[주간기술동향 제2156호] 스마트폰 기반 UWB 기술 동향

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I. 서론

스마트폰 기반의 UWB(Ultra Wide-Band) 기술은 2019년 Apple iPhone 11 Pro에 처음 적용되었으며, 이후 Galaxy Note 20 Ultra, Lenovo 노트북, Apple Watch Series 6 등으로 확대되었습니다. 이 기술은 고급형 스마트폰뿐만 아니라 노트북, 스마트 스피커, 웨어러블 기기, 자동차 등에도 적용되면서 관련 산업의 성장을 이끌고 있습니다. UWB 기술은 정밀 자산 추적, 스마트 오피스 자동화, 자동차 스마트키와 같은 혁신적인 응용 서비스를 가능하게 합니다. 시장 조사에 따르면, UWB 시장은 2024년 18억 달러에서 2029년까지 연평균 17.53% 성장해 40억 달러에 이를 것으로 전망됩니다. (출처: Gartner)

II. 스마트폰 기반 UWB 기술의 주요 이슈

스마트폰 기반의 UWB 기술은 기존의 **실시간 위치인식 서비스(RTLS)**와 차별화됩니다. 기존 RTLS는 **다수의 UWB 앵커(anchor)**와 **태그(tag)**를 통해 삼각법으로 위치를 측정하는 방식입니다. 반면, 스마트폰 UWB 기술은 단독으로 태그의 위치를 파악하기 위해 안테나 기반 방향 측정 기능을 도입하였습니다. 이를 통해 가까운 거리에서의 정밀도를 높일 수 있으며, 에너지 절감을 위해 필요 시에만 UWB 기능이 활성화되도록 설계되었습니다. 저전력 설계는 블루투스 대비 약 20% 이상의 소비 전력 절감 효과를 보입니다.

III. 스마트폰 기반 UWB 표준 동향 – PHY/MAC 계층

UWB 기술은 500MHz 이상의 대역폭을 사용하는 무선통신 기술로, IEEE 802.15.4 및 IEEE 802.15.4z 표준을 기반으로 하고 있습니다. PHY 계층 표준인 IEEE 802.15.4z는 기존 PHY 구조에 STS(Scrambled Timestamp Sequence) 필드를 추가하여 보안을 강화하였습니다. PHY 계층에서 사용되는 주요 필드로는 SHR(Synchronization Header), SFD(Start of Frame Delimiter), PHR(PHY Header), 그리고 STS 필드가 있으며, 이들은 각각 동기화 신호 전송, 데이터 프레임 시작 지점 식별, PHY 헤더 정보 전달, 보안 및 암호화 데이터 보호의 역할을 수행합니다.

SHR	동기화 신호 전송
SFD	데이터 프레임 시작 지점 식별
PHR	PHY 계층 헤더 정보 전달
STS	보안 및 암호화 데이터 보호

HRP(High-Rate Pulse) UWB는 낮은 출력과 높은 펄스 밀도를 통해 정밀한 거리 측정을 제공합니다. 이는 LRP(Low-Rate Pulse) UWB와의 차별점으로, 스마트폰에서 HRP가 채택된 이유를 명확히 설명할 수 있습니다.

IV. 스마트폰 기반 UWB 표준 동향 – 상위 계층

UWB 기술의 상위 계층 표준으로는 FiRa, 애플의 Nearby Interaction, CCC(Car Connectivity Consortium) 등이 있습니다. FiRa 표준은 BLE 기반의 OOB 통신을 통해 디바이스 간 페어링과 거리 측정을 지원하며, 애플 Nearby Interaction은 BLE 외에도 LAN 및 클라우드 방식을 활용하여 유연한 디바이스 통합을 제공합니다.

표준주요 특징 및 지원 방식

FiRa	BLE 기반 OOB 통신, 근거리 페어링 지원
Nearby Interaction	BLE, LAN 및 클라우드 방식 지원, 멀티 디바이스 간 동기화

CCC 표준은 자동차 스마트키 구현에서 상호 운용성을 제공하여, 다양한 자동차 제조업체가 동일한 기술을 적용할 수 있도록 기여하고 있습니다.

Ⅴ. 스마트폰 기반 UWB 기술의 주요 이슈 및 제언

1. 폐쇄적 생태계: Apple과 Samsung 중심의 폐쇄적 생태계는 기술 공유를 제한하고 있으며, UWB 칩셋의 호환성 문제가 발생할 수 있습니다. 이는 시장 확장에 제약이 되며, UWB 생태계의 개방성과 표준화를 통한 확장이 필요합니다.
2. BLE 의존성 문제: BLE 통신 반경이 제한적인 이유로 스마트폰과 디바이스 간 거리와 배터리 소모 문제를 들 수 있습니다. 이로 인해 UWB의 넓은 통신 반경 활용이 어려워지며, 스마트 홈 기기나 산업용 UWB 태그와의 연결이 제한됩니다.
3. 방향 측정 표준화 부족: 현재 방향 측정에 대한 표준이 부재하여, 디바이스 간 측정 편차가 발생할 수 있습니다. 이로 인해 스마트폰과 다른 디바이스 간의 정밀한 연동에 어려움이 있으며, 표준화 작업의 필요성이 강조됩니다.

VI. 결론

UWB 기술은 4차 산업혁명 시대에 적합한 미래 기술로 주목받고 있습니다. 스마트폰 기반의 UWB 기술은 다양한 응용 서비스를 가능하게 하며, 특히 블루투스와 Wi-Fi의 한계를 보완하는 기술로서의 가능성이 큽니다. 그러나 상위 표준화 작업은 초기 시장 형성에는 기여했지만, 향후 UWB 기술의 확산을 제한하는 요인이 될 수 있습니다. 이를 극복하기 위해 UWB 표준화를 위한 글로벌 협력 기구 설립과 3GPP와의 통합 작업 확대와 같은 구체적인 방안을 통해 관련 기술을 개방하고, 스마트폰 이외의 다양한 기기와의 상호 연동성을 강화하는 것이 중요합니다.