UWB, 초연결 사회를 가능케 하는 기술…삼성 엑시노스 커넥트 U100

스마트폰 하나로 에어컨, 스마트 TV 등 각종 전자 기기를 간편하게 작동시킬 수 있는 시대지만 사람들은 더욱 편리하고 스마트한 일상을 원한다. 

걸음에 따라 조명이 자동으로 켜지고, 스마트 기기로 집 안에서 잃어버린 물건도 바로 찾을 수 있는 삶. 자동차에 다가가기만 해도 자동으로 잠금해제를 하고 자동으로 시동이 걸리는 삶을 원한다.

이런 초연결 사회를 가능케 하는 기술 중 하나가 바로 초광대역(Ultra Wideband, UWB) 기술이다. UWB 기술을 이용하면 센티미터(cm) 단위로 센서를 작동시키고 물건을 찾을 수 있다.

UWB 기술을 활용한 근거리 무선 통신용 반도체, 삼성전자 '엑시노스 커넥트 U100'이 이런 새로운 일상을 보여주는 대표적인 기술이다.

16일 삼성전자는 삼성반도체 블로그를 통해 엑시노스 커넥트 U100으로 바뀌는 삶에 대해 다양하게 설명했다.

삼성전자에 따르면 U100은 얼마전 열린 CES 2024에서 전미소비자기술협회(CTA)가 선정한 혁신상을 수상했다.

삼성전자는 "엑시노스 커넥트 U100을 탑재한 스마트 기기가 있다면 사물은 물론이고, 실내에서 움직이는 사람이나 반려동물의 위치와 방향까지 센티미터(cm) 단위로 정확하게 측정해 파악할 수 있다"며 "이는 엑시노스 커넥트 U100이 정밀 위치 측정을 가능하게 하는 반도체 칩이기 때문"이라고 설명했다.

현재 주로 위치 추적 시스템에 활용하는 GPS 통신 방식은 장애물로 인해 실내에서는 정확도가 떨어진다. 이에 엑시노스 커넥트 U100은 UWB 기술을 이용해 cm 단위로 실내에서 위치를 추적한다.

UWB는 일반적으로 3.1GHz에서 10.6GHz까지의 주파수 대역폭을 이용하는 초광대역 통신이다. 매우 짧은 시간 동안 매우 넓은 주파수 스펙트럼을 사용하여 데이터를 전송한다. 넓은 대역폭을 쓰는 만큼, 다른 통신 시스템과 간섭 없이 데이터 전송이 가능한 점이 특징이다.

또한 UWB는 매우 좁은 펄스(Pulse, 전압 또는 전류의 단기적인 변동)를 활용한다. 펄스폭이 좁아질수록 해상도가 높아진다. 이는 곧 높은 정확도로 이어진다. 

UWB는 이를 활용해 기기 간 거리와 위치를 정확하게 측정하는 것이다. 정교한 위치 측정이 가능한 만큼, 실내 위치 추적 시스템이나 무선 센서 네트워크, 가상현실(AR)·증강현실(VR) 기기 등에 적합하다.

삼성전자는 "UWB 기반의 엑시노스 커넥트 U100은 수 센티미터 이내, 5도 이하의 정밀 측위가 가능하다"고 강조하며 "이러한 정확도는 두 가지 핵심 기술에 기반한다"고 덧붙였다.

먼저 거리를 측정하는 기술인 ‘ToA(무선 전파 도달 시간, Time of Arrival)’ 기술이다. ToA는 기기 간 전파 도달 시간을 계산해 cm 단위로 거리를 측정하는 기술이다. 지연을 최소화하고 실시간으로 정확한 위치 측정을 가능케 한다.

두 번째는 ‘AoA(3D 도래각, Angle of Arrival)’ 기술이다. AoA는 수신된 신호가 어떤 각도로 도착하는지를 측정하여 송신기나 수신기의 위치를 판단한다. 신호가 수신기에 도착하는 각도를 수평 및 수직 차원에서 정밀하게 측정해 이를 통해 송신기나 수신기의 공간적인 위치를 추정한다. 즉 3차원 신호 도래 각을 정확히 측정해 실내외 모든 환경에서 5도 미만의 오차 범위로 기기의 위치를 정확하게 파악할 수 있다는 것.

엑시노트 커넥트 U100에는 UWB를 비롯해 ▲무선 통신 및 라디오 주파수 회로에서 사용되는 전자 신호를 다루는 기술인 ‘RF(Radio Frequency)’ ▲전력이 차단되어도 데이터를 보존할 수 있는 비휘발성 메모리 기술인 ‘eFlash(Embedded Flash)’ ▲모바일 디바이스와 다른 전자 기기에서 전원 공급 및 소비를 효율적으로 관리하는 IC(집적회로)인 ‘PMIC’ 등 다양한 기술이 내장된 원칩 솔루션이다.

이런 특성에 소형 기기에 쉽게 적용할 수 있다. 또한 개발 과정도 상대적으로 간단해 다양한 기기에서 효율적인 비용으로 솔루션을 구현할 수 있다. 초저전력 아키텍처로 설계되어 배터리 작동을 최적화한다. 

저용량 배터리로 장시간 작동이 필요한 모바일, 자동차 그리고 반려동물이나 열쇠 등 통신 기능이 없는 것에 부착해 위치를 파악하는 ‘태그(Tag)’ 등의 IoT 기기에 사용된다.

삼성전자는 초연결 사회에 대비해 무선 통신용 반도체 사업 경쟁력을 강화하고자, 엑시노스 커넥트 U100과 함께 기존의 와이파이, 블루투스, UWB를 포괄하는 브랜드 ‘엑시노스 커넥트’를 새로 선보였다.

엑시노스 커넥트 U100이 탑재된 스마트폰을 휴대하면 이동 중에 주변의 스마트 기기를 자동으로 조작할 수 있다. 엑시노스 커넥트 U100을 탑재한 스마트 키까지 지니고 있다면, 차량에 가까이만 가도 차량 잠금을 해제할 수 있다. 차량과 키가 서로 인식되는 거리에서는 차량에 탑승하지 않고도 미리 시동을 걸어두거나 경적 울리기 등도 가능해진다.