Chapter 13

디지털 키와 정밀 찾기

지금까지 비행시간(6장), 첫 경로(7장), 각도(8장), 위치(9장), 보안(10장), 세션(11장), 전력(12장)을 하나씩 봤다. 실제 제품은 이것들을 어떻게 엮을까? 가장 널리 쓰이는 두 가지, 휴대폰이 차 키가 되는 디지털 키와 화살표로 물건을 찾아 주는 정밀 찾기를 앞 장의 계산으로 다시 짜 본다.

디지털 키가 BLE와 UWB에 각각 맡기는 일을 구분한다.
차의 여러 앵커로 휴대폰이 차 밖·문 앞·차 안 중 어디인지 가리는 과정을 시뮬레이션한다.
정밀 찾기의 화살표가 거리 + 각도에서 나오고, 옆·뒤에서 흔들리는 이유를 앞 장과 연결한다.
응용마다 정확도·측정 주기·보안·전력 요구가 어떻게 다른지 비교한다.

디지털 키: 차가 휴대폰을 잰다

자동차 업계 단체 CCC(Car Connectivity Consortium)의 Digital Key 3.0은 휴대폰을 차 키로 쓰는 규격이다. 일은 이렇게 나뉜다.

BLE: 차가 휴대폰을 알아보고, 보안 채널로 서로를 인증하고, UWB 세션 설정과 키를 주고받는다. 휴대폰의 키 자체는 보안 요소(SE) 안에 있다.
UWB: 차 곳곳(범퍼, 문, 실내)의 앵커들이 휴대폰과의 거리를 잰다. 위치에 따라 “다가옴 → 환영 조명”, “문 앞 → 잠금 해제”, “차 안 → 시동 허용”이 결정된다. 비행시간이라 중계로 속일 수 없다(10장).

CCC는 FiRa와 비슷하지만 자기 단위를 쓴다. 시간 칸은 chap(1/3 ms = 400 RSTU, 11장), 채널은 5·9번만, 라운드 도약 순서는 AES로 만든다.

CCC 매개변수: Android CccParams.java의 UWB_CHANNEL_5/9, CHAPS_PER_SLOT_3 ~ 24, HOPPING_CONFIG_MODE_*, HOPPING_SEQUENCE_AES, 펄스 모양 PULSE_SHAPE_* · 1 chap = 400 RSTU: external/uwb CHAP_IN_RSTU

문 앞에 선 손님

초인종 소리만으로는 손님이 문 앞에 있는지 길 건너에서 원격으로 누른 것인지 모른다. 현관 카메라로 문 앞에 서 있는 것을 확인해야 문을 연다. 디지털 키도 같다. “키가 근처에 있다”는 신호의 세기가 아니라 UWB로 잰 거리와 위치가 문 앞일 때만 문을 연다(10장).

SIMULATOR

차 주변 어디에 있나

거리 오차(표준편차) 휴대폰을 뒷주머니에(차를 보고 섰을 때 몸이 가리는 차 쪽 앵커는 NLOS로 +40 cm)

실제 구역—

추정 구역—

위치 오차—

위에서 본 차(4.6 m × 1.9 m)와 앵커 여섯(초록: 앞뒤 범퍼, 양쪽 B필러, 실내 둘). 누르면 휴대폰(주황)이 옮겨진다. 구역: 실내 / 문 앞(차 테두리에서 1 m 이내) / 다가옴(5 m 이내) / 멀리. 해볼 것: ① 운전석 문 바로 바깥과 운전석 안은 몇십 cm 차이인데도 구별된다. 실내 앵커가 있어야 한다. ② 뒷주머니 모드를 켜고 경계 근처에서 다시 측정해 보면 구역이 흔들린다. 제품은 여러 번의 측정과 NLOS 표시(7장)를 모아 판정한다. 계산: 9장의 최소 제곱 삼변 측량.

정밀 찾기: 거리와 화살표

분실물 태그 찾기는 휴대폰 하나와 태그 하나다. 앵커가 여럿이 아니니 위치 대신 거리(6장)와 각도(8장)를 화면에 그대로 보여 준다. 화살표는 휴대폰이 바라보는 방향에 대한 태그의 방위각이다. 8장에서 봤듯 정면에서는 각도가 정확하고 옆으로 갈수록 흔들리며, 안테나 둘로는 앞뒤를 구별하지 못한다. 그래서 앱은 “휴대폰을 들고 천천히 돌아보세요”라고 안내하고, 화살표가 정면으로 오면 진동으로 알려 준다.

예측해 보기

정밀 찾기 화면에서 태그가 휴대폰 바로 뒤쪽에 있다. 안테나 두 개짜리 AoA로 화살표는?

평면의 두 안테나는 앞과 뒤를 구별하지 못한다.

두 안테나가 재는 위상 차이는 앞뒤 대칭인 두 방향에서 같다. 그래서 정밀 찾기는 사용자가 휴대폰을 돌리거나 걷게 해서 움직임 센서와 함께 앞뒤를 가린다. 아래 화면에서 휴대폰이 바라보는 방향을 태그 반대쪽으로 돌려 보자.

SIMULATOR

정밀 찾기 화면

휴대폰이 바라보는 방향 태그까지 거리 위상 잡음

태그의 실제 방위(휴대폰 기준)—

화면의 화살표(± 오차)—

안내—

왼쪽: 휴대폰 화면(화살표와 거리), 오른쪽 위 작은 지도: 사용자와 태그. 태그는 지도 위쪽(북쪽)에 있다. 해볼 것: ① 바라보는 방향을 돌려 태그가 정면(0°)에 오면 화살표 오차가 가장 작다. ② 태그가 등 뒤에 있으면(±90° 넘음) 두 안테나는 앞쪽의 같은 각도로 착각한다(앞뒤 모호성). 앱은 이때 “뒤로 돌아보라” 대신 움직임으로 가린다. 각도 오차는 8장의 σ_θ ≈ σ_φ ÷ (π cos θ)(반 파장 간격).

응용마다 다른 요구

응용	방식	정확도	측정 주기	보안	전력
디지털 키(자동차)	차 앵커 여럿 × 휴대폰 TWR	문 앞·실내 구별(수십 cm)	다가올 때 높게	최상(STS, SE, 중계 방어)	휴대폰 쪽 중간
분실물 정밀 찾기	휴대폰 × 태그 TWR + AoA	거리 10 cm급, 방향 수 도	초당 수 회	중간(추적 방지·소유자 인증)	태그: 최소(BLE로 깨움)
출입문·결제	문·단말 × 휴대폰 TWR	“다가와서 멈춤” 의도 판단	가까울 때만	높음	낮음
실내 길 찾기	DL-TDoA(앵커가 보내고 휴대폰이 들음)	수십 cm	초당 수 회	프라이버시(위치가 밖으로 안 나감)	휴대폰 듣기만
창고·공장 RTLS	UL-TDoA(태그가 보내기만)	10~30 cm	태그마다 설정	낮음~중간	태그: 최소
가리켜서 제어	휴대폰 AoA로 기기 선택	방향 수 도	조작할 때	중간	낮음

표의 각 칸은 앞 장들의 맞바꿈이 응용마다 다르게 정해진 결과다. 예를 들어 실내 길 찾기는 휴대폰이 수많은 앵커의 신호를 듣기만 하므로 사용자 수에 제한이 없고 위치가 서버로 가지 않는다(9장). 대신 앵커들의 시계 동기가 필요하다. 자동차 키는 비용보다 보안이 먼저라 STS·보안 요소·여러 앵커를 모두 쓴다. 출입문 업계도 BLE + UWB 출입 표준(CSA의 Aliro)을 만들고 있다.

핵심 정리

디지털 키: BLE가 인증·설정을, 차의 여러 UWB 앵커가 거리를 맡는다. 실내 앵커가 차 안·밖을 가른다. 비행시간이라 중계에 강하다.
CCC는 chap(400 RSTU), 5·9번 채널, AES 도약을 쓴다.
정밀 찾기: 앵커 없이 거리 + 각도를 그대로 보여 준다. 정면이 정확하고, 앞뒤는 움직임으로 가린다.
응용마다 정확도·주기·보안·전력의 맞바꿈이 다르다. 길 찾기는 DL-TDoA, 창고는 UL-TDoA가 맞다.

확인 퀴즈

디지털 키에서 휴대폰이 차 안인지 바로 밖인지 가르는 데 가장 중요한 것은?

실내 앵커와 바깥 앵커의 거리를 함께 써서 몇십 cm 차이를 가른다(9장의 삼변 측량).

정밀 찾기에서 태그가 등 뒤에 있을 때 생기는 문제는?

θ와 180° − θ의 경로 차이가 같다(8장).

휴대폰 수천 대가 동시에 쓰는 실내 길 찾기에 맞는 방식은?

휴대폰이 듣기만 하므로 사용자 수 제한이 없고 위치가 밖으로 나가지 않는다.

CCC 디지털 키의 1 chap은?

Android external/uwb의 CHAP_IN_RSTU = 400.