초광대역(UWB) 기술 소개

최첨단 기기에서 볼 수 있는 기술인 초광대역 단거리 무선 프로토콜의 기본 사항을 알아보세요.

132년 된 통신인 초광대역(UWB)은 이제 근거리에서 장치를 무선으로 연결하기 위해 활성화되고 있습니다. 많은 업계 관찰자들은 UWB가 블루투스보다 속도가 더 빠르고, 더 저렴하고, 전력을 덜 사용하고, 더 안전하고, 우수한 위치 검색 및 장치 범위를 제공하기 때문에 더 성공적일 수 있다고 주장합니다.

Intel, Time Domain, Apple, Huawei, Samsung, Xiaomi, NXP, Sony, Bosch 및 Xtreme Spectrum과 같은 회사는 UWB 기술을 연구하고 투자하고 있습니다. 사실, Apple은 이미 iPhone 11에 UWB 칩을 제공하여 "비행 시간" 측정을 통해 뛰어난 위치 정확도와 범위를 가능하게 합니다.

이 기사에서는 초광대역 기술의 기원, 이점 및 전송 방법에 대한 개괄적인 설명을 포함하여 초광대역 기술의 기본 사항을 다룹니다.

UWB란 무엇입니까?

초광대역(UWB)은 Wi-Fi 또는 Bluetooth와 같은 단거리 무선 통신 프로토콜로, 허가되지 않은 애플리케이션에서 3.1~10.5GHz 범위의 주파수 스펙트럼에서 짧은 펄스의 전파를 사용합니다.

UWB라는 용어는 500MHz보다 크거나 같은 대역폭(BW) 또는 20%보다 큰 부분 대역폭(FBW)에 사용됩니다. 여기서 FBW =BW/fc , 여기서 fc 는 중심 주파수입니다.

UWB의 역사

UWB 기술의 역사는 Marconi가 무선 통신을 위해 스파크 갭(짧은 전기 펄스) 송신기를 사용한 최초의 인공 라디오 시대로 거슬러 올라갑니다.

1920년에 UWB 신호는 상업적 사용이 금지되었습니다. UWB 기술은 보안 통신을 위해 고도로 분류된 프로그램에서 국방 애플리케이션으로 제한되었습니다. 1992년이 되어서야 UWB가 과학계에서 주목을 받기 시작했습니다.

고속 마이크로프로세서 및 고속 스위칭 기술의 발전으로 UWB는 단거리, 저비용 통신을 위해 상업적으로 실행 가능하게 되었습니다. 초기 애플리케이션에는 레이더 시스템, 통신, 소비자 전자 제품, 무선 개인 영역 네트워크, 로컬라이제이션 및 의료 전자 제품이 포함됩니다. 그 이후로 UWB 전자기, 구성 요소 및 시스템 엔지니어링에 대한 자세한 지식이 개발되었습니다.

2002년에 미국 연방 통신 위원회(FCC)는 할당된 스펙트럼의 무허가 사용을 허용하는 UWB 규정을 발표한 세계 최초의 조직이었습니다. 그러나 허용 가능한 전력 제한은 WiFi, Bluetooth 등과 같이 이 주파수 대역에서 작동하는 다른 기술과의 간섭을 피하기 위해 매우 낮게 설정되었습니다.

UWB 신호의 낮은 스펙트럼 밀도는 매력적이며 UWB는 다른 협대역 신호의 대역 내 간섭에 덜 민감하고 낮은 전력 밀도로 인해 감지하기 어렵기 때문에 매우 안전합니다.

초광대역 기술의 장점

UWB 신호의 매우 넓은 대역폭은 기존의 협대역 시스템보다 우수한 실내 성능을 가능하게 합니다.

이 대역폭의 일부 기능은 아래에 강조표시되어 있습니다.

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넓은 대역폭은 밀집된 환경에서 채널 효과에 대한 내성을 제공하고 UWB 노드(예:새로운 iPhone 11)의 매우 정확한 실내 포지셔닝을 위해 매우 미세한 시공간 해상도를 가능하게 합니다.

환경 잡음보다 낮은 스펙트럼 밀도는 낮은 신호 감지 확률을 보장하고 통신 보안을 강화합니다.

UWB를 사용하면 짧은 거리에서 높은 데이터 전송률을 전송할 수 있습니다.

UWB 시스템은 이미 배포된 협대역 시스템과 공존할 수 있습니다.

UWB 전송

데이터 전송에는 두 가지 접근 방식이 채택됩니다.

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모든 주파수를 동시에 포함하는 피코초 범위의 초단 펄스(임펄스 무선이라고도 함)

총 UWB 대역폭을 광대역 OFDM(직교 주파수 분할 다중화) 채널 세트로 세분화

첫 번째 접근 방식은 신호 대 잡음비가 저하되는 대신 비용 효율적입니다. 일반적으로 임펄스 무선 전송은 반송파를 사용할 필요가 없습니다. 이는 신호가 UWB 안테나를 통해 직접 방사되기 때문에 기존의 협대역 송수신기(즉, 단순한 송수신기 아키텍처)에 비해 복잡성이 감소함을 의미합니다. 가우스 모노사이클 또는 그 파생물 중 하나는 생성하기 쉬운 UWB 펄스의 예입니다.

두 번째 접근 방식은 스펙트럼을 보다 효율적으로 활용하고 복잡성(즉, 신호 처리 필요) 및 전력 소비 증가를 희생시키면서 더 나은 성능과 데이터 처리량을 제공합니다.

두 가지 접근 방식 중 선택은 애플리케이션에 따라 다릅니다.

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