대량 판매 휴대 단말기 시장을 위한

   초저가형 핸드셋 개발과 RF 트랜시버 역할(1)

최근 대규모 수준의 핸드셋 시장 전망과 함께 초저가형 핸드셋(ULCH) 시장 세분화를 둘러싼 열풍이 거세지고 있다. 이를 위해, ULCH 단말기 제품 정의에서 RF 역할을 더욱 잘 이해하고 RF 프론트-엔드 및 레퍼런스 클록 인터페이스 뿐만 아니라 성능, 제조에서의 경향을 주목해야 한다. 또한 트랜시버 IC의 관련 특성을 산출하는 것도 도움이 될 것이다. 역할을 할 수 있다.

글│게리 레비(Gary Levy), 실리콘 래버러토리스

최근 대규모 수준의 핸드셋 시장 전망과 함께 폭발적인 대량 판매 시장형 휴대 단말기에 대한 연평균성장률(CAGR)에 대한 발표로 인해 초저가형 핸드셋(ULCH; Ultra Low-Cost Handset) 시장 세분화를 둘러싼 열풍이 거세지고 있다.

ULCH 단말기는 대략 30억 명이 무선 네트워크에 접속할 수 있는 신흥 시장을 대상으로 계획된 것이나, 이 신흥 시장은 여전히 무선 기술을 갖추고 있지는 않다. 핸드셋 설계자들의 관점에서는 성능, 기능 셋트 또는 품질을 희생하더라도 더욱 저렴한 부품을 찾는 것이 명확해 보이는 것 같으나, ULCH 단말기의 제품 정의는 그렇게 간단한 것이 아니다.

여기에는 무선 칩셋에 대한 반직관적인(Counterintuitive) 함축이 포함된다. 실제로 핸드셋의 RF 부분은 전체 휴대폰의 BOM(Bill Of Material) 중 10%도 되지 않을 수 있으며, 최근의 기술 진보는 GSM/GPRS형 ULCH 시장에 직접 영향을 미칠 수 있고 다른 시장에서 핸드셋 설계로 사용될 수도 있다.

따라서 핸드셋 설계자를 보조하기 위해, ULCH 단말기 제품 정의에서 RF 역할을 더욱 잘 이해하고 RF 프론트-엔드 및 레퍼런스 클록 인터페이스 뿐만 아니라 성능, 제조에서 이러한 경향을 주목하는 것도 도움이 된다. 또한 트랜시버 IC의 관련 특성을 산출하는 것도 도움이 된다.

주요한 휴대폰 표준의 시장전망

주요한 휴대폰 표준으로써 GSM/ GPRS 기술들은 오늘날까지 전세계 13억 명 이상의 GSM 사용자들과 함께 성장해 왔다. 남아 있는 지구촌 인구들 중, 대략 50억 명이 휴대폰을 사용하지 않고 있다. 전세계 인구의 80%가 무선 혜택을 갖춘 곳에서 생활하고 있으며, GSM 협회(GSM Association) 리서치에 따르면 이들 중 단지 25%만 무선 혜택을 사용하고 있다. 이것은 아직 적절하게 사용하지 않는 인구가 30억 명에 달하는 미개척 시장이 존재한다는 것을 의미한다.

시장을 개척할 때, 가격은 미래의 가입자 성장을 결정하는 가장 중요한 요소가 된다. 휴대폰 가격은 핸드셋 비용(보급 포함), 서비스 제품, 규제 환경 및 세금 구조에 의해 결정된다. 따라서 업계 연구 결과물을 종합해 보면, 현재의 ULCH 정의는 30달러 미만의 소매 가격으로 패킷 데이터 성능 없이 최소한의 기능으로 듀얼-밴드 GSM 음성 및 SMS 서비스만 제공하는 것으로 집결된다.

동시에 성능 메트릭스, 그 중에서도 민감도는 중요한 설계 범위를 제공해야 한다. 대량 생산형 제품을 위해 계속 이용할 수 있는 비용 구조를 달성하기 위해서, 핸드셋 제조업체들은 품질과 핸드셋 생산량에도 더욱 주의를 기울여야 한다.

EDGE와 W-CDMA휴대폰은 2007년에서 오는 2009년까지 매년 3억 대 이상 보급될 것으로 전망되는 한편, GSM/GPRS 단위 생산량은 오는 2008년까지 매년 2억 대를 초과할 것으로 예측된다. GSM/GPRS 분야에서만 신흥 시장을 목표로 하는 저가형 핸드셋은 전반적인 생산량 증가에 기여할 것으로 예측된다.

업계가 가격 문제를 해결함에 따라, GSMA 리서치는 이런 전망을 참조해 매년 잠재적인 순수 가입자 성장이 2007년에서 2009년까지 1억 8,100명에서 3억 2,100명으로 증가할 것으로 지적했다. 따라서 ULCH 시장의 증가 부분은 전체 핸드셋 비즈니스의 프로파일에 상당한 영향을 미칠 잠재력을 갖추고 있다.

핸드셋 가격면에서의 민감도

핸드셋 가격면에서 ULCH 제품들은 특정 기술이나 미리 규정된 방법을 요구하지 않는다. 그러나 다양한 전략을 통해 가속화된 속도로 소유자의 총 비용을 낮추는 프로세스를 선택하게 된다. 분명한 것은, 가장 낮은 BOM, 최고의 집적도, 가장 적은 외장형 부품수를 이용해 무선 방식을 선택하는 것이 현명하다.

가격 분석은 민감도가 결정적인 ULCH 요소인 시스템 레벨에서 이루어 진다. 이것은 트랜시버 성능과 직접적으로 관련이 있다. 시스템 민감도가 네트워크 인프라와 효율성뿐만 아니라 실제 사용자 경험 및 무선 프론트-엔드 부품 선택과 비용을 포함한 핸드셋 설계에 영향을 미치기 때문이다.

개념적으로 더욱 작은 신호를 항상 수신할 수 있는 전화는 더욱 향상된 음성 선명함과 서비스 이용 문제 및 전화가 끊기는 것과 같은 전화 중단 현상이 더 적다. 실제로 향상된 민감도는 주어진 셀 내에서 핸드셋 커버리지를 향상시키며 -경계를 따라 포함됨- 조건을 악화시키는 면역력을 더욱 좋게 만든다. 향상된 민감도를 통해, 사업자들은 표적이 된 커버리지 풋프린트내에서 인프라 장비 지출을 낮출 수 있는 기회를 얻게 된다.

이것은 ULCH 시장에서 네트워크 사업자들이 기지국과 관련 인프라 장비의 자본 투자를 최소화시킴으로써 가입자당 적절한 ULCH 평균 매출액(ARPU)을 차감 계산할 수 있도록 선택할 수 있게 하기 때문에 특히 중요하다. 제품 수준에서, 핸드셋 제조업체들은 민감도 성능에 초점을 맞춘다. 그 이유는 민감도 성능이 제조 설계, 제품 한계 및 핸드셋 전화 품질과도 관련이 있기 때문이다.

예를 들어, 안테나 설계는 등방성(Isotropic) 수신 민감도 성능에 영향을 미친다. 내부 안테나는 점점 보편화 되고 있으나, 이에 따른 설계 복잡도가 점점 심화되고 있다. 안테나의 위치, 크기, 폼 팩터 및 성능은 휴대폰의 물리적 요구조건을 따르도록 절충될 것이다.

ULCH 제품 설계에 대한 트랜시버의 영향

GSM 무선의 신호 흐름은 ULCH 제품 설계에 대한 트랜시버의 영향을 설명할 수 있도록 그림 1에 제시되어 있다. 수신 동작 동안, 안테나 스위치(ASM)는 안테나에서 들어오는 신호를 주파수 대역 선택에 따라 적절한 SAW (Surface Acoustic Wave) 필터로 방향을 바꾼다. ASM과 SAW 필터는 수신 신호를 계산해야 하는 삽입 손실(IL: Insertion Loss)을 나타낸다. 입력 정합은 SAW와 트랜시버 사이에 존재하며 SAW출력에서 트랜시버 저잡음 증폭기(LNA) 입력으로 전송되는 전력 또는 전압을 최대화시킨다.

이 때 트랜시버는 RF 신호를 중간 주파수(Intermediate Frequency)로 다운 컨버트 시키며, 베이스밴드 주파수로 더욱 혼합시켜 다운시키며(혹은 대안적으로 다운을 DC로 직접 변환시킴) 적절한 수신 채널을 선택한다. 이 동작의 일부로써, 트랜시버는 수신 신호에 하강을 강요한다. 이것은 입력 정합의 영향을 포함하며 잡음지수(NF)로 규정된다.

이 때 음성 및 데이터 정보는 트랜시버와 베이스밴드 인터페이스를 따라서 베이스밴드 사이로 통과된다. ULCH 역학관계(Dynamics)와 시스템 효과로 인해, ULCH 단말기(그리고 모든 핸드셋)에 적합하도록 선택된 트랜시버는 가장 낮은 NF를 최적으로 제공해야 한다.

상당한 양의 트랜시버 NF 마진은 핸드셋 시스템 BOM을 낮출 수 있는 추가적인 이점을 제공한다. 이것은 핸드셋 설계자들이 비용과 IL의 최상의 트레이드-오프를 제공하는 ASM 및 SAW를 포함해 수신 신호 체인에서 프론트-엔드 부품을 선택하는 이유이기도 하다.

2개의 SAW가 단일 모듈에 결합된 듀얼 SAW는 디스크리트 SAW의 대안용이다. 그 중에서도, 듀얼 SAW는 2개의 동일 디스크리트 SAW의 가격 대비 20% 절감의 혜택을 제공한다. 그 이유는 사용되는 제조 소재가 적기 때문이다. 듀얼 SAW가 PCB(Printed Circuit Board) 공간을 45%까지 절감시키는 반면에(2개의 디스크리트 1.4 x 2.0mm 필터에서 단일 1.6 x 2.0mm 필터까지), 몇몇 벤더들이 제공하는 집적도는 약간의 성능 저하를 초래할 수 있다.

이것은 증가형 IL과 패스밴드(Pass-band) 리플을 포함한 것으로 시스템 감도에 영향을 미칠 수 있으며 GSM FTA(Full-Type Approval)에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있는 블로커 감쇠(Blocker Attenuation) 현상을 감소시킨다. 그러나 충분한 NF 마진과 강력한 블록킹 성능을 갖춘 트랜시버의 경우, 이러한 잠재적인 효과는 시스템 레벨에서 감지할 수 없을 정도로 경미할 수 있다.

뛰어난 NF 성능 또한 LNA 입력 정합을 위해 저가형의 MLC(Multi-Layer Ceramic) 인덕터의 평가를 가능하게 한다. 권선(Wire-Wound) 인덕터나 코일 인덕터는 최상의 결합을 위해 높은 품질 요인(Q)을 제공하기 때문에 입력 정합을 위해 종종 선택된다. 권선 인덕터에서 75% 비용 감소는 MLC 인덕터 사용을 가능하게 하나 Q가 감소되는 결과가 초래된다. 이것은 종종 더 높은 트랜시버 NF로 바뀐다. 낮은 Q 입력 정합을 위해 특별히 설계된 최저형 NF를 갖춘 트랜시버는 NF 하강을 허용할 수 있는 수준까지 최소화시키면서, 고객들은 인덕터 비용 절감의 혜택을 누리게 된다.

<자료출처 : 월간 반도체네트워크 2006년 03월호>