반도체 전문 온라인 매거진 - 올포칩

근거리 무선 전송 기술인 블루투스는 4세대 블루투스 기술로서 저전력 전송 기술이 개발되면서 스포츠 및 의료 분야의 다양한 웨어러블 기기의 1차 연결성을 제공하는 대표 기술로 인식되기 시작하였으며 웨어러블 기기와 함께 성장하였다. 그 결과 블루투스 활용 기기의 연간 판매량은 2019년에 42억 대를 넘어섰다. 또한 최신 5세대 블루투스 5 표준은 저전력 고속·원거리 전송, 애드버타이징 개선, 위치 측위, 저전력 음성 전송 등 새로운 기술들이 추가되면서 웨어러블 생태계에 혁신을 가져올 것으로 기대되고 있다.

                                                                                                       (자료: 블루투스 SIG, 단위: 10억개)

​

블루투스 SIG는 블루투스 5 기술인 v5.0을 2016년 1월에 발표하였고 이후 2번의 개정판을 2019년 1월(v5.1)과 2019년 12월(v5.2)에 추가로 발표하였다. 블루투스 5 기술에 개발된 주요 기술들을 보면, v5.0 표준은 기존 BLE 기술(v4.2)의 데이터 전송 제약을 극복하기 위해 2M 전송 및 원거리 전송 기술과 Advertising 개선 기술이 개발되었고, v5.1 표준에서 위치 측위 기술이 추가되었으며, v5.2에서 새로운 저전력 오디오 전송 기술이 새로이 정의되었다. 이러한 기술들은 블루투스를 활용하는 웨어러블 기기의 발전에 영향을 줄 수 있다.

BLE 기술은 근거리에서 적은 양의 데이터를 빠르게 보낼 수 있도록 설계되었지만 해당 기술이 웨어러블 같이 다양한 기기들에 적용되면서 축적된 다량의 정보 전송을 위한 대역폭 개선과 큰 건물과 운동장 같은 넓은 공간에서 전송 품질 개선 같은 새로운 요구사항이 발생하게 되었다.

블루투스 표준제정과 주요 활용동향 (자료: 소프트웨어정책연구소)

우선 전송 속도 개선을 위해서 기존 1Msym/s의 동작 속도를 2Msym/s으로 증가시켜 기술적 난이도를 최소화하며 전송 속도를 2배로 개선하였다. 그리고 전송거리 향상을 위해 기존 BLE의 최대 전송 파워를 기존 10mW에서 100mW로 10배 늘렸으며, FEC(Forward Error Correction) 기술을 새로 적용하기 위해 링크 계층에서 새로운 패킷 포맷을 정의하고, 패킷 처리 절차를 변경하였다. 이러한 기술 변화로 최초 BLE의 데이터 전송량인 약 300kbps에서 블루투스 5는 전송속도를 1.4Mbps로 4.6배 향상시켰으며, 전송거리는 야외에서 기존 약 100m에서 최대 약 1km로 크게 증가시켰다.

BLE는 기존 블루투스 기술(BR/EDR)의 연결 속도 개선을 고려하여 애드버타이징(Advertising) 동작을 설계하였다. 블루투스 5에서 복수의 애드버타이징 메시지들로 긴 데이터를 분할하여 보낼 수 있는 확장된(Extended) 애드버타이징 방식을 새로 정의했으며 3개에 불과한 애드버타이징 채널의 효율적 동작을 위해 데이터 채널에서 애드버타이징 메시지를 보낼 수 있도록 Primary Advertising과 Secondary Advertising으로 동작을 2단계로 구분할 수 있는 다양한 보조적인(Auxiliary) 애드버타이징 동작 방식들도 정의되었다.

또한 블루투스 5에는 기기의 정확한 거리, 방향을 측정할 수 있는 새로운 위치 측위 기술이 도입되었다. 이는 기존 BLE의 애드버타이징 기술을 활용하여 주변에서 존재 유무를 알 수 있는 원시적인 Proximity 서비스를 제공하던 것에 비해 크게 진화한 것이다. 블루투스 위치 측위 기기 판매량의 연평균 성장률은 전체 블루투스 기기 판매량 성장률 8%의 4배에 이르는 32%가 예상될 정도로 급성장하고 있다. 만약 블루투스 위치 측위 기술과 메시 기술을 동시에 구현한다면 건물 내의 전등 제어, 온도 조절 기능을 동시에 제공 가능하다는 장점도 있다.

블루투스 오디오 기기 시장은 전체 블루투스 기기 판매량의 약 1/4을 넘을 정도로 규모가 가장 크고 안정적인 시장이다. 현재 무선 이어폰 기기들은 오디오 전송을 위해 BR/EDR 기반 블루투스를 활용하고 있으나, 블루투스 5의 저전력 오디오 전송 기술을 활용하면 기존 기술보다 안정성, 효율성, 저전력성에서 우월하고 복수의 오디오 스트림 전송, 기기간 오디오 스트림 공유 같은 새로운 기능들을 추가할 수 있다.

BLE의 낮은 전력 소모를 유지하면서 오디오 전송 품질을 제공하기 위해 Isochronous 전송 기술이 새로 개발되었다. 이 기술은 독립된 좌우 보청기 기기에 개별 오디오 스트림을 전송하기 위해 스트림간 엄격한 동기화, 전송 시간 제약, 패킷 재전송 기술이 적용되었다. 저전력 오디오 전송 기술에 의해 블루투스는 보청기라는 웨어러블 기기를 새로운 시장으로 받아들일 수 있게 되었으며, 기존 블루투스 오디오 기기의 전력 소모 개선과 오디오 스트림 공유 같은 새로운 기술 혁신으로 시장 확대를 기대할 수 있게 되었다.

이 기사는 소프트웨어정책연구소의 권영환 선임연구원의 '웨어러블 기기를 위한 5세대 블루투스의 주요 기술'에서 발췌한 것입니다. (원본: PDF 파일 다운로드)