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통합 콤보 솔루션-무선 핸드셋에 원활한 모바일 커넥티비티 구현

다수의 모바일 커넥티비티 기술을 한 디바이스에 통합하는 시스템-온-칩(SoC) 콤보 솔루션은 이네이블링 기술을 최소한의 공간과 저렴한 가격에 제공할 수 있는 방법을 모색해야 한다는 요건을 충족하여 그 가치를 입증하였으며, 심지어 신세대의 콤보 칩은 더욱더 그 기능을 확대하고 있다.

글_Eran Sandhaus, David Lacinski, Artur Zaks / 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments) 무선 커넥티비티 솔루션

무선 전화 핸드셋에서 더 많은 커넥티비티를 요구하는 소비자가 늘어나고 있다. 블루투스, GPS, FM 라디오, 모바일 무선 LAN (mWLAN) 기술은 제품 추가 정보나 다양한 범위의 접속, 혹은 그 둘 다를 제공함으로써 휴대전화의 효용을 높여주는 기술들이다.

최종 사용자의 이러한 새로운 기대에 부응하려면 무선 핸드셋 제조사는 이러한 이네이블링 기술을 최소한의 공간과 저렴한 가격에 제공할 수 있는 방법을 모색해야 한다. 또한, 배터리 충전 전까지의 사용시간이 단축되거나 통화 서비스 또는 커넥티비티 성능이 떨어지는 등 사용자가 불편한 경험을 하는 일이 없도록 해야 한다.

한 가지 또는 그 이상의 모바일 커넥티비티 기술을 한 디바이스에 통합하는 시스템-온-칩(SoC) 콤보 솔루션은 이 요건을 충족하여 그 가치를 입증하였으며, 심지어 신세대의 콤보 칩은 더욱더 그 기능을 확대하고 있다. TI는 DRP™ 디지털 무선 기술에 기반한 TI의 셀룰러 중심 커넥티비티와 진정한 공존 설계, 고급 프로세스 기술 등으로 콤보 커넥티비티 솔루션으로의 마이그레이션을 주도하고 있다.

사실, TI는 핸드셋 제조사가 블루투스, mWLAN, GPS, FM의 네 가지 주요 커넥티비티 기술을 여러 가지 온-칩 조합으로 선택할 수 있도록 제품을 공급해주는 유일한 공급사이다. TI의 새로운 개발은 한층 더 높은 차원의 통합으로 제조비용 절감, 출시기간 단축, 추가기술 배치를 가능하게 해줄 것이다.

모빌리티와 커넥티비티의 조합

무선 통신의 미래는 다양한 전송 기술이 결합된 통합 핸드셋에 있다. 오늘날 그 어느 때보다 다양한 무선 기술을 이용할 수 있으며, PAN (personal area network)과 LAN (local-area network), 네비게이션, 브로드캐스트 무선 수신 및 그 외 기타 다양한 서비스가 모바일 사용자에게 제공되고 있다. 그 결과 소비자는 제조사가 여러 가지 서로 다른 타입의 통신을 간편하게 하나의 모바일 기기에 담아줄 것을 요구하고 있다.

해마다 전세계적으로 십 억 대 이상이 팔리고 있는 휴대전화의 경이적인 성공은 유비쿼터스 커넥티비티를 위해 이 기기를 선택하게끔 만든다. 핸즈프리 원격 대화, 음악 다운로드, 블루투스®를 통한 카 스피커 스테레오 재생, GPS를 통한 긴급 위치추적 서비스, FM 라디오 청취, 디지털 TV 시청, LAN을 통한 음성 제공(VoLAN) 인터넷 접속, 웹 브라우징을 통해 이용 가능한 방대한 컨텐츠, 이메일, 데이터베이스 접속, 양방향 게임 및 기타 프로그램 등 다양한 옵션을 휴대전화 사용자는 이미 누리고 있거나 멀지 않아 누리게 될 예정이다. 이러한 애플리케이션과 앞으로 등장할 그 외 애플리케이션을 통해 무선전화 핸드셋은 쉼 없이 활동하는 곳곳의 소비자를 위해 커넥티비티가 가능하게 한다.

시장의 예측은 높아지는 핸드셋 커넥티비티의 중요성을 더욱 부각시켜 주고 있다. 2010년까지 무선 핸드셋의 50~60%에 블루투스나 FM 수신, 혹은 그 둘 다 포함될 예정이다. 이들 중 약 절반 가량에는 GPS가 갖춰질 것이며, 1억 대 이상은 모바일 무선 LAN (mWLAN)을 제공할 것이다. 처음에 이들 추가 기술은 하이 엔드 기능의 전화만 제공하던 것이었지만, 현재 통계에 따르면 핸드셋 커넥티비티가 빠르게 주류로 자리잡고 있으며 음성만 송수신하는 휴대전화는 이제 곧 소수로 전락할 전망이다.

핸드셋 제조사의 과제

관련 무선 시장의 엄청난 규모로 인하여 핸드셋 제조사는 커넥티비티 기능을 추가하면서 완제품의 가격을 적정수준으로 유지시켜 줄 수 있는 새로운 솔루션을 끊임없이 찾고 있다. 그러나 여기에는 까다로운 문제가 있다. 블루투스, GPS, mWLAN, FM이 모두 서로 다른 송/수신 방식을 요구한다는 점이다. 핸드셋에 이러한 기능을 하나 이상 추가하려면, 전화의 RF 기능을 증가시켜 병렬통신이 가능하도록 해야 한다. 처음에는 커넥티비티 기술이 다수의 독립형 디바이스를 통해 추가되었지만, 현재는 한 개 이상의 커넥티비티 기능을 담고 있는 단일 칩 멀티라디오 콤보 솔루션으로 통합되어가는 추세이다.

실리콘 통합이 모뎀과 기타 무선 기능에서 비용과 공간, 전력을 절감하는 핵심요소였던 것처럼 오늘날의 커넥티비티에서도 이것은 마찬가지 역할을 하고 있다. 모바일 멀티라디오 콤보 솔루션은 공간을 절약하고 전화의 BOM을 줄여주어 시스템 비용을 절감시켜주고 제조를 단순화시켜준다. 콤보는 또한 전력소비를 최소화 해주는 역할도 한다.

동시에 콤보 솔루션은 고급 기술의 구현을 필요로 한다. 솔루션 공급자는 다수의 통신 체계를 위한 RF 커넥티비티가 하나의 실리콘 다이 안에서 성공적으로 작동할 수 있도록 해주는 디바이스를 만들기 위해 수 많은 도전과제에 직면해 있다. 송/수신 체계가 충돌하면서 온-칩 RF 기능이 공존하거나 다중 송신될 수 있도록 일대 혁신이 강제될 수도 있다. 서로 다른 기술간에 동일 안테나를 공유하면 이러한 충돌이 악화되면서 설계 개선의 필요성이 높아진다.

멀티라디오 콤보는 핸드셋 제조사가 최소한의 재설계와 규격으로 다양한 시스템에서 유사한 디바이스를 이용할 수 있도록 다용도성도 제공해야 한다. 모든 콤보 디바이스에서 동일한 커넥티비티 기술을 재사용하는 코어 방식이 이 다용도성에 대한 필요성을 가장 잘 보여주고 있다. 드라이버부터 애플리케이션까지 동일 소프트웨어를 재사용하는 플랫폼 레벨 통합 역시 다수의 커넥티비티 시스템으로 이루어진 설계를 단순화시켜 주는 역할을 한다.

TI의 모바일 커넥티비티 솔루션 제품 라인

TI는 15년 이상 디지털 전화 핸드셋용 실리콘 솔루션을 제공해온 기술 시장의 리더였으며, 이러한 명성은 지속적으로 핸드셋 커넥티비티까지 이어져 왔다. 음성중심 핸드셋부터 하이엔드 멀티미디어 스마트폰까지 다양한 시스템에 적합한 TI의 멀티라디오 콤보 솔루션은 세계 5대 핸드셋 제조사는 물론 그 외 다수의 제조사도 이용하고 있는 솔루션이다.

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2002년에 TI는 당시 생겨난 애플리케이션을 위해 단일 기술에 초점을 맞춘 커넥티비티 솔루션을 시장에 처음으로 내놓았다. 10년 세월의 중반까지 TI의 단일 칩 솔루션은 RF와 베이스밴드를 통합하여 비용 최적화를 이루면서 성장하는 시장에 맞추어 추가 기능을 제공하였다. 이 때 공급된 독특한 제품 중에는 2005년에 출시된 mWLAN 솔루션이 있었다. 여기에서 TI는 두 개의 칩을 한 개로 줄였다. 여러 세대의 블루투스, GPS, mWLAN 디바이스 등을 공급해온 TI는 2007년에 최초로 콤보 디바이스에 FM 수신을 추가하였고 최근에는 카 스테레오 같은 근거리 수신기로의 커넥티비티를 위한 FM 전송도 가능하게 만들었다.

오늘날 멀티라디오 콤보의 도입으로 TI는 커넥티비티 혁명의 선두에 다시 서게 되었다. 핸드셋 커넥티비티를 위한 TI의 세 가지 멀티라디오 콤보 제품 라인에는 BlueLink™, NaviLink™, WiLink™가 있다. 초기 이 라인은 각각의 블루투스, GPS, mWLAN 커넥티비티 추가를 위해 설계되어 최근에 한층 더 높아진 기능성으로 강화되었다. 그림 1은 최근 발표된 다수의 RF 커넥티비티를 갖춘 제품을 포함하여 이 제품 라인의 이전 세대를 보여주고 있다.

최신 세대의 WiLink 6.0은 WiFi (802.11a/b/g/n)에 공통적으로 사용되는 이더넷 비표준과 블루투스 2.1, FM 송/수신을 지원한다. NaviLink 6.0은 GPS에 블루투스 2.1과 FM 송수신 기능을 추가하고 있으며, GPS를 위해 셀룰러 네트워크의 도움을 받아 사용자의 위치를 정확히 찾아낼 수 있다. 이 기능은 긴급 서비스에 필수적인 기능이다. 이전 세대인 BlueLink 6.0은 블루투스 2.1과 동일한 디바이스에 FM 수신을 추가하였고, BlueLink 7.0은 FM 송신을 추가하고 있다.

현세대의 모든 커넥티비티 제품은 더욱 진화된 65나노 CMOS 프로세스로 마이그레이트하며, 전력효율을 더하고 다이 공간을 줄임으로써 향후 의료장비, 스포츠장비, 기타 장비 등에서 센서와의 BLE(Bluetooth Low Energy) 통신 같은 새로운 기능 통합을 간소화하는데 일익을 담당할 예정이다.

멀티라디오 콤보는 TI의 OMAP™ 프로세서 및 OMAP-Vox™ 솔루션과 단단히 통합되어 있다. 이 콤보는 성능을 최적화하여 미리 패키지화한 솔루션으로서, 애플리케이션 및 모뎀 프로세서와 함께 작동하도록 설계되어 있다. 이 솔루션의 디비이스는 최종 사용에서 함께 작동하는지 테스트를 거친 것들이다. 예를 들어, WiLink 6.0이나 NaviLink 6.0은 중간단계 핸드셋을 위해 OMAP-Vox 솔루션으로 최적화된 모뎀, 애플리케이션 프로세서, mWLAN/블루투스/FM 및 GPS/블루투스/FM 솔루션을 제공한다.

BlueLink 7.0은 고용량 신흥시장을 공략함으로써 핸드셋에서의 블루투스 침투율을 높이려는 비용 효율적인 솔루션이다. 모뎀, 콤보, 호스트 프로세서 등이 제공하는 원활한 커넥티비티를 통해 제조사는 다양한 핸드셋 시장에 맞추어 안테나에서 애플리케이션까지 완전한 솔루션과 함께 완벽하게 검증된 소프트웨어 솔루션을 가지게 되었다.

핸드셋 요건에 맞춘 설계

TI 멀티라디오 콤보 솔루션의 새로운 세대는 개발자에게 핸드셋 차별화를 지원하는 다양한 커넥티비티 옵션을 제공하고 있다. 모든 제품은 무선시스템의 작은 크기와 저전력 소비 요건에 맞추어 최적화되어 있다. 콤보를 제조하는데 사용된 고급 CMOS 프로세스는 누출이 낮은 트랜지스터와 통합 아날로그 기능으로 설계되어 있어 대기모드에서의 전력소비를 최대한 낮게 유지하고 많은 시스템 기능을 온칩 통합할 수 있도록 해준다.

현재 2세대에 이른 TI의 스마트리플렉스™ 기술은 이 디바이스를 설계하는데 없어서는 안될 요소이다. 스마트리플렉스 기술은 고급 프로세스 기술을 활용하고 지능적 적응형 실리콘 설계와 고급 SoC 아키텍처 방식, 혁신적 소프트웨어를 채택함으로써 무선 핸드셋 성능과 전력소비를 최적화한다. 디바이스 설계 흐름에 자동으로 포함된 이러한 방식은 서브-마이크론 프로세스 구조에서 누출을 최적화해야 하는 어려운 작업을 포함해 여러 가지 전력소비 문제를 해결해준다.

그 외에도 MAC과 통신 흐름 관리를 제공하는 전체 프로세서를 포함해 콤보 솔루션 설계에는 여러 가지 절전기능이 사용되고 있어 각 커넥티비티 기술 저마다의 전체 통신 부하를 처리할 수가 있다. 이 디바이스는 더 큰 시스템과 통신이 필요할 때를 제외하고 호스트 프로세서와 별개로 작동한다. 그 결과, 콤보가 통신 작업을 처리하는 동안 호스트와 핸드셋의 기타 기능은 저전력 모드를 유지할 수 있어 다음 충전 전까지 전력을 아껴 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

콤보 디바이스는 핸드셋 배터리와 바로 연결될 수 있어서 외부 전력관리 칩이 필요 없으며 작은 풋프린트 패키지라 최소한의 공간만 있으면 된다. 현재 TI의 모바일 커넥티비티 솔루션 모두에 구현된 DRP 기술은 핸드셋의 30~40%를 차지하는 RF 아날로그 컨텐츠의 대부분을 디지털 도메인으로 마이그레이트 시키고 있다. 디지털 컴포넌트를 이용해 구현된 수 많은 기능은 아날로그 컴포넌트에서보다 더욱 전력 효율적으로 작동하며, 대기시간 및 활동 사용시간을 연장시키고 있다.

또한 DRP 기술은 새로운 서브-마이크론 디지털 프로세스 노드에 내재된 각각의 효율 및 비용절감 기능을 핸드셋이 활용할 수 있도록 해줌으로써 전력 및 BOM을 절감한다.

RF 커넥티비티의 공존

서로 다른 RF 기술의 신호 간섭은 통화 신뢰성을 떨어뜨리고 심지어 연결 끊김을 야기하는 등 핸드셋 사용자를 곤란하게 할 수 있다. 가장 큰 문제는 mWLAN과 블루투스를 동시 작동할 때 벌어진다. 이 둘은 전송 프로토콜이 아주 다름에도 불구하고 같은 2.4GHz 주파수 대역을 사용하고 있기 때문이다. 어떤 시스템에서의 블루투스 작동은 mWLAN에 이용 가능한 대역폭을 최소한 3분의 1 이상 줄어들게 한다. 이것은 특히 절전을 위해 설계된 모드에서 프로토콜 오버헤드와 타이밍을 통해 또 다시 줄어들게 된다. mWLAN 라우터가 확인 절차를 통해 핸드셋 연결을 하지 못하면 링크가 타임아웃되면서 종료될 수 있다.

마찬가지로, 전원을 켜 블루투스가 이용 가능한 디바이스를 스캔하면 너무 많은 간섭으로 인해 링크에 실패할 수 있다. 공간과 비용을 줄이기 위해 동일한 안테나를 서로 다른 RF 기술에 사용한 설계가 이 문제를 악화시킨다.

TI가 스펙트럼 분석과 신호 분리를 통해 이러한 문제를 해결함으로써, 같은 다이에 블루투스와 FM을 통합시켜 공존시킬 수 있게 되었다. TI의 WiLink 6.0 솔루션은 MAC 레이어에서 타임 도메인에 지능적이고 원활한 조율을 제공함으로써, mWLAN과 블루투스가 같은 안테나와 안테나 필터를 공유하여 부품수 및 회로 보드 공간을 줄일 수 있도록 해주었다. 음성과 데이터의 효율적인 동시 운용을 통해, WiLink 6.0 디바이스는 신호 범위와 견고함에 있어 동급 최강의 등급을 달성하고 있다.

TI는 서로 다른 RF 커넥티비티 기술을 통합하여 시스템 내 과다한 부품을 제거한 최초의 콤보 공급자 중 하나였다. 지속적인 개발은 결국 가장 최신 세대의 콤보 제품에서 성공적으로 한 다이에 더욱 많은 RF 기술을 공존시키는 단계에까지 이르게 되었다. TI의 다양한 호스트 프로세서의 존재는 RF 공존이 성공적으로 이루어져 다양한 새 애플리케이션이 제공되고 있음을 보여주는 것이다. 서로 다른 콤보가 같은 아키텍처에 기반하고 있기 때문에 시스템 개발자는 최소한의 재설계만으로 여러 가지 다양한 최종 제품을 만들어낼 수 있다.

하드웨어와 소프트웨어 일체

TI의 멀티라디오 커넥티비티 제품은 개발을 단순화시켜주고 출시기간을 단축시켜줄 수 있는 하드웨어와 소프트웨어가 둘 다 포함된 일체형 솔루션이다. TI는 리눅스®, 심비안™, 뉴클리어스, 마이크로소프트® 윈도우 모바일®(WM) 등 다수의 운영체제를 지원함으로써 구축할 시스템 유형을 개발자가 자유롭게 고를 수 있도록 해주는 몇 안 되는 솔루션 공급자 중 하나이다. TI는 멀티미디어 시스템을 위해 다양한 OMAP 플랫폼 호스트로 커넥티비티 제품을 사용할 수 있도록 레퍼런스 디자인을 제공하고 있다. 설계를 간소화하고 개발자에게 부가가치에 집중할 수 있도록 하기 위해 써드파티 소프트웨어 및 애플리케이션 스위트를 미리 통합시켜 놓았다.

서로 다른 여러 가지 모바일 커넥티비티 솔루션 제품 라인은 소프트웨어가 완벽하게 호환되기 때문에 개발자는 특정 핸드셋에 사용할 플랫폼을 고를 수도 있고 자신의 소프트웨어를 다른 플랫폼으로 이식시킬 수도 있다. 예를 들어, 어떤 개발자가 WiLink 6.0을 이용해 mWLAN, 블루투스, FM 기능을 갖춘 핸드셋을 만든다고 가정해보자. 이 개발자는 블루투스와 FM 모듈을 바로 BlueLink 7.0에 이식시켜 기능이 덜한 핸드셋을 만들 수 있다.

같은 모듈을 NaviLink 6.0에 이식하고 GPS 소프트웨어를 추가하면 위치추적과 네비게이션 서비스 지원이 가능한 새로운 핸드셋이 나온다. 이 새로운 제품 모두는 이전 제품 세대와도 호환이 되기 때문에 개발자는 이전 핸드셋용으로 개발된 소프트웨어를 다시 사용할 수 있다. 이런 식으로 제조사는 재사용 가능한 엔지니어링을 통해 신속하게 전체 핸드셋 제품 라인을 얼마든지 자유롭게 개발할 수 있다.

모바일 커넥티비티 솔루션에서의 리더십

소비자는 모바일 디바이스에서 점점 더 많은 서비스를 요구하고 있으며, 이것은 RF 커넥티비티를 증가시켜야만 가능한 서비스이다. 핸즈프리 대화, 음악 다운로드, 카 스피커를 통한 스테레오 재생, 위치추적 서비스, FM 라디오 수신, 인터넷 접속, VoLAN 등 이들 애플리케이션과 앞으로 등장할 애플리케이션은 하이엔드 핸드셋 뿐만 아니라 거의 대부분의 기본 휴대전화에서도 점점 더 그 수요가 증가하고 있다.

시장의 기대에 부응하려면, 핸드셋 제조사는 블루투스, GPS, FM, mWLAN 등의 옵션을 저렴하고 작은 공간을 이용하며 불필요한 시스템 배터리 낭비 없이 제공해야 한다. TI의 콤보 솔루션은 단일 칩의 작은 풋프린트 솔루션을 제공함으로써 이러한 요건을 충족할 뿐만 아니라 점점 더 늘어나는 다양한 커넥티비티 기술을 다수 지원하고 있다. 시스템 요소의 대부분을 한 다이에 통합시킨 콤보는 시스템의 BOM을 줄여주고 보드 레이아웃을 단순화시켜 준다. 고급 CMOS 프로세스와 설계 기법 역시 전력소비를 낮추어 활동 사용시간과 대기시간을 늘리는 역할을 한다.

솔루션 공급자 중 TI만이 네 가지 주요 커넥티비티 기술 모두에서 멀티라디오 콤보를 고를 수 있도록 하고 있다. 필요에 따라 개발자은 블루투스, GPS, FM, mWLAN 등의 여러 가지 온칩 조합 중에서 선택을 하면 된다. 진화된 프로세스, 스마트리플렉스 전력감소, DRP 디지털 라디오, 공존 설계 방식 등을 통해 TI가 리더십 콤보 제품을 제공할 수 있게 되자 유수의 무선 제조사는 TI의 콤보를 선택해 핸드셋을 개발하였다. 하드웨어 및 소프트웨어 일체형 솔루션은 개발을 단순화시켜주고 시장출시 기간을 단축시켜주며 제조사가 핸드셋 제품 라인을 최대한 개발할 수 있는 자유를 제공해준다.

핸드셋을 더 작고 가볍고 저렴하게 만드는 동시에 더 많은 기능을 오랫동안 단 한 번의 배터리 충전으로 작동하게 해야 하는 제조사들로서는 휴대전화를 소비자용 모바일 커넥티비티의 중심으로 만들어주는 멀티라디오 콤보 솔루션의 리더십을 TI에게서 찾을 수 밖에 없다.

아이씨엔 매거진 2010년 02월호

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