TI mmWave 센서, 싱글칩으로 구성되어 비용 절감 및 설계 용이
76~81GHz, 신호 최소 범위는 3cm, 최대 출력 파워는 12dBm 등 특징

2018 평창 동계올림픽 개막식은 오륜기가 펄럭이는 모습이 아닌 1,218대의 드론이 비행하며 대회의 막을 알렸다. 인텔은 드론 센서와 동시 제어 기술을 바탕으로 기네스 신기록을 경신했다. 드론 퍼포먼스를 통해 보여준 기술력은 앞으로 엔터테인먼트와 이벤트는 물론, 드론 택배 및 모니터링, 교통, 보안, 농업 등 산업용 애플리케이션에도 광범위하게 사용될 것으로 보인다.

우리 정부는 드론 기술경쟁력을 세계 5위까지 끌어올리겠다고 밝혔으며 텍사스 인스트루먼트(이하 TI)는 2022년까지 전 세계 무인항공기(UAV) 시장은 210억 달러에 달하며 1,270억 달러 이상의 비즈니스 서비스를 목적으로 세계 시장 경제를 주도할 것으로 전망된다고 밝혔다.

산업에서의 드론 설계와 활용은 생산성을 높이고 안전성 향상 등 현재 생활에 많은 영향을 미칠 것이다. 하지만 드론을 다양한 분야에서 활용하고 배치를 실현하기 위해서는 해결해야 할 기술 과제가 있다.



통신기술을 활용한 비행 장치는 날씨나 일광 조건, 연기, 안개로 인한 시계 문제, 장애물 그리고 전파 간섭에 민감하다. 이는 곧 안전성과 생산성의 문제로 이어질 수 있기 때문이다. TI의 mmWave 비접촉 센서는 낙뢰, 우천, 먼지, 결빙 등 혹독한 환경에서도 사용할 수 있어 실내 및 실외에서 작동이 적합하다. 그리고 장비 주변의 물체 거리, 속도, 각도를 계산하여 상황에 따른 대응이 가능하다.

TI mmWave 센서 디바이스는 싱글칩으로서 작은 사이즈로도 시스템을 구성할 수 있다. 또한 높은 정확도와 해상도를 구현하며 내부 MCU와 DSP를 활용하기 때문에 다양한 분야에서 응용할 수 있다. 소프트웨어 디파인 라디오를 사용해 여러 애플리케이션에 맞는 레이더에 응용될 수 있고 또한, 싱글칩 솔루션으로 설계된 디바이스므로 전력 소모가 적다.

기존의 칩은 RX와 TX로 수신된 레이더 신호를 처리하는 디지털 블록을 분리, 구성되었다. 그래서 PCB 사이즈가 커지고 가격도 증가한다. 이 과정에서 노이즈 발생과 설계 시 까다로운 점이 있다. TI의 mmWave 센서 디바이스는 싱글칩이기에 위와 같은 단점을 해소하고 mmWave 특성의 해상도와 저전력의 특징을 가질 수 있다.

TI의 동작 특성은 RAW ADC를 통해 레인지, 밸로시티, 앵글을 얻을 수 있다. 기본적인 주파수 대역은 76~81GHz, 신호의 최소 범위는 3cm, 최소 앵글 정확도는 1도, 최대 출력 파워는 12dBm으로 넓은 범위, 30mW~2.7W대의 고전력까지 커버할 수 있다.

이는 경량 설계가 가능하다. 무게를 줄이면 주어진 배터리에서 비행 및 주행 시간이 늘어나고 배치도 쉬워진다. 유상하중 예산이 늘어나 온보드 애플리케이션 특화 툴에 이용할 수 있다.

또한, 오차 한계가 줄어들기 때문에 드론의 착륙 시, 자율주행차가 다른 자동차와 근접해있을 경우 센티미터 단위에서 거리를 정확하게 감지할 수 있어 안전성을 확보한다.

물체 감지와 회피 플랫폼으로 물리적인 장애물이 있는 환경에서도 작동한다. 이에 따라 드론은 장애물을 감지하고 회피 조처를 하는 기능은 자동차나 드론 등 산업용 기기의 손실이나 주변 환경의 손상을 줄인다.

기존 디바이스의 단점을 해소하고 위와 같은 특징을 지는 TI mmWave 센서는 IWR 1443과 IWR 1642를 제공한다. 두 센서 모두 76~81GHz 주파수 대역이며 차이점은 DSP와 하드웨어 엑셀러레이터에 있다.

IWR 1443: 레이더 시그널 처리를 위한 하드웨어 엑셀러레이터가 내장되어 있다. 단순 MCU에 대한 사용자 프로그래밍을 통해 레이더 애플리케이션을 원칩으로 만들 수 있는 솔루션이다. 사례로는 엔트리레벨, 싱글칩 센서가 있다. 하드웨어 블록을 통해 3차례에 걸친 프리 프로세싱, FFT, 디텍션을 통해 최종 출력인 레인지와 밸로시티, 앵글을 얻을 수 있다.

IWR 1642: IWR 1443과 동일한 구조에서 하드웨어 엑셀러레이터 대신 DSP가 들어있어 레이더 시그날 프로세싱과 함께 사용자 알고리즘을 추가해 유연성을 제공하는 솔루션이다. 사례로는 사용자 중심의 풀펑션 싱글칩 레이더다. IWR 1443의 프로세싱에 클러스터링, 트랙킹, 오브젝트 클래스피케이션을 통해 좀 더 가공된 출력물을 제공한다.

RF 규제, 여러 기기의 측정 가능 여부 등 질문에 TI의 김현욱 부장은 “우선 77GHz 대역은 자동차 관련 애플리케이션에 허용되어 있으며 주파수 사용에 대한 향후 정책 변화에 대해 모니터링이 실시되어야 한다”며 “여러 대의 속도 측정은 각각에 대한 트랙킹 알고리즘으로 추적과 수신된 결과 데이터의 후처리가 필요하다”라고 밝혔다. 이어 “산업용 애플리케이션을 위한 밀리미터파 레이더 센서 IWR mmWave 시리즈를 통해 레벨 트랜스미터, 드론 및 교통 등 광범위한 산업에서 활용하기를 바란다”라고 강조했다.