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[Murata Product] UWB(Ultra Wide Band) Module

작성자 : 최고관리자
등록일 : 23-11-27 08:05
조회수 : 168회

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이번 시간에는 UWB(Ultra Wide Band)의 개념과 사용 예시에 대해 설명하고, 무라타의 UWB 모듈에 대해 소개해드리겠습니다.

UWB란 무엇인가요?

UWB(Ultra Wide Band)는 주파수 범위 3.1~10.6GHz, 채널 대역폭 500MHz을 갖는 초광대역 무선 기술입니다.

초광대역의 주파수 대역폭, 0.2ns의 아주 짧은 펄스파를 사용함으로써 기존의 무선기술들과는 다르게 높은 정확성을 가지고 매우 세밀한 거리 측정이 가능합니다.

UWB는 어디에 사용되나요?

UWB는 위치 정보를 알아내는데에 사용 되는데, 요즘에는 스마트폰에 UWB Chip이 탑재되어 출시되기 때문에 주로 스마트폰과 연동해서 사용하는 어플리케이션에 적용됩니다.

UWB가 사용되는 어플리케이션은 크게 아래와 같습니다.

1. Smart Doorlock

Doorlock에 접근하는 것 만으로도 UWB기술로 스마트폰과 도어락 사이의 거리를 측정하여 손을 대지 않고 간편하게 문을 열 수 있습니다.

2. Home Appliance (Clean robot, smart speaker, smart lighting)

UWB는 스마트 홈에도 적용될 수 있습니다. 스마트폰으로 청소기를 작동시키거나, 스마트폰으로 재생되고 있는 노래를 스마트 스피커가 이어받아 재생시킬 수도 있습니다.

그리고 사람이 조명 근처에 가면 자동적으로 조명을 켤 수도 있습니다.

3. Payment System

UWB를 사용하면 간편하게 결제할 수 있습니다.

UWB로 POS기와 스마트폰의 거리를 감지하여, 근접할 때 블루투스 신호를 작동시켜 결제가 이루어지도록 하는 기능입니다.

4. RTLS(Real Time Location System) : Indoor navigation, asset tracking

마지막으로 RTLS입니다. 백화점이나 박물관 같은 실내에서 내비게이션 기능으로 사용할 수 있고, 공장에서 작업자나 물건의 위치를 실시간으로 추적할 수 있습니다.

왜 굳이 UWB 이어야만 하나요? 다른 기술로는 안되나요?

UWB는 블루투스나 와이파이와 비교했을 때 정밀성이 월등히 좋습니다. 블루투스나 와이파이는 측정오차가 m단위로 나오는데, UWB는 측정 오차가 10cm 미만으로 나옵니다.

따라서 높은 정밀성을 요구하는 어플리케이션에는 반드시 UWB로 사용해야 합니다.

그럼 UWB가 정밀성이 더 뛰어난 이유는 무엇일까요? 바로 위치 측정 기술이 다르기 때문입니다.

UWB의 주요 기능

UWB의 주요 기술로 거리 측정기술, 위치 측정기술이 있습니다.

하나씩 설명드리겠습니다.

1. 거리 측정 기술 : ToF(Time of Flight)

ToF는 UWB 거리 측정 방식에서 가장 기본이 되는 방식으로, 태그와 앵커 사이의 양방향 통신에 기반해서 직선 거리를 계산하는 방식입니다.

“거리 = 시간 x 속도” 다들 아시죠? 즉, 신호를 쏘고 받는 시간을 계산하여 속도(빛의 속도 = 3x10^8m/s)를 곱하여 거리를 구하는 방식입니다.

[출처 : https://www.firaconsortium.org/discover/how-uwb-works]

2. 위치 측정 기술 : TWR, TDoA, PDoA, AoA

TWR(Two Way Ranging) : ToF기술을 기반으로 태그의 위치를 결정하는 방법입니다.

Tag와 Anchor사이의 거리를 ToF로 측정한 후, 각각의 원을 그려 교차하는 지점을 Tag의 위치라고 판단하는 기술입니다. 간편해서 구현하기 쉽고 시간 동기화가 불필요한 장점이 있으나, Tag의 전력소비가 큰 단점이 있습니다.

[출처 : https://www.uwbleader.com/news/uwb-localization-techniques-tof-and-tdoa-53285764.html]

TDoA(Time Difference of Arrival) : Tag의 신호가 각 Anchor에 도착하는 시간의 차이를 이용해서 위치를 결정하는 방식입니다. 장점은 소비전력이 작아 배터리 수명이 길어지며, 단점은 앵커들의 시간 동기화가 필수이기 때문에 설치/운영이 어렵습니다.

[출처 : https://www.uwbleader.com/news/uwb-localization-techniques-tof-and-tdoa-53285764.html]

PDoA(Phase Difference of Arrival) : Tag가 보낸 신호가 Anchor에 도착할 때 안테나들이 수신하는 위상에서 차이가 발생하게 됩니다. 이러한 위상차이를 이용해서 Tag와의 거리/각도를 측정하여 Tag의 상대적인 위치를 계산하는 방법입니다.

매우 정확한 기술이지만 3D측정을 하기 위해서는 최소 3개의 안테나가 필요합니다.