1. 개요
초광대역(Ultra-wideband, UWB) 기술은 고주파수에서 전파를 통해 작동하는 단거리 무선 통신 프로토콜이다. 매우 정밀한 공간 인식과 방향성이 특징으로, 모바일 기기가 주변 환경을 잘 인지할 수 있도록 작동한다. UWB를 통해 다양한 기기들이 인텔리전트하게 연결돼, 안전한 원격 결제부터 리모컨의 위치 찾기까지 다양한 기능을 수행할 수 있다. 또한 넓은 면적의 공간에서 정확한 탐색이 가능하기 때문에 스마트폰을 이용해 공항에서 음식점을 찾거나 주차된 자동차 위치를 파악할 수 있다.무선 반송파를 사용하지 않고 매우 낮은 저주파수에서높은 고주파수까지 매우 넓은 주파수를 사용하여 통신이나 레이더등에 응용되고 있는 기술, 매우 좁은 펄스를 사용함으로써 매우 낮은 스펙트럼 전력으로 기존 통신 시스템과 상호 간섭 영향 없이 주파수 제약 없이 사용 가능한 시스템으로 새롭게 주목받고 있다.
소비자용으로는 최근에서야 상용화 되었지만 군용으로 개발되었던 기술로 등장한 지 20년이 넘었다. 군용 레이더와 첩보 통신에 주로 쓰였다. 이후 스마트팩토리 등 산업용 시장으로 발을 넓힌 후 지금은 B2C 시장을 노리고 있다.
하지만 보다 넓은 범위에 송수신기를 설치해야할 것이라는 문제가 발생한다. UWB는 기존 기술에 비하여 큰 폭으로 소비전력을 낮출 수 있고, 반송파를 사용하지 않아 기저대역에서 통신이 이루어지므로 송수신기에 구조가 간단해져 낮은 비용으로 송수신기를 제작할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있기 때문에 그런 문제는 어느정도 완화될 것이라고 기대하는 측면이다.
2. 원리
UWB의 복잡한 기술 구조를 단순하게 설명하면 다음과 같다. 주파수 신호를 다른 기기를 향해 쏘면, 이 신호가 오가는 비행시간을 측정해 해당 기기의 정확한 위치를 계산한다. 이를 통해 기기의 방향뿐만 아니라 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 파악할 수 있다.
블루투스와 비슷한 방식이지만, 광범위한 주파수 대역 덕분에 훨씬 더 안정적인 성능을 낸다. 가령 UWB는 ㎓폭의 넓은 주파수 대역을 사용한다. 2400~2483㎒ 범위에서 동작하는 블루투스보다 활용범위가 넓다. 데이터 송수신 가능거리도 100m 수준으로, 10m 안팎인 블루투스보다 훨씬 길다.
매우 짧은 펄스를 이용한 레이더에서 좀 더 발전하여 통신에 적용된 방식으로 이 짧은 펄스를 이용해서 정밀한 정보를 송수신 할 수 있으며, 저주파수 대역에서 매우 큰 대역폭을 갖고 있어 투과가 잘 된다.
3. 사용
삼성전자와 애플은 이런 UWB 기술을 새 스마트폰에 탑재했다. 갤럭시 스마트폰[1]과 iPhone[2], Apple Watch는 이 기술을 활용해 차량 디지털 키 서비스를 지원한다. 종래의 디지털 키는 차량과 NFC 혹은 Bluetooth로 통신하였다. NFC 방식의 경우 차량 문을 열고 시동을 걸기 위해서는 직접 스마트폰을 차량에 태그할 필요가 있었고, Bluetooth 방식의 경우 스마트키 기능을 구현할 수 있었으나 보안성과 정확성이 낮았다. 또한 텔레메틱스 시스템의 인터넷 연결을 이용한 원격 제어도 가능은 했지만 제한적으로만 가능하며 스마트키 없이 단독으로 완전히 대체하는 것은 불가능하다.하지만 UWB를 사용하면 물체의 위치를 정확하게 추적할 수 있기 때문에 그냥 스마트폰을 소지한 채로 차량에 접근하면 UWB 센서가 스마트폰이 차량에 접근한 것을 인식하여 알아서 문이 열리고, 차량에 탑승하면 UWB 센서를 통해 탑승 여부를 인식하여 시동을 걸 수 있게 한다. 또한 Bluetooth 방식과는 다르게 보안 문제도 크지 않다. 삼성전자에서는 삼성 페이에 디지털 키를 적용하였다. Apple에서는 이를 CarKey라는 명칭으로 서비스하고 있다.
매우빠른 초고속으로 정보를 전송할 수 있다는 점이며, 기가헤르츠 폭의 넓은 주파수 대역을 사용해서 데이터를 송수신하는 것이라 가능한 것인데, 이런 특징은 회사 내에서 주요정보가 이동할 때, 많은 양들을 빠르게 보내고 받을 수 있어 유용할 수 있다.
분실 방지 기능에도 사용되고 있다. 신호세기를 가지고 기기가 멀어졌는지 정도만 알려주는 BLE 기반 위치추적과는 다르게 UWB를 사용하면 비교적 정확한 거리와 방향을 알아낼 수 있다. 또한 UWB를 활용하면 Wi-Fi나 이동통신 네트워크가 끊겨도, 다른 나의 찾기 사용자의 기기와 UWB로 통신하여 계속 제품을 추적할 수 있다. 현재 삼성전자의 SmartThings Find와 Apple의 나의 찾기에 적용되어 있다.
애플은 기기 간 파일을 무선으로 공유하는 AirDrop을 개선했다. 과거엔 에어드롭 활용 방식이 꽤 복잡했다. 에어드롭을 켜면 파일을 공유할 수 있는 기기 목록이 전부 리스트에 떴다. 그중 자신이 파일 공유를 원하는 기기를 찾아 일일이 선택해야 했다. UWB 기술은 다르다. 연결을 원하는 기기 방향으로 스마트폰만 내밀면 공유할 수 있는 특정 기기가 공유목록에 바로 뜬다. 기존 블루투스 기술로는 정확도가 떨어져 개선하기 어려운 기능이었다.
그만큼 UWB 기술의 응용성은 무궁무진하다. 가령 실내 환경에선 제대로 돌아가지 않는 위성항법장치(GPS)를 대신할 수 있다. UWB가 지붕이 두껍고 벽이 많은 실내에서도 정밀한 거리 인식과 방향성을 자랑해서다. UWB만 있으면 제아무리 두꺼운 벽이 있더라도 모든 가전제품을 무선으로 연결할 수 있다는 얘기다. 또한 휴대전화의 간편결제 기능과 접목하여 교통카드를 태그하지 않고 바로 통과하는 개찰구를 만들 수 있다. Bluethooth Low Energy의 경우 위치 파악 정확도가 낮아 개찰구 통과 여부를 정확하게 판단하기 어렵다. UWB의 경우 그 단점이 해소될 수 있다. 다만 아직까지 BLE 처럼 광범위하게 활용할 수 있을 정도로 시장과 관련 제품이 활성화되지 않았다는 것이 문제이다.
4. 활용
*무열쇠 승차, 안전한 결제, 내비게이션 향상 및 내 장치 찾기를 지원하는 모바일/모바일 액세서리
*자동차 도난을 방지하기 위해 열쇠 고리와 자동차 간의 보안 통신을 구축하는 데 거리 제한 프로토콜을 사용하는 자동차
*사람의 위치에 따라 스마트 기기를 제어하는 커넥티드 홈
*장애물 탐지
*턴-바이-턴 내비게이션 서비스를 제공하는 건물
*운영 효율을 개선하거나 직원 안전을 개선하는 공장
*실시간 성능 분석을 제공하는 스포츠
*비행 제어용 드론
*침입탐지, 동작 인식
5. 관련문헌
삼성전자 기고문 차세대 무선 기술, UWB(Ultra-wideband)의 미래[1] 갤럭시 노트20 울트라에 최초 탑재되어 이후 갤럭시 S 시리즈의 플러스와 울트라 모델과 갤럭시 Z 폴드2 이후 갤럭시 Z 폴드 라인업에만 탑재된다.[2] 아이폰 11부터 SE를 제외한 모든 모델에 탑재된다.