스마트 차량 기술의 잠재력을 일깨우는 UWB
(출처: Andrii- stock.adobe.com)
도입
스마트 차량 시대가 다가오고 있다. 자율 이동 로봇(AMR), 무인운반차(AGV), 완전 자율주행차, 정밀 물류 알고리즘으로 제어되는 차량부터 첨단 운전자 안전 및 보안 기능을 갖춘 일반 소비자 차량까지, 이와 같은 새로운 자동차 전자기기는 효율성, 안전성 및 사용 편의성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 그러나 이는 전자적 복잡성, 전자적 위협에 대한 민감성 증가, 자동차 애플리케이션에 필요한 신뢰성 기준을 충족하지 못하는 무선 서비스에 대한 의존성의 가능성을 야기한다. UWB는 신뢰성이 높고 간섭에 대한 복원력이 뛰어나며 매우 정확한 장소/위치 추적 기능을 제공하는 무선 표준으로 자리 잡았다. UWB 기술은 새로이 부상 중인 기술이기 때문에 광범위한 채택은 아직 진행 중이지만, UWB를 통한 자동차 애플리케이션의 미래는 매우 밝아 보인다.
본문에서는 첨단 자동차 애플리케이션을 위한 UWB 기술을 살펴보고 자동차 플랫폼으로의 개발 및 통합을 지원할 수 있는 UWB 솔루션에 대해 알아본다.
UWB 사용 사례
UWB 기술은 보안 강화 기능으로 일찍부터 사용되어 상당한 성공을 거두었다. 디지털 키 기술을 사용하면 자동차 소유자는 스마트폰을 실제 자동차 키처럼 사용할 수 있지만 디지털 보안 계층이 추가된다. UWB는 실시간 장소 및 위치 추적을 통해 센티미터 단위의 정확도를 제공하며, 이는 디지털 키에 이상적인 기술이다. 레이더 기반 통신 및 거리 알고리즘은 본질적으로 안전하면서도 잡음과 간섭에 매우 탄력적이기 때문에 더욱 이상적이라 할 수 있다.
또한 UWB 기술은 경제적이고 에너지 효율이 높다. 예를 들어, 27Mbps까지의 UWB 통신과 거리/위치 측정은 코인셀 배터리를 사용하고 수년간 교체 없이 작동하는 소형 플랫폼에 설계될 수 있다. 이 같은 요인으로 인해 UWB는 Bluetooth®, Wi-Fi®, GPS, RFID 및 셀룰러에 비해 많은 차량용 애플리케이션에 있어 더욱 효율적인 옵션이 된다. 이와 같은 무선 통신 및 장소/위치 추적 기술들은 UWB와 달리 잡음 간섭과 혼잡에 취약하며, 작동하려면 상당한 전원 공급 장치와 추가 인프라가 필요한 경우가 많다.
UWB는 다이렉트 P2P 통신 및 위치/거리 추적을 위해 플랫폼에 UWB 호환 칩셋만 설치되어 있으면 된다. 애플(Apple)의 에어태그(AirTag) 제품과 마찬가지로 두 대의 UWB 디바이스만 있으면 정확한 위치, 방향, 상태를 실시간으로 파악할 수 있다. 이 같은 기능은 자율 합류 및 주차, 보행자 감지, 차량 위치 찾기, 자율 차량 상호 통신 등과 같은 다른 많은 V2X(차량-사물 간 통신) 애플리케이션에도 적합하다.
UWB의 현재
오늘날 UWB는 많은 플래그십 스마트폰과 스마트워치에서 사용되고 있으며, 디지털 키 및 재실 감지 기술을 이미 보유하고 있거나 채택 중인 소비자 자동차 제조사들도 늘어나고 있다. 기존 애플리케이션으로는 초정밀 실내 위치 추적/내비게이션, 소매 및 산업 공간의 자산 기반 추적, 소비자 디바이스를 위한 나의 찾기 앱, 위치 기반 조명/오디오 경험 등이 있다.
미래와 UWB의 전망
이와 같은 초기 애플리케이션은 UWB의 잠재력 중 극히 일부에 불과하다. 오늘날 개발되고 있는 차세대 애플리케이션에는 차량 간 통신이 포함되어 있어 훨씬 더 안전하고 지연 시간이 짧은 자율주행 차량 조정과 완전 자율주행 소비자 차량 조정이 가능해질 것이다. UWB 기술은 스마트 주차 기능이나 보행자 및 자전거 충돌 방지 기능은 물론 타이어 공기압 모니터링 시스템, 재실 센서 및 기타 안전 기능 등 자동차 센서와의 무선 차량 내 통신을 발전시키는 데 사용되는 근접 감지 애플리케이션에도 적합하다.
UWB 설계 고려 사항
다른 무선 솔루션과 마찬가지로 UWB 디바이스를 개발할 때는 몇 가지 설계 고려 사항을 염두에 두어야 한다. UWB는 IEEE 802.15.4a 및 802.15.4z 표준을 기반으로 하며, 3.1 ~ 10.6GHz 범위에서 FCC의 비면허 사용을 승인받았다. FCC는 UWB 방출의 전력 스펙트럼 밀도(PSD)를 -41.3dBm/MHz로 제한했다. ITU를 비롯한 기타 스펙트럼 규제 기관에서도 비슷한 규정을 발표했다.
안테나 배치, 하우징, 에너지 관리, 협대역 디바이스와의 공존 등 UWB 설계 시 고려해야 할 다른 사항도 있다. 특히, 이러한 문제가 우려되는 지역에서는 높은 PSD 협대역 이미터가 지배하는 주파수 범위에 대해 대역 차단 필터를 사용하여 UWB 디바이스를 설계해야 할 수 있다.
코보(Qorvo) 사의 개발 보드를 활용하여 UWB 설계 가속화하기
UWB 기술 은 일부 설계자들에게는 새롭고 생소하겠지만, 각 기업들의 개발자들은 이미 완성도 높게 구축된 개발 솔루션, 칩셋 및 지원 자료를 활용하여 UWB 솔루션 을 출시하고 최대한 빠르게 시장에 출시할 수 있다. 코보(Qorvo)사는 설계자들이 UWB 프로토타입, 개념 증명 및 솔루션 설계를 가속화하는 데 도움이 되는 다양한 개발 보드와 모듈 제품들을 제공한다. 예를 들어, 코보에서는 아두이노(Arduino) 호환 쉴드를 제공하며, 이는 많은 마이크로컨트롤러 유닛(MCU) 제조사들에서 널리 지원되고 UWB RTLS 시스템을 개발할 수 있다. 또한 코보는 UWB 모듈 개발 키트 와 확장 가능한 UWB RTLS 네트워크 솔루션을 구축하는 데 필요한 모든 하드웨어와 소프트웨어가 포함된 완전한 UWB 개발 보드 를 제공한다(그림 1).
그림 1: 코보(Qorvo) DWM1001-DEV 모듈 개발 보드를 사용하면 설계자가 하드웨어를 설계하거나 코드를 한 줄도 작성하지 않고도 앵커, 태그, 게이트웨이를 포함한 RTLS 시스템을 조립하고 평가할 수 있다.(출처: 마우저 일렉트로닉스)
맺음말
UWB 기술은 커넥티드 및 자율주행 차량의 통신과 위치/거리 추적을 재구성할 준비가 되어 있다. UWB는 매우 안전하고 탄력적인 무선 채널을 통해 향상된 정확도, 실시간 위치, 저지연 통신을 제공하기 때문에 다양한 잠재적 애플리케이션을 구현할 수 있다. 또한 UWB가 제공하는 높은 수준의 안정성으로 인해 이제 차량 무게와 전자장치 라우팅 복잡성을 줄이면서 비용 효율적인 무선 솔루션으로 많은 커넥티드 통신 시스템을 대체할 수 있게 되었다.
저자
IXS(Information Exchange Services) 사장: 장-자크 들릴(Jean-Jacques DeLisle, JJ)은 미국 로체스터공과대학교(Rochester Institute of Technology, RIT)에서 전기 공학 학사 및 석사 학위를 취득했다. JJ는 학창 시절 RF/마이크로웨이브를 중점적으로 연구했고, 대학 잡지에 글을 기고했으며, RIT 최초의 즉흥 코미디 극단 멤버였다. 학위를 마치기 전에 JJ는 Synaptics Inc.에서 IC 레이아웃 및 자동화 테스트 설계 엔지니어로 근무하기 시작했다. JJ는 동축 내 안테나와 무선 센서 기술을 개발하고 특성화하는 등 6년간의 독창적인 연구 끝에 RIT에 다수의 기술 문서를 작성하고 미 특허를 취득했다.
이후 그는 그의 부인인 알리아(Aalyia)와 함께 뉴욕으로 옮겨 커리어를 이어갔다. 그는 Microwaves & RF 잡지사의 기술 엔지니어링 편집자로 근무했다. 그곳에서 JJ는 그가 갖춘 기술과 RF 엔지니어링 및 기술 문서 작성에 대한 열정을 결합하는 법을 터득했다.
다음으로, 그는 업계에 기술적 지식을 갖춘 작가와 객관성을 갖춘 산업 전문가가 필요하다는 점을 깨닫고 자신의 회사인 RFEMX를 설립했다. 이 같은 목표에 더욱 다가가고자 그는 본인이 세운 회사의 업무영역과 비전을 넘어 IXS(Information Exchange Services)를 설립하게 되었다.
저술 회사 소개
Qorvo는 혁신적인 반도체 솔루션을 공급하는 연결 및 전원 솔루션의 선도 제조사이다. RF 및 전력 분야의 글로벌 리더인 Qorvo는 제품 및 기술 리더십, 시스템 수준 전문 지식 및 글로벌 제조 규모를 결합하여 고객의 가장 복잡한 기술 문제를 신속하게 해결한다. Qorvo는 소비자 가전, 스마트 홈/IoT, 자동차, EV, 배터리 구동 기기, 네트워크 인프라, 의료 및 항공우주/방위를 포함하여 대규모 글로벌 시장의 다양한 고성장 부문에 서비스를 제공한다.