기술정보
기술정보
기술명 초저전력 장거리 IoT 무선 통신 기술
기술명(영문) ULP(Ultra-Low Power) long range IoT radio
활용분야 전자가격표시기 약자 보호용 무선 스마트미터
기술번호 TI2019-01276
기술성숙도
#기술성숙도
개발전 3단계:연구실 규모의 기본성능 검증
개발후 4단계:연구실 규모의 무품/시스쳄 핵심 성능평가
외부기술요소 개발목표시기 2020-12-31
결과물 형태
검증방법
시장성
시장성
시장성 내용
1. 국내외 기술동향 및 경쟁력
   ㅇ 국내기술 동향
    ▷ LPWA 기술은 Sub-1GHz 대역에서 동작하는 저전력 광역 통신 방식으로 면허 대역인 NB-IoT, 그리고 비면허 대역을 사용하는 대표적인 기술로는 LoRa 및 SigFox 등이 있음. 비면허 대역의 무선송수신 칩 기술은 정부 지원 과제로서 국내 연구기관 및 일부 산업체에서 칩 개발이 진행되고 있는 것으로 파악되나, 상용화 사례는 없음. 뉴라텍 사는 IEEE802.11.ah 기반의 sub-1GHz 무선송수신기 SoC(파트명: NRC7292)를 40nm 공정을 이용하여 제품개발 완료 후, 초기고객 프로모션 중이며, 1km 거리에서 100kbps 통신 가능, 송수신기 전력소모 정보는 비공개하고 있음

면허 대역의 경우, ETRI, 네스랩, 파이칩스이 컨소시움을 구성하여 “초연결 스마트 서비스를 위한 5G 이동통신 핵심 기술 개발“ 사업을 통해 3GPP Rel.13 표준의 NB-IoT SoC 시제품 개발완료 후, 사업화 준비중에 있음 성능은 최대 10km 거리에서 127kbps 통신 가능, 수신기 전력소모는 40mW, 23dBm 송신 시 전력소모는 600mW 이상임. 삼성전자는 2018년 8월 NB-IoT SoC 제품(파트명: S111) 출시. NB-IoT 송수신기 이외에 GPS와, 보안기능을 포함하고 있으며 듀얼 프로세서를 탑재하여 위치추적 응용에 최적화 되어 있음
 
 
<표> 국내 LPWA SoC 성능 수준
 
  비면허대역 면허대역 (NB-IoT)
업체명 뉴라텍 ETRI 컨소시움 삼성전자
제품명 NRC7292 미정 S111
주파수대역 900MHz ISM 대역 LTE 대역
표준 WiFi 802.11ah 3GPP Re1.13
NB-IoT
3GPP Re1.13
NB-IoT
통신거리 1km 10km 10km
송신전력 0dBm 23dBm(외장 PA) N.A.
수신 전력소모 N.A. 40mW N.A.
 
   ㅇ 해외기술 동향
    ▷ 비면허대역 SigFox 기술은 UNB(Ultra Narrow Band) 기반으로, 통신거리 15km, -142dBm 수신감도, BPSK/GFSK를 채택하는 초 협대역폭을 사용하는 특징. 시스템을 지원하는 칩 TI사의 CC1310 및 C112x, 실리콘 랩의 S1446x 등이 있음. 수신기 소모 전력은 10~30mW 수준
 
LoRa는, 대역확산 기술을 적용하여 잡음이나 간섭신호에 강인한 특징, 전송속도는 낮으면서 수신감도가 최대 (-138dBm)가 되도록 설계한 기술임. chirp/대역확산을 수행하는 시스템으로, 메시지보다 대역폭을 넓게 사용함. 다중경로 환경에서 수신 성능은 더 우수할 것으로 인식됨. LoRa 시스템을 지원하는 트랜시버는 Semtech SX1272~1279, Microchip RN2483 등이 있으며, 수신기 소모 전력은 10~30mW 수준. 아래 표는 성능을 비교 요약하였음. 지금까지 개발된 장거리 수신기는 10mW 이상의 큰 전력을 소모하는 경향이 있음
<표> 국외 LPWA SoC 성능 수준
 
규격 NB-IoT LoRa SigFox
회사명 Quectel Quectel Semtech TI
칩셋 MDM 9206 Boudica120 Sx1273 CC1310
속도(kbps) DL/UL 32/70 24/16 0.25/50 0.6/0.16
수신감도(dBm) -117 -129 -117~ 137 -124
수신소모전력 (mW) 247 234 20~41 20~40
송신출력(dBm) 0 0 14/20/30 14
 
○ 표준화 동향
▷ 면허 대역 표준은 3GPP를 통하여 LTE-MTC 표준을 Rel. 12에서 가격과 전력 소모에 역점을 두어 상용화 되었고(2015년), Rel. 13에서는 LTE 시스템과 호환성을 유지하는 최소 대역폭인 1.08MHz을 사용하는 e-MTC 및 대역폭 180kHz을 사용하고 세 가지 운용모드를 지원한 NB-IoT를 2017년에 각각 완료하였음. massive, critical mission을 위한 5G NB-IoT은 2020년 기술 표준이 완료될 예정임
 
○ 관련 보유특허(대외 공개 가능한 특허만 작성 요망)
- 해당 없음
 
○ 기술적 경쟁력(우수성 및 차별성)
경쟁기술 본 기술의 우수성 및 차별성
소모전력 10 mW 기존 기술 대비 10 배 이상 소모전력 감소
실시간 통신 기존 LPWA 기술은 실시간 통신 모드 지원 안됨
   
   
 
□ 국내외 시장동향 및 전망
○ 국내시장 동향 및 전망
▷ IoT 관련 [국내․외 시장 규모]
 
년도 (2017년) (2021년)
개발 종료후 1년
(2023년)
개발 종료후 2년
세계시장규모(백만$) 3,291 4,335 5,221
한국시장규모(억원) 650 867 1040
* 자료 출처: Machina Research,“IoT Market Trends”, STRACORP, 2013,
사물인터넷 기본계획(안) 2014.4, K-ICT표준화전략맵 ver.2016
** 국내시장은 해외시장의 1/50로 추정(홈 IoT제외), 2021년 이후 연간 20% 성장 예측.
 
○ 해외시장 동향 및 전망
▷ IoT 관련 [수출․입 현황] (단위: 백만원, %)
 
년도 (2017년) (2016년) 증감율
수출액 509,989 378,803 +34.6
수입액 25,475 24,693 +3.2
* 자료 출처: 과학기술정보통신부·정보통신산업진흥원·한국사물인터넷협회, “2017 사물인터넷 산업 실태조사”
 
 
 
 
○ 제품화 및 활용분야
활용분야(제품/서비스) 제품 및 활용분야 세부내용
1 전자가격표시기 대형 유통마트에 전시된 물품의 가격 또는 광고 이미지 정보를 태그 형태로 부착된 IoT 디바이스에 중앙 서버로 부터 무선으로 실시간 전송
2 약자 보호용 무선
위치식별장치
대상자의 위치 정보를 실시간으로 파악하는데 활용
3 스마트미터 전력, 수도, 가스 등에 대한 자원 사용량의 모니터링
 
□ 기대효과
○ 기술도입으로 인한 경제적 효과
- 비 면허 대역 LPWA 무선 송수신 칩의 국산화
- 장거리 IoT 관련 산업 활성화

○ 기술사업화로 인한 파급효과
- 기존 시장에서의 기술 경쟁력 확보
- 새로운 응용 분야 창출
 
□ 기술마케팅 추진관련 정보
타업체 기술이전 가능여부(O/X) O 기술세미나 발표 가능여부(O/X) O
R&BD사업 추진 희망 여부(O/X) O 바우처사업 매칭 추진 여부O/X) 2019년 사업 추진 시
전담기관 홍보
      
시장성 -제품화 및 활용분야
시장성 -제품화 및 활용분야
활용분야(제품/서비스) 제품 및 활용분야 세부내용
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전자가격표시기
대형 유통마트에 전시된 물품의 가격 또는 광고 이미지 정보를 태그 형태로 부착된 IoT 디바이스에 중앙 서버로 부터 무선으로 실시간 전송
약자 보호용 무선
대상자의 위치 정보를 실시간으로 파악하는데 활용
스마트미터
전력, 수도, 가스 등에 대한 자원 사용량의 모니터링
기술개요(영문)
기술개요(영문)
기술개요(영문) 내용
1. Technical Name
An ULP(ultra-Low power) long range radio for IoT application

2. Concept

     
The radio consists of a wireless transceiver chip with embedded PMIC and a S / W modem and MAC implemented in MCU.
The wireless transceiver chip with embedded PMIC consumes an ultra-low power of 500 uW operating in the sub-GHz unlicensed band.
A S / W modem and MAC implemented in MCU also control the power  of MAC based on the hardware wake-up, enabling bi-directional real-time Massive IoT communication Low-power long-range radios

3. Service Offering
Silicon-proven IoT Radio IP
Development/Verification Software for MAC/Modem

4. Comparative Advantage
Low Power
- Low Power Hardware Dedicated SoC (500 uW)
- including PMIC
performance
- Real time/ Bidirectional Communication

5. Patents(Domestics)
 
Patents(Domestics) Application (  o  )
Registration(    )
Patents(International) Application (    )
Registration(    )

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기술개요 및 개념도
기술개요 및 개념도
기술개요 및 개념도 내용
1. 기술의 개념 및 내용
   ㅇ 기술의 개념
       사람과 사물, 공간과 데이터 등 모든 것이 인터넷으로 연결되고, 각 연결 요소에서 생성되는 정보를 자동으로 수집해 이를 공유 및 활용하는 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 네트워크는 센서 노드(End Device)에서 수집된 데이터를 전송하는 무선 통신 칩(지그비, 블루투스)과 인테넷으로 연결하기 위한 휴대기기 (WiFi), LTE(기지국)으로 구성 된다
    
     기존 무선 통신 기기의 짧은 통신 거리의 제약으로, 광역-장거리 IoT 네트워크의 무선 통신 기기의 필요성이 확대되고 있으나, 기존 장거리 무선 통신 기기의 짧은 배터리 수명으로 인하여 실시간 통신이 요구되는 응용분야의 새로운 시장 창출에 걸림돌이 되고 있다
     
     본 기술은 사람, 사물에 부착 되어 감지된 데이터를 장거리에서 실시간으로 전송할 수 있는 무선 통신기기를 초저전력으로 구현하여 배터리 수명을 수년간 보장하는 기술이다 


                  
< IoT 네트워크 구성도(좌측) 및 무선 통신용 칩(우측) >

    ㅇ 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항
    ▷ 기술의 상세내용
       - PMIC가 내장된 무선송수신 IP 및 칩(S/W, H/W)
       - 주파수 다이버시티 기법에 기반한 송수신 모뎀 알고리즘(S/W)
       - 적응형 하드웨어 Wake-up 기반 전력운영 및 Massive IoT 노드 접속을 위한 MAC 기술 (S/W)
       - 1.8-to-0.9 V 스텝다운 PMIC IP(S/W)

    ▷ 기숭이전 범위
       - 제약 없음
       
    ▷ 사업화 제약사항
       - 자체 창업 또는 기술이전 형태의 사업화

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첨부파일
본과제 정보
본과제 정보
과제명(한글) 새로운 Two-Tone OOK 변조방식 기반의 초소형 IoT용 초저전력(500uW) 장거리 래디오 기술 개발
과제명(영문) Development of an ultra-Low power(500uW) long range radio for ultra-small IoT based on new Two-Tone OOK modulation scheme
색인어 (한글) 초소형사물인터넷  / 초저전력  / 장거리  / 래디오  / 이중 톤 온오프 킹 변조
색인어 (영문) UltraSmallIoT  / UltraLowPower  / Long Range  / Radio  / TwoTone OOK
과제번호 2018-0-00772-002 해당연도 2019
기술분류
권리성 특허, SW, SW-IP, HW-IP, 설계도
총연구기간 2018-07-01 ~ 2020-12-31 총예산 미공개
기간(당해연도) 2019-01-01 ~ 2019-12-31 예산(당해연도) 미공개
참여기관 미공개
주관기관 한국과학기술원 과제책임자 이상국
연락처
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tel : 미공개
cp : 미공개
E-Mail 미공개
개발중인 기술(기술예고)
개발중인 기술(기술예고)
기술번호 기술명 목표시기
TI2019-0127600001 초저전력 장거리 IoT 무선 통신 기술 2020-12-31
이전가능 기술
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