UWB 위치 추적 및 포지셔닝 기술

울트라 와이드밴드(UWB)는 무선 통신용 단거리 RF 기술로, 사람, 기기, 자산의 위치를 이론적으로도 뛰어난 정확도로 감지할 수 있습니다. 블루투스와 와이파이 등 다른 통신 프로토콜과 마찬가지로, UWB는 라디오 파장을 통해 장치 간 데이터를 전송할 수 있습니다. 이를 위해 짧은 나노초 펄스를 사용하여 "울트라 와이드" 범위의 주파수에서 통신합니다.

UWB 기술은 넓은 주파수 스펙트럼(최소 500 MHz 또는 중심 주파수의 20%)을 가로지르는 십억 개의 라디오 펄스를 나노초마다 패턴으로 전송합니다. 이 신호는 송신기에서 수신기 또는 수신기 간에 전송됩니다. 수신 장치는 들어오는 패턴을 분석하고 데이터로 변환합니다. 이를 통해 장치들은 짧은 거리 내에서 빠르게 데이터를 전송할 수 있을 뿐만 아니라, 이 UWB 신호는 장치의 위치를 정확하게 감지하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이를 통해 UWB 기능을 탑재한 장치(스마트폰 또는 센서 및 앵커와 같은)는 다른 스마트폰이나 자산 추적 태그와 같은 송신 장치를 정확하게 위치시키고, 특정 응용 프로그램에서 위치 인식 통신과 서비스를 가능하게 합니다.

최신 스마트폰 및 다른 기술에서 최근 채택되어 새로운 첨단 기술처럼 보일 수 있지만, UWB 기술은 수십 년간 적용되어 왔습니다. 많은 해 동안 그 사용은 제한되거나 군사 레이더 및 통신 응용 분야에서 "펄스 라디오"라는 이름으로 대개 볼 수 있었습니다. 2002년 FCC에서 라이선스 없는 사용을 승인한 이후, UWB 기술은 혁신과 발전을 거듭하며, 혁신적인 위치 기반 기능을 해제하는 시작점이 되었습니다.

다수의 대형 업체들이 UWB의 다양한 가능성을 깨달았으며, UWB 탑재 솔루션을 개발하거나 출시하기 시작했습니다. 그 중에서 가장 주목할 만한 업체 중 하나인 Apple은 iPhone 11 출시와 함께 새로운 U1 초광대역 칩을 탑재하여 UWB 기술을 구현하기 시작했습니다. 삼성과 같은 다른 기업들도 이에 따라 일부 최신 스마트폰 및 기타 장치에 UWB 기술을 구현하기 시작했습니다. 구글도 안드로이드 기기에서 UWB를 사용하는 애플리케이션을 가능하게하는 API 개발에 착수하고 있습니다.

이제는 다양한 종류의 장치에 내장할 수 있는 충분히 작은 하드웨어 구성 요소를 갖춘 비용 효율적인 선택지입니다. NFL은 심지어 선수들의 실시간 위치와 움직임을 추적하기 위해 초광대역 기술을 사용합니다. 선수들의 어깨 패드에 UWB 칩을 장착하여 리그가 경기 도중 선수들이 어떻게 움직이는지 분석할 수 있습니다. NXP와 폭스바겐은 UWB를 자동차에 사용하여 보다 안전하고 편리한 차량 경험을 제공하는 가능성을 탐구하고 있습니다. 이와 함께, UWB 기술 개발의 선두주자들 중에는 UWB 얼라이언스와 FIRA를 비롯한 컨소시엄 및 다양한 UWB 하드웨어 업체들이 있습니다. 이들은 특정 사용 사례에 따라 다양한 UWB 칩, 앵커 및 태그를 제공합니다. 어떤 전문가들은 UWB 기술이 곧 블루투스와 와이파이만큼 보편적으로 사용될 것이며, 일부는 BLE를 대체하여 단거리 통신 및 위치 확인의 주요 표준으로 자리 잡을 것으로 예측합니다.

다수의 대형 업체들이 UWB의 다양한 가능성을 깨달았으며, UWB 탑재 솔루션을 개발하거나 출시하기 시작했습니다. 그 중에서 가장 주목할 만한 업체 중 하나인 Apple은 iPhone 11 출시와 함께 새로운 U1 초광대역 칩을 탑재하여 UWB 기술을 구현하기 시작했습니다. 삼성과 같은 다른 기업들도 이에 따라 일부 최신 스마트폰 및 기타 장치에 UWB 기술을 구현하기 시작했습니다. 구글도 안드로이드 기기에서 UWB를 사용하는 애플리케이션을 가능하게하는 API 개발에 착수하고 있습니다.

이제는 다양한 종류의 장치에 내장할 수 있는 충분히 작은 하드웨어 구성 요소를 갖춘 비용 효율적인 선택지입니다. NFL은 심지어 선수들의 실시간 위치와 움직임을 추적하기 위해 초광대역 기술을 사용합니다. 선수들의 어깨 패드에 UWB 칩을 장착하여 리그가 경기 도중 선수들이 어떻게 움직이는지 분석할 수 있습니다. NXP와 폭스바겐은 UWB를 자동차에 사용하여 보다 안전하고 편리한 차량 경험을 제공하는 가능성을 탐구하고 있습니다. 이와 함께, UWB 기술 개발의 선두주자들 중에는 UWB 얼라이언스와 FIRA를 비롯한 컨소시엄 및 다양한 UWB 하드웨어 업체들이 있습니다. 이들은 특정 사용 사례에 따라 다양한 UWB 칩, 앵커 및 태그를 제공합니다. 어떤 전문가들은 UWB 기술이 곧 블루투스와 와이파이만큼 보편적으로 사용될 것이며, 일부는 BLE를 대체하여 단거리 통신 및 위치 확인의 주요 표준으로 자리 잡을 것으로 예측합니다.

UWB는 ToF를 통해 위치를 결정할 수 있게 합니다. 이는 신호가 장치 간에 이동하는 데 걸리는 시간을 계산하여 송수신기 간의 거리를 정확하게 측정할 수 있게 합니다. 일부 시나리오에서는 장치 위치의 X, Y 및 Z 좌표도 감지할 수 있으며, 이를 통해 UWB가 제공하는 위치 지정에 추가적인 차원을 더할 수 있습니다. 사용 사례나 애플리케이션에 따라 ToF 계산 방법이 달라질 수 있습니다.

UWB 위치 측정에서는 Time Difference of Arrival (TDoA)와 Two-Way Ranging (TWR)라는 두 가지 기본 기술을 사용할 수 있습니다.

UWB는 ToF를 통해 감지할 수 있는 빠른 나노초 펄스와 다른 RF 전송과의 제한된 간섭 덕분에, 최적의 조건과 배치에서 50cm 미만의 정확도로 정확한 실내 위치 추적이 가능하며, 실시간 결과로 디바이스의 움직임과 동작도 빠르게 추적할 수 있습니다.

다른 실내 위치 기술과 비교했을 때, UWB는 월등한 위치 정확도를 제공합니다. 다른 표준은 일반적으로 위치를 결정하기 위해 수신 신호 강도 지표 (RSSI)를 활용하며 BLE (

UWB는 장치의 위치를 200미터 이하의 범위에서 감지할 수 있습니다. 그러나, 대개 1-50미터의 짧은 거리에서 가장 효과적으로 작동하며, 장치나 앵커 간에 시야가 확보된 경우 가장 좋은 결과를 얻을 수 있습니다. 짧은 거리에서 UWB는 매우 정확하고 빠르며 안전한 통신을 제공하며, 최소한의 간섭을 유지할 수 있습니다.

각 RF 표준마다 고유한 특성과 이점이 있으며, 개별 요구 사항, 예산, 시설 및 특정 위치 기반 사용 사례에 따라 적합한 옵션이 될 수 있습니다. UWB와 다른 기술 사이의 가장 중요한 차이점은 넓은 주파수 스펙트럼과 제공할 수 있는 정확도 수준입니다. UWB의 정확도는 절대 위치와 실시간 이동이 중요한 자산 추적 시나리오와 같은 고급 실내 위치 기반 사용 사례에서 특히 효과적인 옵션입니다.