Ultra WideBand)
: 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 대용량의 정보를 5~10GHz 대역을 사용하면서 10m∼1㎞의 전송하는 기술




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이지스함이나 F-22 등 최신예 전투기의 핵심인 무단절 다수 목표 추적능력은 능동위상배열 레이더가 있기에 가능합니다.

기존의 회전식 레이더는 탐지면이 목표물과 접촉하지 않는 동안 목표의 고도, 속도, 위치 정보가 단절될 수 밖에 없습니다.   

그러나 능동위상배열 레이더는 송신과 수신을 수행하는 단위 소자가 360도 전방향을 주시하도록 배치해 표적 정보의 단절 없이 실시간으로 처리할 수 있기 때문에 다수 목표에 대한 정확한 추적이 가능합니다.





우리나라는 고성능 능동위상배열 레이더나 고해상도 영상 레이더를 전량 수입에 의존하고 있습니다.

이와 관련해 자주국방에 필요한 전략 원천핵심기술이 부재하기 때문입니다.

이로 인해 수입 가격의 불필요한 상승과 서로 다른 레이더시스템이 요구 사항에 유연하게 대응하지 못하는 단점이 발생하고 있습니다.

그러나 ETRI가 능동위상배열레이더 관련 원천기술 확보라는 쾌거를 이루면서 이 같은 문제가 해소할 전망입니다.

ETRI는 X-대역 능동위상배열 레이더와 고해상도 영상 레이더의 핵심 부품인 'MMIC(송수신 다기능 칩 및 고출력 증폭기)와 T/R 모듈'을 개발하는데 성공했습니다.

이번에 개발된 송수신 다기능 칩 MMIC는 레이더에서 방출되는 송신 전파와 수신 전파의 진폭, 위상, 경로를 하나의 칩으로 제어할 수 있는 마이크로파 집적 회로입니다.

이 기술은 미국과 프랑스 등 전 세계에서 2개 국가만 보유하고 있었습니다.

기존에는 진폭, 위상, 경로를 제어하는 칩이 별개로 제작되어 레이더 시스템이 커지고 무거워지는 단점이 있었습니다.

이번에 개발된 고출력 증폭기 MMIC는 레이더에서 방출되는 송신 전파의 세기를 키워 레이더의 탐지 거리를 넓히는 역할을 합니다.

하나의 칩에 부가 정합 회로가 내장되어 있기 때문에 보다 작고 가벼운 레이더를 만들 수 있습니다.

T/R 모듈은 이번에 개발된 송수신 다기능 칩 MMIC와 고출력 증폭기 MMIC를 사용해 레이더에서 방출되는 송신 전파와 수신 전파의 강도, 위상, 경로를 제어하는 모듈로, 고성능 레이더의 성능을 좌우하는 핵심 부품입니다.

ETRI는 이번 개발을 통해 고성능 레이더에 사용되는 국가 전략 원천 핵심 기술을 확보하는 기반을 마련했습니다.

이는 선진국으로부터 기술 이전이 불가능한 능동위상배열 레이더와 고해상도 영상 레이더의 국산화를 가능케 해 자주국방의 실현을 한층 더 앞당길 것입니다.

안도섭 ETRI 위성무선융합 연구부장은 이 기술로 고성능 레이더의 국산화가 가능할 뿐만 아니라 향후 이동통신 대역을 포함한 다양한 주파수 대역의 MMIC와 응용 기술을 개발할 수 있다고 밝혔습니다.

송수신 다기능 칩 MMIC와 고출력 증폭기 MMIC, T/R 모듈 기술은 ETRI가 천리안 위성 개발과정을 통해 확보한 인공 위성 품질 보증 절차를 통해 개발하고 검증한 것으로 RF 전문업체인 (주)에이스테크놀로지 등에 기술이전되어 제품 상용화를 추진 중입니다.

 ◈ MMIC와 T/R 모듈을 적용한 능동위상배열 레이더 개념도


송수신 다기능 칩 MMIC는 이득 및 위상 제어 분해능력이 6 bit     이상으로 31.5 dB의 이득 제어 범위와 360도의 위상 제어 범위를     가지고 있을 뿐만 아니라, 직-병렬 변환기(Serial-to-parallel           converter)라는 디지털 회로가 마이크로파 회로와 함께 하나의 칩     에 내장되어 레이더 시스템의 크기와 무게를 획기적으로 감소시     킬 수 있다.

고출력 증폭기 MMIC는 X-대역의 주파수에서 12 watt의 출력과       30 %의 효율을 가지고 있으며, 이러한 성능의 고출력 증폭기        MMIC는 미국과 유럽의 일부 국가만이 선보이고 있는 세계 최고      의 기술이다.

전투기 등에 적용되는 능동위상배열 레이더는 수천개의 T/R 모듈     이 사용되며, 수천개의 T/R 모듈에서 나온 신호를 합하여 레이더     전파의 빔을 만든다.

각각의 T/R모듈에서 신호의 세기와 위상을 제어하여 송수신하는    레이더 전파의 빔의 형태 및 크기와 방향을 제어할 수 있으며, 전    투기와 같은 고속의 물체 다수를 신속히 포착하고 추적할 수 있다.




 용  어  설  명


X-대역
8.2 ~12.4 GHz 의 주파수 대역을 말한다. 휴대폰은 1~2 GHz 의 주파수 대역을 주로 사용한다. GHz는 진동의 빈도를 나타내는 주파수의 단위로 1 GHz는 1초당 100억번 진동하는 주파수이다.


MMIC(microwave monolithic integrated circuit)
: 모놀리식 집적 회로의 하나로, 갈륨비소(GaAs) 등의 고속·고전도율의 반도체 기판 위에 마이크로파 주파수대(809MHz~30GHz)에서 작동하는 회로 소자의 접속 부분을 형성한 집적 회로.

T/R 모듈(Transmitter/Receiver Module)
: 레이더에서 방출되는 송신 전파와 수신 전파의 강도, 위상 및 경로를 제어하는 모듈로써, 고성능 레이더의 성능을 좌우하는 핵심 부품이다. 서큘레이터, 리미터, 저잡음 증폭기, RF 스위치, 위상 변위기, 가변 감쇠기, 구동 증폭기, 고출력 증폭기, 바이어스 변조 회로 등으로 구성되어 있다.

위상(位相)
: 주기적인 신호의 한 싸이클, 또는 한 주기 내에서 시작 시점을 기준으로 위치나 시간 차이를 나타내는 값. 일반적으로 한 싸이클을 360도로 나타낸다.

이득(利得)
: 전자 공학에서 증폭기와 같은 전기 회로가 신호나 출력을 증폭하는 비율이다. 대개의 경우 전기 회로의 입력 신호 대비 출력 신호의 비의 로그 값으로 나타낸다.

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