[UWB] TWR vs DS-TWR

UWB 거리 측정 방식 정리 – TWR vs DS-TWR

UWB(Ultra-Wideband)를 사용한 거리 측정에 자주 사용하는 두 가지 방식
TWR (Two-Way Ranging) 와 DS-TWR (Double-Sided Two-Way Ranging)

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1️⃣ TWR (Two-Way Ranging)

🧩 개념

• Anchor가 먼저 Poll 메시지를 전송
• Tag는 수신 후 일정 시간 후에 Response를 전송
• Anchor가 왕복 시간(T_round)에서 Tag의 응답 지연(T_reply)을 빼서 거리 계산

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⏱️ 거리 계산 공식

T_propagation = (T_round - T_reply) / 2  
Distance = T_propagation × speed_of_light

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✅ 장점

• 구현이 단순
• Tag 측 연산과 메모리 부담이 적음

❌ 단점

• Tag의 응답 지연 시간(T_reply)이 정확히 알려져야 함
• HW 처리 지연 또는 오차가 누적되면 거리 정확도 감소

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2️⃣ DS-TWR (Double-Sided Two-Way Ranging)

🧩 개념

• Anchor와 Tag가 서로 두 번씩 메시지를 주고받음
• 각 측에서의 지연시간(T_reply1, T_reply2)을 고려해 양쪽 지연 오차를 상쇄
• 왕복 시간을 평균 내 정확도를 개선

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⏱️ 거리 계산 공식 (간소화 버전)

T_prop = ((T_round1 × T_round2) - (T_reply1 × T_reply2)) / (T_round1 + T_round2 + T_reply1 + T_reply2)
Distance = T_prop × speed_of_light

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✅ 장점

• 지연시간 보정으로 측정 정확도 향상
• 하드웨어 응답 지연이 거리 측정에 덜 영향을 미침

❌ 단점

• 구현 복잡도 증가
• Tag도 지연 계산 및 시간 기록을 해야 함
• 전체 측정 시간 증가

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📊 비교 요약

항목	TWR	DS-TWR
통신 횟수	2회 (Poll-Response)	4회 (Poll-Resp-Final-Ack)
연산 복잡도	낮음	높음
정확도	낮음 (지연 오차 반영 안됨)	높음 (지연 상쇄)
구현 난이도	간단	복잡
처리 지연 영향	큼	작음
사용 시나리오	단순 거리 추정	정밀 거리 측정 또는 측위 필요 시

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🛠️ 선택 기준

• TWR → 간단한 거리 확인용 (ex. 특정 범위 내 접촉 감지)
• DS-TWR → 정확한 거리 추정 또는 위치 추정용, 또는 드론/로봇 위치 기반 작업

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📎 참고: 실제 사용 예

• TWR: UWB 기반 proximity detection (근접 인식)
• DS-TWR: DWM3000을 이용한 다중 노드 위치 추정 (UWB localization, 2D/3D mapping)