무선기술 혁신 위한 엔지니어의 선택은?

 

전 세계적으로 계속해서 늘어나는 연결성에 대한 수요와 더 높은 대역폭 및 전송 속도에 대한 요구가 무선 기술 분야에서의 지속적인 혁신을 견인하고 있다. 2021년에 발표된 와이파이 6E(Wi-Fi 6E)는 FCC가 6GHz 대역을 비인가 사용자에게 개방하기로 함으로써 더 넓은 스펙트럼을 사용할 수 있게 됐다.

 

시장에서는 새로운 세대의 와이파이 6E 기기를 내놓기 위해 준비하는 가운데, 한편에서는 다음 세대의 와이파이 기술로서 최대 46Gbps 속도의 와이파이 7 개발에 관한 소식도 들려온다. 와이파이는 여러 세대를 거쳐오는 동안 스펙트럼 상의 인가된 사용자와 공존해왔으며, 6GHz 대역에서도 이러한 공존을 보장하기 위해 FCC(미 연방통신위원회)는 무선 액세스 포인트(AP) 제조사들이 준수해야 할 몇 가지 규정을 도입했다.

 

 

일례로, 최대 4W EIRP까지 전송하게 정의된 표준 전력 AP 제조사들은 자사의 기기가 승인된 AFC(Automated Frequency Coordination, AFC) 서비스를 통해 자신의 지리적 위치 정보를 정확하게 공유하도록 해야 한다. 이 규정은 개발자에게 까다로운 과제를 안겨주는데, 특히 AP가 실내에 설치되고 GNSS 위치를 확인하기가 어려울 때 더욱 그렇다.

 

이 글에서는 유블럭스가 자동차 산업 분야에서 쌓아온 전문성을 바탕으로 개발한 정확도 높은 통합 위치추적 솔루션인 유블럭스 M10 초저전력 GNSS 플랫폼에 대해 소개한다. FCC가 의무화한 위치 정확도 95%를 충족하는 보호 수준을 제공하므로, 유블럭스 M10 플랫폼은 개발 시간과 비용을 줄이고자 하는 와이파이 6E 설계 엔지니어에게 이상적인 선택이 될 것이다. 

2022년 말까지 3억5000만 대 이상의 와이파이 6E 지원 기기 출하

 

FCC가 2020년에 6GHz 대역을 개방하기로 결정함에 따라, 무선 업계는 빠르게 움직였다. FCC 발표를 기대하며 와이파이 6E 규격을 개발해왔던 와이파이 얼라이언스는 전 세계적으로 와이파이 6E 도입을 촉진하기 위해 와이파이 6E 인증 프로그램을 신속하게 내놓았다.

 

2022년 9월 초에 일본은 6GHz 대역에서 와이파이 6E 시스템 운영을 채택한 22개국 가운데 가장 최근에 도입한 국가가 됐으며, 많은 국가가 와이파이 6E 도입을 계획하고 있다. 와이파이 얼라이언스는 갈수록 더 많은 제조사가 랩탑, 스마트폰, TV 같은 스마트 기기에 와이파이 6E를 채택하며, 2022년에는 전 세계 와이파이 6E 기기 판매량이 3억5000만 대를 넘을 것으로 전망한다. 

 

이것이 사용자에게는 반가운 소식이지만, 6GHz를 비인가 대역으로 사용하기 위해서는 액세스 포인트 개발자가 반드시 이해해야 할 규제들이 있다. 이 대역을 이용하는 기존 인가 사용자의 서비스를 방해하지 않기 위해, 미국의 FCC는 AP 기기를 송신 전력 세기를 기반으로 기존의 인가 사용자에게 간섭을 일으킬 수 있는 가능성에 따라서 다음과 같은 세 가지 범주로 분류했다:

 

• 휴대전화와 자동차 실내 액세스 포인트 등을 포함한 극저전력 AP 
• 고정형 저전력 실내 AP (5dBm/MHz 혹은 80MHz에서 250mW EIRP)
• 표준 전력 AP. 최대 4W EIRP까지 전송할 수 있으며 경기장, 교통 및 물류 설비, 제조 플랜트, 캠퍼스 구내, 도심 와이파이, 그 밖에 향상된 실내 커버리지를 필요로 하는 대규모 설치에 적합

 

위의 세 가지 범주 중에서 표준 전력 액세스 포인트는 기존 6GHz 링크와 간섭이 일어날 수 있으므로, 기존 6GHz 링크를 새로운 비인가 시스템(와이파이)으로부터 보호하기 위해 특정한 형태의 스펙트럼 조정 시스템이 필요하다. 

AFC와 자가 위치 추적
 
FCC는 표준 전력 AP에 대해 승인된 AFC 서비스를 사용하도록 의무화했다. 주파수 대역에 따라서 서로 다른 이름들로 불리는 AFC 시스템은 다음과 같은 핵심 기능에 있어서는 동일하다. 

 

• 우선순위가 낮은 신규 사용자가 유발하는 간섭으로부터 인가 사용자를 보호(혹은 많은 경우, 동일한 우선순위를 가진 사용자들 사이에서 조정)
• 전송 요청을 허가하거나 사용 권한 할당
• 허가된 기기의 사용 승인
• 스펙트럼 할당 모니터링 및 경우에 따라 실제 사용 현황 모니터링
• AFC 서비스는 위치정보, 주파수, 전력 레벨, 안테나 커버리지 등 기존 6GHz 사용자에 관한 데이터베이스를 보유하며, 모든 신규 AP는 이 데이터베이스에 등록돼야 한다.

 

AP는 작동 시 다음과 같은 방식으로 AFC와 상호작용해야 한다. 

 

• 자신의 위치를 자동으로 계산해야 하며, 이와 함께 위치 불확실성에 관한 지표를 제공해야 한다. FCC 규정은 미터 수준의 불확실성 지표를 95% 신뢰 수준으로 제공할 것을 요구한다.
• 매 24시간마다 AFC 시스템으로부터 이용 가능한 채널 리스트를 요청한다. (가용 채널 요청은 AP 위치정보, AP 일련번호, FCCID를 포함해야 함)
• 어떤 채널 및 EIRP를 사용할지 자율적으로 결정한다.
• AFC와 연결이 끊어지면 6GHz 대역에서의 송신을 중지하거나 저전력 모드로 돌아간다.

 

6GHz 표준 전력의 중요성은 전세계적으로 관련 규제 움직임을 이끌어내고 있다. 예컨대 미국에서는 FCC가 자신들의 최근 요구사항에 맞춰 14개 AFC 사업자로부터 제안서를 받았다. 이 외에, 한국과 캐나다, 사우디아라비아는 AFC 시스템 도입 계획을 확정했으며, 유럽 연합(EU)과 브라질도 현재 이러한 시스템 도입을 검토 중이다.

개발자에게 까다로운 과제인 AP의 지리적 위치 정보 결정

 

위에서 언급했듯이 AFC 시스템을 사용하기 위해서는 표준 전력 와이파이 6E AP가 자신의 위치를 계산해야 하는데, 이는 AP 개발자에게 해결해야 할 여러 과제를 안겨준다. 많은 AP들이 신호 환경이나 다중경로 반사로 인해서 GNSS 신호를 확보하기가 어려울 수 있다.

 

이러한 제약들을 극복하기 위해서 다양한 기법을 동원할 수 있다. 예컨대 GNSS 데이터에 와이파이 FTM(fine time measurement), 초광대역(UWB), 블루투스 5.1 AoA(angle of arrival), 독자적인 RF ToF(Time of Flight) 같은 다른 위치식별 기법들을 결합할 수 있다. 창문 가까이나 옥외에 설치된 액세스 포인트를 ‘앵커’로 사용하고 이러한 다른 기법들을 결합해서 실내의 나머지 AP들이 위치를 식별할 수 있다.

 

어떤 접근법을 선택하든 적합한 알고리즘을 사용해서 FCC가 요구하는 95% 신뢰 수준의 위치 정확도를 계산해야 한다. 이 같은 복잡성은 추가적인 전문기술과 개발 기간 및 비용을 요구할 수 있고, 이는 프로젝트 예산과 기간에도 영향을 미칠 수 있다. 

M10 GNSS 수신기, 95% 신뢰 수준으로 실시간 위치 정확도 제공

 

M10은 유블럭스의 10세대 GNSS 기술 플랫폼으로서, 유블럭스가 지난 20여년 동안 5억 대 이상의 GNSS 수신기를 판매하면서 쌓아온 전문성을 바탕으로 하고 있다. 4 x 4mm QFN 패키지(그림 1)로 제공되고 연속 추적 모드일 때 전력 소모가 15mW 이하인 M10은 산업용과 소비가전 분야의 다양한 활용 사례에 사용할 수 있다. 

M10은 네 가지 GNSS 위성들의 신호를 동시 수신이 가능하여 위치추적 가용성을 극대화하며, 이는 높은 신뢰도의 위치추적 정확도로 이어진다. M10의 높은 RF 감도는 최초 위치 파악에 소요되는 시간을 크게 단축한다.

 

이 플랫폼은 또한 첨단 재밍, 스푸핑, RF 간섭 완화 기능을 특징으로 하며, 유블럭스 Super-S 기술을 사용하여 정확도를 더욱 높이는데, 신호가 약한 환경이나 소형 안테나를 사용하는 경우에 성능을 끌어올림으로써 안테나가 가시선에 들어오지 않는 환경에서도 위치 정확도를 최대 25%까지 향상시킨다.

 

M10은 또한 고정 모드를 제공하며, M10을 사용하는 AP 제품은 일반적으로 발생하는 모든 오차 요인에 근거하여 GNSS 수신기의 예상 오차 상한을 지속적으로 계산하는 보호 수준 기능을 사용해 위치추적 정확도에 관한 FCC의 95% 신뢰 수준 요건을 충족한다. 

 

여기에 유블럭스 AssistNow 서비스를 추가하면 까다로운 실내 환경에서도 더 빠르고 보다 정확한 최초 위치 파악이 가능하여 유블럭스 M10 GNSS 위치 추적 성능을 더 높일 수 있다.

 

M10 제품군으로 개발 시간 단축

 

전 세계적으로 와이파이 6E 도입이 빠르게 늘어나고 있다. ABI 리서치에 따르면 전세계 와이파이 6E 액세스 포인트 출하량은 2022년 150만 대에서 2024년에 520만 대로 늘어날 전망이다.

 

유블럭스 M10은 소형 폼팩터에 미터 수준의 정확도로, 표준 전력 AP의 불확실성 보고 규정에 대응 가능한 빠른 저전력 솔루션을 개발자들에게 제공한다. M10 칩과 관련 모듈 및 개발 키트를 사용해서 GNSS 기능성 설계를 크게 간소화할 수 있으므로, 개발 시간을 단축하고 제품 출시를 앞당길 수 있다. 

 

헬로티 서재창 기자 |