원본 출처: Ulink Media
작가: 旸谷
최근 네덜란드 반도체 회사 NXP는 독일 회사 Lateration XYZ와의 협력을 통해 초광대역(UWB) 기술을 활용하여 다른 UWB 제품 및 장치의 밀리미터급 정밀 위치 제어를 구현하는 데 성공했습니다. 이 새로운 솔루션은 정밀한 위치 제어 및 추적이 필요한 다양한 응용 분야에 새로운 가능성을 열어주며, UWB 기술 개발 역사에 중요한 진전을 가져왔습니다.
사실 현재 UWB 센티미터급 정확도는 위치 측정 분야에서 빠르게 발전해 왔지만, 높은 하드웨어 비용으로 인해 사용자 및 솔루션 제공업체는 비용 및 구축상의 어려움에 대한 고민에 빠져 있습니다. 이러한 상황에서 밀리미터급으로의 "롤아웃"이 과연 필요한 것일까요? 그리고 밀리미터급 UWB는 어떤 시장 기회를 가져올까요?
밀리미터 스케일의 UWB 구현이 어려운 이유는 무엇일까요?
고정밀, 고정밀, 고보안 위치 측정 및 거리 측정 방식인 UWB 실내 위치 측정은 이론적으로 밀리미터 또는 마이크로미터 수준의 정확도를 달성할 수 있지만, 실제 구축에서는 오랫동안 센티미터 수준에 머물러 왔습니다. 이는 주로 UWB 위치 측정의 실제 정확도에 영향을 미치는 다음과 같은 요인 때문입니다.
1. 센서 배치 방식이 위치 정확도에 미치는 영향
실제 위치 측정 정확도 문제 해결 과정에서 센서 개수가 증가하면 중복 정보도 증가하고, 이러한 풍부한 중복 정보는 위치 오차를 더욱 줄일 수 있습니다. 그러나 최적의 센서를 사용한다고 해서 위치 측정 정확도가 향상되는 것은 아니며, 센서 개수가 일정 수준 이상으로 증가하면 센서 개수 증가에 따른 위치 측정 정확도 향상 효과는 미미해집니다. 또한 센서 개수 증가는 장비 비용 증가를 의미합니다. 따라서 센서 개수와 위치 측정 정확도 사이의 균형점을 찾아 UWB 센서를 합리적으로 배치하는 것이 센서 배치가 위치 측정 정확도에 미치는 영향 연구의 핵심 과제입니다.
2. 다중경로 효과의 영향
UWB(초광대역) 위치 측정 신호는 전파 과정에서 벽, 유리, 책상과 같은 실내 물체 등 주변 환경에 의해 반사 및 굴절되어 다중경로 효과를 나타냅니다. 신호의 지연, 진폭, 위상이 변화하면서 에너지 감쇠와 신호 대 잡음비(SNR)가 감소하고, 최종적으로 도달하는 신호가 직접적이지 않게 되어 거리 측정 오차와 위치 정확도 저하를 초래합니다. 따라서 다중경로 효과를 효과적으로 억제하면 위치 정확도를 향상시킬 수 있으며, 현재 다중경로 억제 방법으로는 MUSIC, ESPRIT, 에지 검출 기법 등이 주로 사용됩니다.
3. NLOS 영향
가시선 전파(LOS)는 신호 측정 결과의 정확도를 보장하는 첫 번째이자 필수 조건입니다. 이동 측위 대상과 기지국 간의 조건이 충족되지 않을 경우, 신호는 굴절이나 회절과 같은 비가시선 조건에서만 전파될 수 있습니다. 이 경우, 최초 도달 펄스의 시간은 실제 도착 시간(TOA)을 나타내지 않으며, 최초 도달 펄스의 방향 또한 실제 도착각(AOA)을 나타내지 않아 측위 오차가 발생합니다. 현재 비가시선 오차를 제거하는 주요 방법으로는 와일리(Wylie) 방법과 상관 제거 방법이 있습니다.
4. 인체가 위치 정확도에 미치는 영향
인체의 주성분은 물이며, 물은 UWB 무선 펄스 신호에 강한 흡수 효과를 일으켜 신호 강도 감쇠, 거리 정보 오차를 유발하고 최종 위치 측정 결과에 영향을 미칩니다.
5. 신호 투과율 약화의 영향
벽이나 기타 장애물을 통과하면 신호가 약해지는데, UWB도 예외는 아닙니다. 일반적인 벽돌 벽을 통과할 경우 UWB 신호는 약 절반으로 약해집니다. 벽을 통과하면서 신호 전송 시간이 변하면 위치 정확도에도 영향을 미칩니다.
인체의 특성상 충격의 정확도로 인해 발생하는 신호 침투 문제를 피하기는 어렵습니다. NXP는 독일 LaterationXYZ사와 협력하여 혁신적인 센서 배치 솔루션을 통해 UWB 기술을 향상시킬 예정입니다. 아직 구체적인 혁신 성과는 공개되지 않았으며, NXP 공식 웹사이트에 게재된 과거 기술 자료를 통해 관련 내용을 추측해 볼 수밖에 없습니다.
UWB 정확도 향상에 대한 동기에 대해 말씀드리자면, 이는 무엇보다도 세계적인 UWB 선도 기업인 NXP가 국내 제조업체들의 대규모 혁신과 기술 방어 상황에 대응하기 위한 전략이라고 생각합니다. 현재 UWB 기술은 여전히 발전 초기 단계에 있으며, 그에 따른 비용, 적용 분야, 규모 등이 아직 안정화되지 않았습니다. 이러한 상황에서 국내 제조업체들은 UWB 제품을 최대한 빨리 출시하고 보급하여 시장을 선점하는 데 집중하느라 UWB 정확도 향상과 같은 혁신에는 신경 쓸 겨를이 없습니다. 반면 UWB 분야 최고 기업 중 하나인 NXP는 완벽한 제품 생태계와 오랜 기간 축적해 온 기술력을 바탕으로 UWB 혁신을 더욱 수월하게 추진할 수 있었습니다.
둘째로, NXP는 이번에 밀리미터급 UWB를 목표로 삼으면서 UWB의 미래 발전 가능성이 무한하다고 보고 있으며, 정밀도 향상이 새로운 응용 분야를 시장에 선보일 것이라고 확신하고 있습니다.
제 생각에는 5G "신 인프라"의 발전과 함께 UWB의 잠재력은 계속해서 향상될 것이며, 5G 스마트화라는 산업 고도화 과정에서 그 가치 범위가 더욱 확대될 것입니다.
이전 2G/3G/4G 네트워크에서는 모바일 위치 확인 시나리오가 주로 긴급 전화, 법적 위치 접근 등의 응용 분야에 집중되었으며, 셀 ID 기반의 대략적인 위치 정확도(수십 미터에서 수백 미터)에 대한 요구 수준은 높지 않았습니다. 그러나 5G는 새로운 코딩 방식, 빔 융합, 대규모 안테나 어레이, 밀리미터파 대역 등의 기술을 활용하여 넓은 대역폭과 안테나 어레이 기술을 통해 고정밀 거리 측정 및 고정밀 각도 측정을 가능하게 합니다. 따라서 UWB 기술을 이용한 정확도 향상은 시대적 배경, 기술적 기반, 그리고 충분한 응용 전망을 바탕으로 다시 한번 주목받고 있으며, 이는 디지털 지능화의 도약을 위한 사전 준비 단계로 볼 수 있습니다.
Millimetre UW는 어떤 시장을 개척할 계획인가요?
현재 UWB 시장은 주로 B급 시장에는 분산되어 있고 C급 시장에는 집중되어 있는 양상을 보입니다. 응용 분야를 살펴보면 B급 시장은 활용 사례가 더 많고, C급 시장은 성능 향상을 위한 무궁무진한 가능성을 지니고 있습니다. 제 생각에는 위치 측정 성능에 초점을 맞춘 이번 혁신은 정밀 위치 측정 분야에서 UWB의 장점을 더욱 공고히 하여 기존 응용 분야의 성능 혁신을 가져올 뿐만 아니라 UWB가 새로운 응용 분야를 개척할 수 있는 기회를 창출할 것입니다.
B급 시장의 경우, 공원, 공장, 기업체 등 특정 지역의 무선 환경이 비교적 안정적이고 위치 정확도를 꾸준히 보장할 수 있으며, 이러한 환경에서는 정확한 위치 인식에 대한 수요가 지속적으로 유지되거나, 머지않아 밀리미터급 UWB가 시장의 경쟁 우위를 점하게 될 것입니다.
광산 환경에서 지능형 광산 건설이 발전함에 따라 "5G+UWB 위치 측정" 융합 솔루션은 지능형 광산 시스템이 매우 짧은 시간 내에 위치 측정을 완료하고, 정밀한 위치 측정과 저전력 소비의 완벽한 조합을 달성하며, 고정밀, 대용량, 장시간 대기 등의 특징을 구현할 수 있게 합니다. 동시에 광산 안전 관리에 기반하여 광산의 안전과 안전 관리를 보장하는 데 활용될 수 있습니다. 또한, 광산 안전 관리에 대한 엄격한 요구 사항을 충족하기 위해 UWB는 인력 관리 및 차량 추적과 같은 일상적인 관리에도 사용될 수 있습니다. 현재 우리나라에는 약 4,000개의 탄광이 있으며, 각 탄광의 평균 기지국 수요는 약 100개 정도입니다. 이를 고려하면 탄광 기지국의 총 수요는 약 40만 개로 추산할 수 있습니다. 탄광 종사자 수는 약 400만 명이며, 1인 1태그 기준으로 UWB 태그 수요는 약 400만 개에 달합니다. 현재 최종 사용자의 1인당 시장 가격을 기준으로 할 때, 탄광 지역의 UWB "기지국 + 태그" 하드웨어 시장 규모는 약 40억 위안에 이릅니다.
광업 및 석유 추출, 발전소, 화학 공장 등과 같은 고위험 시나리오에서는 위치 정확도에 대한 안전 관리 요구 사항이 더욱 높습니다. UWB 위치 정확도를 밀리미터 수준으로 향상시키면 이러한 분야에서 UWB의 강점을 더욱 공고히 할 수 있습니다.
산업 제조, 창고 및 물류 분야에서 UWB(초광대역)는 비용 절감과 효율성 향상을 위한 도구로 자리 잡았습니다. UWB 기술이 적용된 휴대용 기기를 사용하는 작업자는 다양한 부품의 위치를 더욱 정확하게 파악하고 배치할 수 있습니다. UWB 기술을 통합한 창고 관리 시스템을 구축하면 창고 내 모든 종류의 자재와 인력을 실시간으로 정확하게 모니터링하고 재고 관리, 인력 관리를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, AGV(자동 운반 로봇) 장비를 통해 효율적이고 오류 없는 무인 자재 이동을 구현하여 생산 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
또한, UWB 기술의 밀리미터 단위 발전은 철도 운송 분야에 새로운 응용 가능성을 열어줍니다. 현재 열차의 능동 제어 시스템은 주로 위성 위치 확인에 의존하고 있는데, 지하 터널 환경이나 도심 고층 건물, 협곡 등에서는 위성 위치 확인의 오류 발생 가능성이 높습니다. 열차 CBTC의 위치 확인 및 내비게이션, 열차 간 충돌 방지 및 조기 경고, 열차 정밀 정지 등에 UWB 기술을 적용하면 철도 운송의 안전과 제어에 더욱 안정적인 기술적 지원을 제공할 수 있습니다. 현재 유럽과 미국에서는 이러한 기술의 적용 사례가 일부 나타나고 있습니다.
C-단말기 시장에서 UWB 기술의 밀리미터급 정밀도 향상은 차량용 디지털 키 외에도 자동 발렛 파킹, 자동 결제 등 새로운 응용 시나리오를 열어줄 것입니다. 동시에 인공지능 기술을 기반으로 사용자의 움직임 패턴과 습관을 "학습"하여 자율주행 기술의 성능을 향상시킬 수도 있습니다.
소비자 가전 분야에서 UWB는 디지털 자동차 키와 같은 차량 간 상호작용 기술의 확산에 발맞춰 스마트폰의 표준 기술로 자리 잡을 가능성이 높습니다. UWB는 위치 파악 및 제품 검색 기능을 확장할 뿐만 아니라, 향상된 정확도를 통해 기기 간 상호작용 시나리오에도 새로운 가능성을 열어줍니다. 예를 들어, UWB의 정밀한 거리 측정 기능을 활용하면 기기 간 거리를 정확하게 제어하여 증강 현실 장면 구성을 조정하고, 게임, 오디오, 비디오 등에서 더욱 풍부한 감각 경험을 제공할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 9월 4일