다채널 구조와 레이더 누설 억제 기술로 차량 주변 빠르게 탐지

UWB 앵커 송수신 시간 조정 간섭 줄여 정지 표적 ㎝단위 감지

차량과 장애물 사이의 거리를 측정하는 것은 물론, 장애물이 어디에, 어떤 형태로 있는지까지 파악하는 방향으로 발전하고 있다.

연석처럼 낮게 위치한 장애물부터 진행 경로 위쪽의 매달린 물체까지, 주차 환경에서 마주치는 대상은 다양하고 형태도 제각각이어서, 단순한 거리 측정만으로는 충분히 대응하기 어렵기 때문이다.

이러한 흐름 속에서 UWB(초광대역) 기술이 새로운 대안으로 주목받고 있다.

UWB는 그동안 자동차 디지털 키와 정밀 거리 측정 기술로 주로 활용돼 왔다.

그런데 IEEE(국제전기전자기술자협회)에서 802.15.4ab 표준화가 진행되면서, UWB의 역할은 거리 측정 중심에서 레인징·센싱·근거리 데이터 통신까지 넓어지고 있다.

이를 보여주는 대표적인 사례가 UWB 기반 주차 보조 시스템, 즉 PAS(Parking Assist System)다.

■ PAS가 풀어야 할 세 가지 과제

UWB 센싱을 실제 PAS에 적용하려면 몇 가지 기술적 과제를 해결해야 한다.

짧은 거리 안에서 신호가 여러 경로로 반사되며 뒤섞이는 다중 경로(multipath) 환경을 안정적으로 처리해야 하고, 이미 차량에 탑재된 디지털 키, 아동·생명체 감지(CPD/LPD) 등 다른 UWB 기능과도 함께 작동해야 하기 때문이다.

이러한 과제는 크게 세 가지로 요약할 수 있다.

‘높낮이 구분’, ‘센싱 속도’, 그리고 ‘앵커(anchor) 간 협력’이다.

먼저 높낮이를 구분해야 한다.

주차 보조는 수평 거리 측정만으로는 충분하지 않다.

연석 같은 낮은 장애물인지, 보통 높이의 물체인지, 매달린 물체인지 구분해야 안전하게 대응할 수 있기 때문이다.

하나의 송수신 경로만으로는 이러한 높이 차이를 구분할 만큼 충분한 정보를 얻기 어렵다.

이를 위해 칼테라는 2개의 송신 채널과 4개의 수신 채널로 구성된 다채널 구조를 활용한다.

여러 경로에서 얻은 관측 정보를 결합해 물체의 높이를 구분한다.

또한, 인근 물체의 약한 반사 신호는 송신기 누설 신호에 묻히기 쉽다.

이를 줄이기 위해 수신 채널에 레이더 누설 억제(RLS) 기술을 적용해 약 30∼50dB 수준의 누설 억제 효과를 확보하고, 채널 전반에 걸쳐 약 55∼60dB의 안정적인 신호대잡음비(SNR)를 유지한다.

그 결과 높이가 다른 여러 물체를 동시에, 안정적으로 구분해낼 수 있다.

다음으로는 센싱 속도의 문제다.

주차는 차량의 속도가 느린 상황이지만, 주변을 스캔하는 동안에는 차량이 계속 움직이기 때문에 끊김 없이 주변을 센싱해야 한다.

이를 위해 칼테라는 약 2밀리초 수준의 짧은 레이더 프레임과 정밀한 타이밍 제어를 적용했다.

여러 채널이 센싱 동작을 짧은 시간 안에 마치면서, 차량 주변 환경 정보를 더 자주 파악할 수 있다.

디지털 키와 PAS를 동시에 써야 할 때는 레인징 신호와 센싱 신호를 시간대(슬롯) 단위로 나눠 배분한다.

마지막으로 여러 앵커가 서로 협력해서 감지할 수 있는지가 중요하다.

차량 주변에 설치된 여러 UWB 앵커가 독립적으로 작동하면 신호가 겹쳐 간섭이 생길 수 있다.

하나의 앵커 안에서도 신호를 쏜 직후에는 이 송신 신호가 수신 과정에 새어 들어가, 가까이 있는 정지 물체의 약한 반사 신호를 가릴 수 있는 것이다.

IEEE 802.15.4ab를 기반으로 여러 앵커가 서로 협조하도록 하면 이 문제를 줄일 수 있다.

한 앵커가 신호를 보내는 동안 다른 앵커는 받기만 하도록 역할을 시간차로 나눠, 송신 신호에 수신 신호가 묻히는 문제를 방지하는 것이다.

실제로 이러한 방식을 적용한 시연에서는 연석, 기둥, 벽과 같은 정지 표적을 두 개 이상의 앵커가 함께 관측해 안정적으로 감지할 수 있었다.

이러한 기술을 적용한 UWB 기반 PAS는 움직이지 않는 표적을 센티미터 단위로 정밀하게 감지하며, 차량 후진 시 안전과 관련된 유엔 규정 제158호(UN Regulation No.158)가 요구하는 기준도 충족한다.

또한 악천후 속에서도 안정적인 성능을 유지해, 주차 환경에서의 활용 가능성을 더욱 넓힐 수 있다.

■ 새로운 센서가 아닌, 기존 인프라의 확장

새로운 센싱 기능의 우수함뿐만 아니라, 이를 기존 UWB 인프라와 어떻게 연결하는지도 중요한 문제다.

주차 보조를 위해 별도의 센싱 인프라를 구축하는 대신, 기존 디지털 키용 UWB 인프라를 활용할 수 있기 때문이다.

차량에 이미 탑재된 디지털 키용 앵커를 재사용하면 하드웨어와 시스템 자원을 여러 기능에 걸쳐 쓸 수 있어, 자동차용 UWB 시스템의 비용 효율성이 높아진다.

결국 하나의 UWB 플랫폼이 여러 기능으로 확장되는 셈이다.

디지털 키를 넘어 차량 내 아동·생명체 감지(CPD/LPD), 킥 센싱(Kick Sensing), 그리고 주차 보조(PAS)까지, UWB의 활용 범위는 계속 넓어지고 있다.

앞으로 UWB의 경쟁력을 평가하는 중요한 기준 중 하나는 개별 기능의 성능뿐 아니라, 하나의 플랫폼에서 얼마나 다양한 차량 기능을 안정적으로 구현할 수 있는가가 될 것이다.

‘얼마나 가까운지’를 측정하던 기술이, 이제 ‘어디에, 무엇이 있는지’까지 읽는 기술로 진화하고 있다.