2부: 휴대전화의 진화와 모바일 컨버전스의 조건

전체 모바일 서비스 공급망은 2/2.5G 시대 전반에 걸쳐 ARPU(가입자당 월평균 매출액) 하락 상황에 직면해 있다. 이에 대한 대응으로, 가입자들이 휴대전화를 사용하여 기본 전화 통신 이외에 보다 광범위한 서비스를 활발하게 이용하도록 유도하고 있다.다행히, 3G 대역폭은 다수의 고 부가가치 서비스를 구현하여, 통신사업자들은 음악 파일 공유, 게임 및 스트리밍 비디오 등과 같은 다양한 서비스 활동을 통해서 수익을 창출할 수 있게 되었다. 그러나 필요한 모든 성능을 가장 인기 있는 휴대전화의 폼팩터에 통합하는 작업은 다수의 오디오 신호 처리 및 디바이스 전반의 잡음/전력 관리 측면에서 심각한 과제를 낳고 있다. 이러한 새로운 서비스가 성공적으로 자리매김하기 위해서 휴대전화 설계 엔지니어들은 오디오 재생 성능을 대폭 향상시켜야만 한다.오디오 성능 향상새롭게 등장하고 있는 무선 멀티미디어 서비스의 시장성을 확보하고, ‘비디오 스내킹’, 모바일 TV 등과 같은 다양한 서비스를 위해 보다 향상된 스피커폰이 운용되려면 음량이 풍부하고 좀 더 강력한 스피커 드라이버가 필요하다. 하이파이 오디오는 또한 개인용 음악 서비스 및 음성통화 시 노래방 서비스와 같은 부가가치가 높은 서비스를 위해 헤드폰에서 구현되어야 한다. 그러나 일반적인 휴대전화의 인클로저 크기가 작기 때문에 해당 디바이스가 하이파이 오디오 성능을 발휘하기에는 역부족이다.스피커폰의 성능개선과 관련해 최신 고출력 스피커는 대폭 향상된 오디오 품질을 선사하고 있다. 그러나 높은 공급전압 요구조건은 휴대전화 내부의 다른 부분들의 낮아지는 동작 전압과 상충된다. 따라서 설계 엔지니어들은 디지털 로직과 아날로그 레일 이외에 배터리 전압 수준에 근접하는 안정적인 전력공급을 보장해야 한다.다중 오디오 스트림 관리최신 휴대전화의 여러 가지 전화통신 기능과 첨단 음악 기능이 결합되면서, 다양한 아날로그 및 디지털 포맷으로 구성된 다수의 오디오 스트림을 구현할 수 있게 됐다. 디지털 신호는 일정한 범위의 샘플 레이트와 단어 길이 내에서 존재한다. 간섭현상 없이 다양한 신호가 공존하도록 조정하는 작업은 결코 쉽지 않은 일이다. 그러나 음성통화시 음악재생 또는 다양한 노래방 서비스 옵션과 같은 첨단 엔터테인먼트 기능을 지원하려면 포괄적이고 유연한 믹싱 성능이 요구된다.멀티미디어 휴대전화 설계는 하이파이 품질의 오디오 녹음 및 재생 기능을 구현하는 유연한 디지털 오디오 샘플링 뿐만 아니라, 좀 더 강력한 프로세싱 기능도 요구하고 있다. 예를 들어 여러 대역에서의 이퀄라이제이션이나 3D 사운드 같은 정교한 오디오 프로세싱 기술도 스피커폰 및 헤드폰을 통한 재생 기능을 위해 신호를 최적화하고, 일정 범위의 오디오 효과를 실현하는 데 필수적인 요소로 자리잡을 것이다. 예를 들어, 멀티밴드 이퀄라이저는 사전에 계산된 재즈, 클래식, 락 환경을 자동 조정하여 해당 장르의 원음에 가장 가까운 사운드로 만들어낼 수 있다. 청각 반응에 맞추어 필터를 조정하고 헤드폰이나 스피커폰을 통해 청취함으로써 설계 엔지니어들은 소형 크기의 휴대전화와 상대적으로 제한적인 스피커 반응에 따른 결점을 일부 보완할 수 있다.전력관리멀티미디어 전화가 다양한 부가 기능을 제공하더라도, 사용자들은 배터리를 자주 충전하는 것을 원치 않을 것이다. RF 부분이 소비전력의 대부분을 지속적으로 차지하고 있기 때문에, 적절한 전력관리 전략이 마련될 경우, 정교한 오디오는 전력소비에 거의 영향을 미치지 않고서도 구현할 수 있다.신호 경로를 주의해서 설계하고 동작시키는 경우, 필요하지 않는 부분에 대해 철저한 회로 제어를 통해 동작을 중지시킬 수 있다. 예를 들어, 음성 메모 동작은 기본적인 모노 오디오만을 필요로 하기 때문에 하나의 ADC만으로 작동될 수 있다. 따라서 스테레오 오디오 신호연결에 있는 2개 DAC와 DSP의 소비전력을 절감할 수 있다. 음성통화에서 샘플 레이트는 음성품질을 크게 훼손하지 않고도 전력을 절감하기 위해 줄일 수 있다. 좀 더 정교한 전력 절감 기술은 오디오 출력과 전력소비 간의 최적화된 균형을 이끌어내기 위해 아날로그 전압 레벨을 줄이는 방법이 포함될 수 있다.모바일 멀티미디어를 위한 통합형 오디오 허브따라서 휴대전화 설계 엔지니어는 초소형 풋프린트 및 휴대전화 시장의 짧은 설계주기를 고려해 스피커 드라이브, 신호 프로세싱, 잡음 성능, 전력관리 요구와 관련하여 발생하는 다양한 문제들을 해결해야 한다. 세련된 오디오 성능이 동반된 초고집적 기술이 요구된다. 통합형 베이스밴드 칩셋 접근방법은 무선 인터페이스 상에서 데이터 속도를 낮추기 위해 채널 코딩 및 압축/압축해제 알고리즘을 수행하는 저전압 DSP와 혼합신호 음성 코덱(vocoder), 아날로그 프론트 엔드로 구성된다. 이 방법은 2G/2.5G 통신망에서 기본적인 전화통신을 성공적으로 지원해왔다. 차세대 멀티미디어 서비스가 요구할 특수음을 전달하려면 휴대전화는 오디오 중심적인 접근법을 통해서 진정한 스테레오 오디오 코덱 성능, 오디오 효과를 위해 더욱 강력해진 DSP, 유연한 스피커 출력 등을 구현해야 한다.이러한 모든 것은 고성능 3D 서라운드사운드 기능, 멀티밴드 이퀄라이저, 자동 레벨 조정, 베이스 강화를 지원하는 통합형 휴대전화 오디오 허브(그림 1. WM8983 기능 블록도)를 설계하기 위해서, 하이엔드 오디오 디자인 특성과 혼합신호 아키텍처를 활용하도록 강조되고 있다. 예를 들어, 울프슨 마이크로일렉트로닉스의 WM8983 스테레오 오디오 코덱은 24비트 고차 오버샘플링(over-sampling) ADC와 하이파이 DAC 환경에서 이러한 기능 전체를 구현한다.따라서 새로운 디바이스는 뮤직 폰 코덱 디자인과 관련된 문제를 하이파이 오디오 설계 관점에서 접근한다. 이것은 기존의 베이스밴드 코덱을 단순히 재설계하는 경우에 비해 유연성과 오디오 품질을 개선할 수 있는 좋은 접근법이다. 이 디바이스는 스테레오 아날로그 신호 또는 ‘경보음’을 위한 보조 입력들도 제공한다. 이것은 휴대기기와 호환되는 홈 오디오 시스템의 도래를 알리는 하이엔드 오디오 설계 철학의 단면을 보여준다.WM8983 역시, 특정 주파수대에서 소음을 제거하기 위하여, 다양한 디지털 애플리케이션 필터링 기능을 구현한다. 예를 들어, 대역소거필터(여파기)로서 윈드 노이즈 필터, 프로그램 가능 IIR 필터 등이 구현된다. 소프트웨어보다 전용 하드웨어 내에서 디지털 프로세싱을 실행함으로써 휴대전화 설계 엔지니어들은 디바이스의 메인 멀티미디어 프로세서에 부과되는 프로세싱 부하를 줄일 수 있으며, 그 결과 추가 비용, 메모리, 전력소비 등을 절감할 수 있다.하이파이 녹음을 위한 오디오 루프백 기능을 갖춘 WM8983의 전용 입·출력 오디오 믹서 외에도 스피커용 출력 드라이버, 헤드폰, 차동 또는 스테레오 라인 출력 장치뿐 아니라 두 대의 마이크로폰 증폭기가 있다. 따라서 별도의 스피커 및 헤드폰 증폭기가 필요 없어 사용되는 부품 수 및 신호경로의 길이를 줄일 수 있다.애플리케이션 중심의 접근법을 통해서 통화시 전화 수신자가 전화 건 사람의 음성과 음악을 들을 수 있는 오디오 재생 기능, 혹은 MP3 또는 FM 라디오를 들으면서 정상적으로 휴대전화를 사용할 수 있도록 지원하는 기능 등 새로운 서비스 시나리오가 가능해진다. 이밖에 뮤직폰 사용자의 관심을 유도할 수 있는 다른 기능으로 음성통화가 이루어지는 동안에 헤드폰에서 재생되고 12S 포맷에서 녹음될 수 있도록 완벽한 믹싱 성능을 발휘하는 노래방 기능을 들을 수 있으며, MMS 또는 이메일을 통해 노래방 파일 공유가 활성화될 수 있다. WM8983과 같은 디바이스에 구현된 유연한 디지털 및 아날로그 인터페이스는 벨소리 또는 미디 파일과 같은 합성 콘텐츠가 서로 다른 샘플 레이트에서 오디오 또는 음성과 믹싱될 수 있도록 다양성을 배가시킨다.전력 절감을 위한 통합유연한 멀티미디어 기능 지원에 필요한 다수의 신호 경로는 설계 엔지니어들이 미사용 회로의 전원을 차단하고, 최적의 오디오 품질과 최소 전력소비를 위해 아날로그 바이어스 및 디지털 신호 레벨을 조정하여 다양한 절전 모드를 구현할 수 있도록 한다(그림 2. WM8983의 신호 경로). 울프슨은 WM8983 제품에 이러한 기법을 적용함으로써 휴대전화를 사용하는 모든 서비스 환경에서 전력소비를 최소화할
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