초광대역(UWB)과 그 중요성 [설명]

삼성의 새로 발표된 Note 20 Ultra부터 애플의 최신 제품인 아이폰 11 시리즈(작년에 발표됨)까지, 우리는 초광대역(UWB) 기술이 스마트폰에 도입되는 것을 보기 시작했습니다. 제조업체들은(현재는 몇몇에 불과하지만) 자사 최고급 제품에 이를 구현하기 시작하고 있습니다. 애플의 경우, UWB로 가장 많은 혜택을 본다고 주장하는 것은 AirDrop이며, 삼성의 경우, 구글의 AirDrop에 해당하는 Nearby Share가 이 기술로 개선될 것이라고 약속하고 있습니다. 하지만 초광대역 기술이 정확히 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그리고 그 응용 분야는 무엇인지에 대한 답변을 이 설명서에서 확인해 보겠습니다.

초광대역(UWB)란 무엇인가?

UWB는 스마트폰이 인근 장치를 효과적으로 찾아 연결하고 콘텐츠를 전송하는 데 도움을 주는 공간 인식 기술입니다. 본질적으로, 이는 단거리에서 사용하기 위한 프로토콜로, 인근 장치와 위치를 파악하고 통신하기 위해 라디오 기술을 사용합니다. 이를 위해 이 기술은 라디오 주파수 스펙트럼의 큰 부분을 활용하여 매우 낮은 전력과 높은 대역폭의 라디오 파를 사용하여 장치 간에 데이터와 정보를 교환합니다. 사실, 초광대역이라는 이름은 프로토콜이 상대적으로 넓은 주파수 범위(3.1~10.6 GHz)와 높은 대역폭(500 MHz)에 의존하기 때문에 붙여졌습니다.

비록 애플이 2019년 아이폰 11 라인업(U1 칩 사용)에서 스마트폰에 UWB를 처음 구현했지만, 이 기술은 수십 년 동안 존재해 왔습니다. 그리고 대체로, 처음에는 미국 군대만이 이 기술을 사용할 권한을 가진 유일한 권위로 제한되었습니다. 결국, 몇 년 후인 2002년, 연방통신위원회(FCC)가 UWB의 비면허 사용을 승인하면서(3.1~10.6 GHz 주파수 범위 내) 통신, 레이더, 이미징 및 유사한 분야에서 이 기술이 구현되기 시작했습니다.

스마트폰에서의 기술 구현에 대해 이야기하자면, UWB는 작은 물리적 공간에서 인근 장치/물체를 발견하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 애플의 아이폰 11 라인업에서는 U1 칩을 사용하여 이 기술이 인근에서 AirDrop을 통해 콘텐츠를 수신할 준비가 된 다른 장치를 정확하게 감지하는 데 도움을 줍니다. 따라서 장치 간의 발견과 통신이 빠르고 번거롭지 않으며, 사용자가 장치를 가리켜 콘텐츠를 쉽게 발견하고 전송할 수 있는 능력을 제공합니다.

애플과 마찬가지로, 새로 출시된 Note 20 Ultra로 삼성도 같은 원칙을 따르며 Nearby Share의 사용 경험을 개선하기 위해 이 기술을 포함하고 있습니다. 이는 장치 발견과 통신을 빠르고 정확하며 편리하게 만들어 줍니다.

초광대역(UWB) 기술은 어떻게 작동하는가?

장치를 발견하고 통신하기 위해 초광대역 기술은 송신기와 수신기를 모두 사용합니다. 이 과정은 일반적으로 넓은 스펙트럼의 라디오 파를 활용하는 UWB 송신기가 포함되며, 높은 대역폭(매우 낮은 전력)을 가진 파를 사용하여 작은 주기적 시간 간격으로 영역에 걸쳐 펄스를 전송합니다. 이 과정에서 반대편의 수신기는 이러한 펄스를 포착하고 이를 데이터로 변환하여 필요에 따라 추가 작업을 수행합니다. 또한, UWB 기술이 사용되는 사용 사례에 따라 수정하여 사용할 수 있습니다.

두 스마트폰( UWB 장착) 간에 유사한 통신이 이루어질 때, 거리 측정은 비행 시간(Time of Flight, ToF) 측정을 사용하여 수행됩니다. 간단히 말해, ToF는 펄스가 두 지점 간의 거리를 이동하는 데 걸리는 시간입니다. UWB에서 사용되는 라디오 파는 매우 낮은 전력(그리고 높은 대역폭: 500 MHz)이므로 대량의 펄스를 더 빠른 속도로 전송하는 것이 더 쉽습니다. 따라서 더 나은 실시간 위치 정확도를 제공합니다.

사용되는 파의 높은 대역폭은 짧은 거리에서 데이터를 전달하는 데 유용하지만, 높은 주파수는 많은 양의 데이터를 유지하는 데 도움이 됩니다. 그러나 벽과 같은 많은 장애물이 있는 상당히 큰 물리적 공간에서는 동일한 효과를 발휘하지 않습니다. Wi-Fi와 달리, UWB는 벽을 통해 신호를 효과적으로 관통할 수 없으므로 더 나은 통신과 발견을 위해 명확한 시야(LOS)가 필요합니다. 또한, 경우에 따라 범위를 늘리고 수신을 향상시키기 위해 외부 안테나 시스템이 필요할 수 있습니다.

초광대역(UWB)은 블루투스 및 Wi-Fi와 어떻게 다른가?

UWB, Wi-Fi 또는 블루투스와 같은 어떤 라디오 기술에 대해 이야기하든, 각각은 실시간 위치 시스템에서 사용할 수 있습니다. 이는 이러한 무선 기술이 물체를 찾거나 인근 장치를 발견하는 데 도움을 줄 수 있다는 것을 의미합니다. 따라서 요구 사항과 응용 프로그램에 따라 시스템에 적용될 수 있습니다. 그러나 그 효율성은 이들을 크게 구분하는 요소입니다.

Wi-Fi는 연결을 위한 가장 일반적이고 널리 채택된 무선 네트워크 프로토콜 중 하나입니다. 주로 네트워킹 및 인터넷 액세스에 사용됩니다. Wi-Fi의 다양한 버전은 서로 다른 범위와 속도를 제공하며, 2.4GHz 및 5GHz가 사용되는 주요 대역입니다. UWB와 달리 Wi-Fi는 훨씬 낮은 전송 속도를 허용하는 좁은 주파수 대역을 사용하므로 이는 UWB에 대한 가장 큰 단점 중 하나입니다. 또한, 파장 대역은 높은 흡수율을 가지므로 더 나은 연결을 위해 명확한 LOS가 필요합니다. 연결 품질을 결정하는 데 사용되는 주요 지표는 일반적으로 신호 강도이며, 이는 인터넷 연결의 경우에는 작동하지만 발견 가능성의 경우에는 그렇지 않습니다. 이것이 Wi-Fi가 인근 물체를 발견하고 위치를 파악하는 데 선호되는 프로토콜이 되지 못하는 이유입니다.

Wi-Fi와 마찬가지로 블루투스도 좁은 주파수 대역의 파에 의존하므로 경쟁자인 UWB가 펄스를 방송하는 효율성을 제공하지 않습니다. 유사하게, 인근 물체를 발견할 때 블루투스는 신호 강도를 신호 품질을 결정하는 지표로 사용합니다. 이는 이미 언급했듯이 인근 물체의 정확한 위치를 식별하는 가장 효과적인 방법이 아닙니다. 따라서 블루투스도 인근 물체와 장치를 발견하는 데 있어 UWB에 뒤처집니다.

초광대역(UWB)의 몇 가지 응용 분야는 무엇인가?

이 기술은 인근 장치를 정확하게 발견하고 콘텐츠를 빠르고 번거롭지 않게 무선으로 전송할 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에, UWB가 유용할 수 있는 수많은 사용 사례가 있습니다. 그리고 일부 경우에는 현재 사용 중인 프로토콜보다 더 나은 성능을 발휘할 수 있습니다.

스마트폰 외에도, 이 기술은 콘텐츠 공유를 돕거나 인근의 다른 장치를 결정/위치 파악하는 데 도움을 줄 수 있으며, 증강 현실(AR), 내비게이션, 모바일 결제, 차량 접근, 실내 내비게이션, 자산 추적, 자동차 산업, 의료 응용 프로그램 및 다양한 다른 용도로 사용될 수 있습니다.

초광대역(UWB) 기술이 미래에 가져올 것은 무엇인가?

최신 삼성 제품인 갤럭시 노트 20 울트라에서 볼 수 있듯이, 이 회사는 Nearby Share와의 더 나은 기능을 제공하기 위해 장치에 UWB를 구현하고 있습니다. 물론, 이는 현재 회사가 UWB 기술을 활용하기 위해 강조한 단일 응용 프로그램일 뿐입니다. 아마도 이 기술이 사용될 수 있는 다른 많은 사용 사례가 있을 것입니다. 마찬가지로, 애플이 아이폰 11 라인업에서 이를 채택함으로써 개발자들이 U1 칩에 완전한 접근을 얻고 그 힘을 활용하기 시작하면 더 나은 기능(심지어 새로운 기능)을 제공할 수 있는 가능성이 열릴 수 있습니다.

유사하게, 자산 추적 회사들이 UWB를 사용하여 사용자가 자신의 소지품을 정확하게 추적하고 더 나은 제어를 할 수 있도록 하는 것을 볼 수 있습니다. 의료 분야와 같은 몇 가지 응용 사례를 언급하지 않더라도, 이는 더 나은 이미징, 환자 추적 및 자율 수술에 대한 더 나은 제어를 제공할 수 있습니다. 자동차 산업에서는 인근 물체를 더 잘 감지하고 자율 주행 경험을 개선하며 안전성을 높일 수 있습니다. UWB의 응용 가능성과 사용 범위는 매우 넓으며, 앞으로 몇 년 동안 다양한 산업에서 더 나은 성과를 기대할 수 있습니다.