With the widespread use of smartphones, the display form has also evolved from a fixed type to a head-mounted display (HMD) type devices represented by VR and AR, which can be used while moving. Along with these changes, demands for various characteristics are increasing in communication between devices and displays. Depending on the characteristics of use while moving, a wireless connection method is required, and as the display is placed close to the eyes, a low latency is required to avoid motion sickness. In addition, a very fast transmission speed is required due to the number, resolution, and refresh rate of displays that are increasing compared to existing displays. 60 GHz wireless communication system has the characteristics of ultra-high speed and low latency based on a wide bandwidth. However, in case of using an existing standard dedicated channel for data transmission, there is a disadvantage of an additional delay time of up to 50 ms occurs due to an additionally required protocol when transmitting and receiving video in real time. In addition, the attenuation by water and oxygen molecules in the air is severe compared to other frequencies, and communication is easily blocked by the body or similar obstacles.In this paper, a new 60GHz wireless communication system is proposed to apply the high transmission speed and low latency of 60 GHz wireless communication to the wireless connection of HMD. An CMOS 60GHz transceiver chipset, an antenna-in-package (AiP) and a testbench PCB for operation were implemented, measured and tested. Also, full HD video real time transmission was tested. By establishing a channel for video transmission, full HD video is transmitted in real time without additional protocols, while having a delay time of less than 1 ms, which is equivalent to that of a wired connection. Also, by applying beamforming technology using a phased array antenna, a transceiver system using a AiP with a spherical coverage was implemented which is not blocked by obstacles. By increasing the degree of integration, the package size has been reduced to 53% (19.5mm x 17.9mm -> 14mm x 13.2mm) for the transmitter and 69% (16.3mm x 15.5mm -> 13.2mm x 13.2mm) for the receiver compared to the previous package. Power consumption was reduced to 30% (current consumption 1.5A -> 500mA) for the transmitter and 25% (current consumption 1A -> 250mA) for the receiver, by improving the performance of the phased array transmitter and receiver, while maintaining the same transmission/reception distance. The maximum transmission/reception distance confirmed by full HD video real-time transmission was 280cm, the maximum transmission speed confirmed at the maximum distance was 3Gbps, and the average transmission distance per transmitter/receiver was 230cm, and the spherical transmission range was confirmed at a distance of 90cm.
스마트폰이 널리 보급되면서 디스플레이의 형태 또한 고정형에서 착용한 채 이동하면서 사용하는 형태로 발전하였고 이에 따라 VR, AR로 대표되는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display, HMD) 형태의 기기들의 사용량이 증가하고 있다. 이런 변화에 따라 기기와 디스플레이 간 통신에도 다양한 특성에 대한 요구가 늘어나고 있다. 이동하면서 이용하는 특성에 따라 연결 방식에 무선화가 요구되며, 디스플레이가 눈에 가까이 배치되면서 멀미를 유발하지 않기 위한 낮은 지연속도가 필요하다. 그리고 기존의 디스플레이에 비해 증가하고 있는 디스플레이의 개수 및 해상도와 주사율로 인해 매우 빠른 전송속도를 필요로 한다. 60기가헤르츠 무선통신은 넓은 대역폭을 바탕으로 초고속, 저 지연시간이 가능한 특성을 지니지만 기존 표준의 데이터 전송 전용 채널을 이용하는 경우 실시간으로 동영상을 송수신할 시 추가로 요구되는 프로토콜로 인해 최대 50ms의 추가적인 지연시간이 발생하는 단점이 있다. 또한 공기중의 물과 산소 분자에 의한 감쇄가 다른 주파수에 비해 심하고, 신체 또는 유사한 장애물에 쉽게 통신이 가로막히는 단점을 지니고 있다.본 논문에서는 60기가헤르츠 무선통신의 빠른 전송속도와 낮은 지연시간을 HMD의 무선연결에 적용하기 위한 새로운 시스템을 제안하고 안테나-인-패키지(Antenna-in-Package, AiP)와 구동을 위한 테스트 벤치 PCB를 구현하여 측정 및 풀 HD 급 동영상을 실시간으로 전송하여 수신 및 디스플레이에 출력하는 실험을 진행하였다. 동영상 전송 전용 채널을 구축하여 추가적인 프로토콜 없이 실시간으로 풀 HD 급 동영상을 전송하는데 1ms 이하의 유선 연결 급 지연시간을 가지면서 동시에 위상 배열 안테나를 이용한 빔포밍 기술을 적용하여 장애물에 통신이 가로막히지 않고 구형의 통신범위를 갖는 패키지를 이용한 송수신 시스템을 구현하였다. 집적도를 증가시켜 기존 대비 패키지 사이즈를 송신기는 53% (19.5mm x 17.9mm -> 14mm x 13.2mm), 수신기는 69% (16.3mm x 15.5mm -> 13.2mm x 13.2mm)로 감소시켰고, 위상배열 송신기, 수신기의 성능을 향상시켜 동일한 송수신 거리를 유지하면서도 송신기는 30%(소비 전류 1.5A -> 500mA), 수신기는 25%(소비 전류 1A -> 250mA) 수준으로 전력 소모를 낮췄다. 풀 HD급 동영상 실시간 전송으로 확인한 최대 송수신 거리는 280cm이고 최대 거리에서 확인한 최고 전송속도는 3Gbps이며, 송수신기 별 평균 전송거리는 230cm이고 90cm 거리에서 구형 전송범위를 확인하였다.
