원문: Ulink Media
작가: 旸谷
최근 네덜란드 반도체 회사 NXP는 독일 회사 Lateration XYZ와 협력하여 초광대역 기술을 활용하여 다른 UWB 제품 및 장치의 밀리미터급 정밀 위치 추적을 구현하는 역량을 확보했습니다. 이 새로운 솔루션은 정밀한 위치 추적 및 추적을 필요로 하는 다양한 응용 분야에 새로운 가능성을 제공하며, UWB 기술 개발 역사에 있어 중요한 진전을 이룹니다.
실제로 현재 UWB 센티미터급 정확도는 위치 추적 분야에서 빠르게 달성되고 있지만, 높은 하드웨어 비용은 사용자와 솔루션 제공업체 모두에게 비용 및 구축 어려움을 어떻게 해결해야 할지 고민거리를 안겨줍니다. 밀리미터급 UWB로의 전환은 과연 필요한 일일까요? 밀리미터급 UWB는 어떤 시장 기회를 가져올까요?
밀리미터 규모의 UWB에 접근하기 어려운 이유는 무엇입니까?
UWB 실내 위치 지정은 고정밀, 고정확도, 고보안성 위치 지정 및 거리 측정 방법으로서 이론적으로는 밀리미터 또는 마이크로미터 정확도에 도달할 수 있지만, 실제 배치에서는 주로 UWB 위치 지정의 실제 정확도에 영향을 미치는 다음과 같은 요소로 인해 오랫동안 센티미터 수준에 머물러 있습니다.
1. 센서 배치 모드가 위치 정확도에 미치는 영향
실제 위치 정확도 해결 과정에서 센서 수의 증가는 중복 정보의 증가를 의미하며, 풍부한 중복 정보는 위치 오차를 더욱 줄일 수 있습니다. 그러나 센서 성능이 아무리 뛰어나도 위치 정확도는 향상되지 않으며, 센서 수가 일정 수준까지 증가하더라도 센서 수 증가에 따른 위치 정확도 기여도는 크지 않습니다. 또한 센서 수의 증가는 장비 비용의 증가를 의미합니다. 따라서 센서 수와 위치 정확도 간의 균형을 어떻게 찾을지, 그리고 UWB 센서를 합리적으로 배치할지가 센서 배치가 위치 정확도에 미치는 영향에 대한 연구의 초점입니다.
2. 다중경로 효과의 영향
UWB 초광대역 위치 신호는 전파 과정에서 벽, 유리, 책상과 같은 실내 물체 등 주변 환경에 의해 반사 및 굴절되어 다중 경로 효과가 발생합니다. 신호의 지연, 진폭, 위상이 변하여 에너지 감쇠와 신호대 잡음비(SNR) 감소를 초래합니다. 이로 인해 처음 도달하는 신호가 직접적이지 않아 거리 오차와 위치 정확도 저하가 발생합니다. 따라서 다중 경로 효과를 효과적으로 억제하면 위치 정확도를 향상시킬 수 있으며, 현재 다중 경로 효과를 억제하는 방법으로는 MUSIC, ESPRIT, 에지 검출 기법 등이 있습니다.
3. NLOS 영향
가시선 전파(LOS)는 신호 측정 결과의 정확성을 보장하기 위한 첫 번째이자 필수 조건입니다. 모바일 위치 측정 대상과 기지국 간의 조건이 충족될 수 없는 경우, 신호 전파는 굴절 및 회절과 같은 비가시선 조건에서만 완료될 수 있습니다. 이때, 첫 번째 도착 펄스의 시간은 TOA의 실제 값을 나타내지 않으며, 첫 번째 도착 펄스의 방향은 AOA의 실제 값이 아니므로 일정한 위치 오차가 발생합니다. 현재 비가시선 오차를 제거하는 주요 방법은 와일리(Wylie) 방법과 상관관계 제거 방법입니다.
4. 인체가 위치 정확도에 미치는 영향
인체의 주요 구성 성분은 수분으로, UWB 무선 펄스 신호에 수분이 흡수되면 강한 흡수 효과가 나타나 신호 강도 감쇠, 거리 정보 편차가 발생하고 최종 위치 효과에 영향을 미칩니다.
5. 신호 투과 약화의 영향
벽이나 다른 물체를 통과하는 신호는 약화되는데, UWB도 예외는 아닙니다. UWB 측위가 일반 벽돌 벽을 통과하면 신호가 약 절반으로 약해집니다. 벽 관통으로 인한 신호 전송 시간 변화도 측위 정확도에 영향을 미칩니다.
인체의 경우 충격의 정확도로 인한 신호 침투는 피하기 어렵습니다. NXP와 독일 LaterationXYZ 회사는 혁신적인 센서 레이아웃 솔루션을 통해 UWB 기술을 향상시킬 예정입니다. 혁신적인 결과에 대한 구체적인 발표는 없었으며, NXP 공식 웹사이트에서 공개된 과거 기술 문서를 통해서만 관련 추측을 할 수 있습니다.
UWB 정확도 향상에 대한 동기 부여에 대해 말씀드리자면, 저는 NXP가 세계 최고의 UWB 기업으로서 현재 국내 제조업체들이 혁신을 주도하고 기술 방어에 적극적으로 나서고 있는 상황에서, 기술 혁신을 주도하고 있는 NXP의 역할이 가장 크다고 생각합니다. 현재 UWB 기술은 아직 개발 초기 단계에 있으며, 비용, 적용 분야, 그리고 규모 측면에서 아직 안정화되지 않았습니다. 현재 국내 제조업체들은 UWB 제품을 최대한 빨리 출시하고 시장을 선점하는 데 주력하고 있으며, UWB 정확도 향상을 위한 혁신에 집중할 시간이 부족합니다. UWB 분야 최고 기업 중 하나인 NXP는 완벽한 제품 생태계와 다년간 축적된 기술력을 바탕으로 UWB 혁신을 더욱 원활하게 추진할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다.
둘째, 이번에 밀리미터급 UWB를 지향하는 NXP 역시 UWB의 미래 개발에 무한한 잠재력이 있다고 보고 있으며, 정밀도 향상을 통해 새로운 응용 분야가 시장에 나올 것으로 확신합니다.
저는 UWB의 이점이 5G "신규 인프라"의 발전과 함께 계속 향상될 것이며, 5G 스마트 역량 강화의 산업 업그레이드 과정에서 그 가치 좌표가 더욱 확대될 것이라고 생각합니다.
이전 2G/3G/4G 네트워크에서 모바일 위치 측정 시나리오는 주로 긴급 전화, 법적 위치 접근 등의 응용 분야에 집중되어 왔으며, 위치 정확도에 대한 요구 사항은 높지 않았습니다. Cell ID 기반 위치 측정 정확도는 수십 미터에서 수백 미터에 달합니다. 5G는 새로운 코딩 방식, 빔 퓨전, 대규모 안테나 어레이, 밀리미터파 스펙트럼 등의 기술을 사용하지만, 넓은 대역폭과 안테나 어레이 기술은 고정밀 거리 측정 및 고정밀 각도 측정의 기반을 제공합니다. 따라서 정확도 분야에서의 또 다른 UWB 스프린트는 관련 시대적 배경, 기술 기반, 그리고 충분한 응용 전망에 의해 뒷받침되며, 이번 UWB 정확도 스프린트는 디지털 지능의 고도화를 위한 사전 계획으로 볼 수 있습니다.
밀리미터 UW는 어떤 시장을 개척할 예정인가요?
현재 UWB 시장 분포는 주로 B-end 분산과 C-end 집중으로 특징지어집니다. 응용 분야에서 B-end는 더 많은 사용 사례를 보유하고 있으며, C-end는 성능 마이닝을 위한 더 넓은 상상력을 제공합니다. 저는 위치 성능에 초점을 맞춘 이러한 혁신이 정밀 위치 측정 분야에서 UWB의 장점을 통합하여 기존 응용 분야의 성능 혁신을 가져올 뿐만 아니라 UWB가 새로운 응용 분야를 개척할 수 있는 기회를 창출한다고 생각합니다.
B-end 시장에서는 공원, 공장, 기업 등의 특정 구역의 무선 환경이 비교적 확실하고, 위치 정확도가 일관되게 보장되는 장면이 적합하며, 이러한 장면에서도 정확한 위치 인식에 대한 수요가 안정적으로 유지되거나, 밀리미터급 UWB가 조만간 시장의 우위를 점하게 될 것입니다.
광산 시나리오에서 지능형 광산 건설의 발전과 함께 "5G+UWB 위치 추적" 융합 솔루션을 통해 지능형 광산 시스템은 단시간 내에 위치 추적을 완료할 수 있으며, 정밀한 위치 추적과 저전력 소모의 완벽한 조화를 이루어 고정밀, 대용량, 긴 대기 시간 등의 특징을 구현할 수 있습니다. 동시에 광산 안전 관리를 기반으로 광산의 안전 및 관리 체계를 확보하는 데 활용될 수 있습니다. 광산 안전 관리에 대한 높은 수요를 바탕으로 UWB는 인력 관리 및 차량 추적에도 활용될 것입니다. 현재 전국에는 약 4,000여 개의 탄광이 있으며, 각 탄광의 기지국 평균 수요는 약 100개 정도입니다. 이를 통해 탄광 기지국 총 수요는 약 40만 개, 전체 탄광 근로자 수는 약 400만 명, 1인당 1개의 태그 수요는 약 400만 개로 추산됩니다. 현재 최종 사용자 단일 시장 가격을 기준으로, UWB "기지국+태그" 하드웨어 시장은 약 40억 달러의 생산 가치를 가지고 있습니다.
광산 및 채광과 유사한 고위험 시나리오와 석유 채굴, 발전소, 화학 공장 등 안전 관리 요구 사항이 더 높은 위치 정확도 요구 사항을 충족하기 위해 UWB 위치 정확도를 밀리미터 수준으로 향상시키면 이러한 분야에서의 이점을 통합하는 데 도움이 될 것입니다.
산업 제조, 창고 및 물류 분야에서 UWB는 비용 절감 및 효율성 향상을 위한 도구로 자리 잡았습니다. UWB 기술이 적용된 휴대용 기기를 사용하는 작업자는 다양한 부품의 위치를 더욱 정확하게 파악하고 배치할 수 있습니다. 창고 관리에 UWB 기술을 통합한 관리 시스템을 구축하면 창고 내 모든 자재와 인력을 실시간으로 정확하게 모니터링하고, 재고 관리 및 인력 관리를 달성하는 동시에 AGV 장비를 통해 효율적이고 오류 없는 무인 자재 회전율을 달성하여 생산 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
또한, UWB의 밀리미터 단위의 발전은 철도 운송 분야에 새로운 응용 분야를 열어줄 수 있습니다. 현재 열차의 능동 제어 시스템은 주로 위성 위치 확인에 의존하고 있으며, 지하 터널 환경이나 도시의 고층 빌딩, 협곡 등에서는 위성 위치 확인이 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다. UWB 기술은 열차 CBTC(중앙 집중식 교통 제어) 위치 확인 및 내비게이션, 충돌 회피 및 충돌 조기 경고, 열차 정밀 정지 등에 활용되어 철도 운송의 안전 및 제어를 위한 더욱 신뢰할 수 있는 기술 지원을 제공할 수 있습니다. 현재 유럽과 미국에서는 이러한 유형의 적용 사례가 분산되어 있습니다.
C-터미널 시장에서 UWB 정밀도를 밀리미터 단위로 향상시키면 차량용 디지털 키 외에도 새로운 응용 분야가 열릴 것입니다. 예를 들어 자동 발레파킹, 자동 결제 등이 있습니다. 동시에, 인공지능 기술을 기반으로 사용자의 이동 패턴과 습관을 "학습"하여 자동 주행 기술의 성능을 향상시킬 수도 있습니다.
가전 분야에서 UWB는 디지털 자동차 키의 차량-기계 상호작용 열풍 속에서 스마트폰의 표준 기술이 될 수 있습니다. UWB의 정확도 향상은 제품 위치 확인 및 검색을 위한 더 넓은 적용 영역을 열어줄 뿐만 아니라, 장비 상호작용 시나리오에서도 새로운 적용 영역을 열어줄 수 있습니다. 예를 들어, UWB의 정확한 범위는 기기 간 거리를 정확하게 제어하여 증강 현실 장면 구성을 조정하고, 게임, 오디오, 비디오 등에서 더 나은 감각 경험을 제공할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 9월 4일