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안녕하세요. 오늘은 GPS와 A-GPS의 기본 개념과 관련한 시스템에 대해서 설명을 해드리고자 합니다.
GPS는 Global Positioning System의 약자로 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치를 계산하는 위성항법시스템입니다. 최근에는 스마트기기에 GPS 기능이 기본적으로 탑재되면서 이를 활용하여 다양한 서비스를 제공하고 있습니다.
예를 들어 스마트폰을 분실했을 때 위치 추적 시스템을 이용하여 분실한 물건을 찾을 수 있고, 각종 플랫폼(네이버 또는 구글 지도 등)에서 가까운 관공서나 맛집 등을 찾을 때도 이용하고 있습니다. 또한 대중 교통의 실시간 도착 정보 및 운전자에게 내비게이션을 통한 교통 정보 또한 제공해 주고, 최근에는 각종 차량 및 스마트폰에 긴급 구조시스템(SOS, eCall, E112) 기능을 제공하여 위험한 상황이 발생되었을 때 긴급구조 연락을 자동으로 경찰이나 소방서에 연락을 해주는 시스템 또한 제공하고 있습니다.
이렇게 일상생활에서 편리한 GPS 기능에도 종류가 있다는 사실을 알고 계시나요?
오늘은 GPS 기능의 종류에 대해서 간단하게 알려드리도록 하겠습니다.
[Location Technologies]
우선 GPS 기능의 종류에 대해 설명해 드리기 전에 위치 측정 방법에 대해 설명을 드리겠습니다.
위치 측정 방법은 위성 기반 측정(Satellite Based Positioning)과 모바일 셀룰러 기반 측정(Mobile Radio Cellular Positioning)으로 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.
첫번째, 위성 기반 측정(Satellite Based Positioning)
위성 기반 측정 시스템은 GNSS(Global Navigation Satellite System)라고도 불리며 범지구적인 측위 정보 서비스 시스템으로 위성에서 발신한 전파를 이용하여 언제, 어디서나, 누구에게든 정밀한 측위 정보를 제공합니다. 지구의 궤도 상에 수십 개의 위성군을 일정한 형상으로 배치하여 항상 전 지구를 커버할 수 있도록 하여 지구상의 사용자에게 위치, 항법, 시각 정보를 제공할 수 있도록 합니다.
위성의 궤도 정보와 수신된 신호의 도달 시각차를 측정하여 삼각측량 방법으로 사용자의 3차원 위치를 실시간으로 확인할 수 있습니다. 현재 GNSS는 미국의 GPS, 러시아의 GLONASS, 유럽연합의 Galileo 그리고 중국의 BeiDou 시스템으로 총 4개가 있습니다. 그 외에도 지역 시스템으로 인도의 NavIC 그리고 일본의 QZSS 시스템이 있습니다.
두번째, 모바일 셀룰러 기반 측정(Mobile Radio Cellular Positioning)
모바일 셀룰러 기반의 측정 방법은 네트워크 안테나의 네트워크 신호를 기반으로 사용자의 위치를 측정합니다. 이 측정 방식은 OTDOA와 eCID 방식으로 나뉘게 됩니다.
1) OTDOA (Observed Time Difference of Arrival)
OTDOA는 GNSS가 최상의 성능을 제공하지 않거나 제공되지 않는 지역 또는 실내에서 선택하는 위치측정 기술입니다. neighbour cell(eNB)을 사용하여 serving cell에서 측정된 도착 시간 차이를 이용해 사용자의 위치를 측정하는 방식입니다.
TDOA 측정 방식은 적어도 세 개의 기지국에 대해 신호 측정을 진행해야 하고, 이 측정된 기지국에 대한 쌍곡선의 교차점으로 위치를 측정하게 됩니다.
2) eCID (Enhanced Cell ID)
eCID는 LTE 네트워크 기반에서 위치 추정을 위한 COO(*) 기반의 기술입니다.
COO를 통해 단말의 위치가 LTE eNB에서 Serving Cell의 지리적 좌표에 대한 정보를 사용하여 추정되고, serving cell에 대한 정보는 Tracking area update 또는 Paging을 통해 얻을 수 있습니다. 이 경우 위치 서버는 단말이 연결된 기지국에 의해 서비스된다는 것만 인식하므로 위치 정확도는 셀의 크기와 연관이 있게 됩니다. 따라서 eCID는 GNSS 수신기가 내장되어 있지 않은 단말을 위해 LTE로 정의되었으며, 서비스를 제공하는 기지국의 지리적 좌표에 대한 정보를 사용하는 것 외에도 무선 신호에 대한 측정을 수행하여 단말의 위치를 더욱 정확하게 측정합니다.
eCID를 측정하는 방식은 1개 또는 2개의 기지국으로부터 거리를 측정하는 방식과 적어도 2개 이상의 기지국으로부터 Angle-of-Arrival을 측정하는 방식이 있습니다.
* COO: Cell of Origin, 발신자의 Cell 위치를 찾기 위한 모바일 포지셔닝 기술
A-GPS는 Assisted GPS로 GPS를 보조하는 역할이기 때문에 먼저 GPS의 기본 개념을 알아야 합니다.
[GPS란?]
GPS는 Global Positioning System의 약자로 미국 국방부가 궤도에 배치한 24개의 위성 네트워크로 구성된 위성 기반의 내비게이션 시스템입니다. GPS는 원래 군사용으로 고안되었지만 1980년대에 정부에서 민간용으로 사용할 수 있도록 하였습니다.
GPS 장치는 지구 주위를 이동하는 위성으로부터 직접 수신한 데이터를 기반으로 위치 정보를 결정하게 됩니다. GPS 장치는 위성으로부터 수신되기 때문에 하늘이 맑고 위성의 데이터가 다른 간섭에 영향을 받지 않고 도달할 수 있는 경우에만 정보를 얻을 수 있습니다. 또한 위성의 위치 정보를 받아오기 위해서는 위성과 GPS 수신단말 간의 sync가 맞아야 합니다. 이에 따라 GPS 장치가 위성으로부터 위치 정보를 받아오는 데에 10분에서 12분의 시간이 걸릴 수 있습니다.
[GPS의 데이터 포맷]
GPS 위성으로부터 받는 데이터는 특정한 포맷을 가지고 있습니다. 이는 NMEA(National Marine Electronics Association)이라고 불리며, 보통 NMEA-0183이라고 부릅니다. NMEA 데이터는 위성 신호를 분석한 GPS 수신기가 해석한 정보를 외부에 보여주기 위해 사용하는 방식입니다. GPS 수신기는 위성으로부터 microwave signal을 수신하고 분석하여 NMEA 데이터로 표시합니다.
NMEA-0183 데이터는 Physical layer, Data link layer / Application layer의 총 3개의 layer로 구성되고, 각 NMEA 데이터는 자체의 프로토콜을 가지고 있습니다. 실제로 GPS 수신기에서 받아서 분석되는 NMEA데이터는 아래와 같은 예시의 데이터를 가지고 있습니다.
[A-GPS란?]
이제 A-GPS에 대해 알아보도록 하겠습니다.
A-GPS란 Assisted Global Positioning System의 약자로 말 그대로 GPS를 보조하기 위한 기술입니다. 따라서 A-GPS와 GPS를 별개의 기술로 보면 안되고, GPS를 보다 더 정확한 위치 정보 제공 및 위치 정보를 계산하는 속도 향상을 목적으로 하는 보조 기술로 인식해야 합니다. A-GPS 단말은 실내에서 정확한 데이터를 받을 수 없는 GPS의 단점을 보완하기 위해 GSM, WCDMA 또는 LTE에서 네트워크의 위치 정보를 계산합니다.
A-GPS 기술에 사용되는 기지국은 위성과 통신하고 위치 정보를 가지고 있으며 필요한 경우 단말에 위치 정보를 제공합니다. A-GPS 단말은 network cell과 통신하고 있어야 하며, 흐린 날씨 또는 약한 네트워크 신호에도 위치 정보를 얻어올 수 있습니다. 하지만 단말이 네트워크에 연결되어 있지 않은 경우에는 위치정보를 받아올 수 없습니다.
A-GPS 단말은 위치 정보를 얻기 위해 위성에서 직접적으로 데이터를 수신하지 않아도 되므로 GPS보다는 더 빠른 위치 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다.
[GPS와 A-GPS의 차이점]
A-GPS는 GPS의 보조하는 역할이지만 GPS와 차이점이 있습니다.
GPS는 별도의 네트워크 연결이 필요하지 않기 때문에 자동차, 비행기, 선박 등에서 주로 채택하여 사용하고 있습니다. A-GPS의 경우에는 네트워크 연결이 필수적이기 때문에 GPS 단말이지만 네트워크에 연결할 수 있고 실내에서도 자주 사용하는 모바일 또는 태블릿에서 A-GPS 기능을 채택하여 위치 정보를 사용자에게 빠르고 쉽게 제공하고 있습니다.
이처럼 GPS와 A-GPS 간의 차이점 및 장단점을 비교한 내용을 아래 표에서 확인할 수 있습니다.
[GPS 및 A-GPS를 이용하는 검증 항목]
GPS와 A-GPS를 이용해서 단말을 검증하는 항목은 여러 가지가 있습니다. 이 중 eCall(Emergency Call)이라는 시험 항목이 대표적으로 있습니다. 이 시험 항목은 유럽연합(EU), 러시아(ERA-GLONASS) 그리고 유엔 유럽경제 위원회(UNECE)에서 요구하는 차량에 장착되는 긴급 구조시스템에 대한 검증 항목이 있습니다.
eCall시험에는 GNSS와 관련한 일부 시험 항목이 있고, 이 시험 항목에는 차량의 위치정보를 확인하기 위한 GPS, Gaileo, GLONASS와 같은 GNSS 관련 기술이 필수적으로 필요하게 됩니다. eCall과 비슷한 시험으로 차량이 아닌 모바일의 긴급 구조시스템에 대한 검증 항목으로 유럽연합에서 필수적으로 검증을 요구하는 EU E112 시험 항목 또한 있습니다.
eCall과 E112 시험에 관련된 자세한 내용은 블로그 하단의 링크를 참조해 주시기 바랍니다.
마지막으로 A-GPS를 요구하는 프로토콜 시험에는 미주 네트워크 사업자의 요구에 따른 시험 항목들이 있습니다.
미주 네트워크 사업자들에서 A-GPS 기술을 사용하는 단말들이 네트워크 신호에 따라 제대로 위치 정보를 전달하는지 확인하는 시험 항목들이 있습니다. 또한 모바일 단말에서 긴급상황 시에 A-GPS 기술을 이용해 위치 정보를 제대로 전달하는지 확인합니다.
이 외에도 GPS와 A-GPS 기술을 이용한 시험 항목들이 있습니다.
NG-eCall 과 E112 시험 항목은 아래 링크를 통해 확인하실 수 있습니다.
유럽연합(EU)의 2019/320 규정은 2022년 3월 17일부터 유럽에서 판매되는 스마트폰에 대해 emergency cal...
[GPS 관련 R&S의 Test Solution]
GPS와 같은 위성 신호가 시험에 필요한 경우 R&S의 SMBV100B(Vector Signal Generator) 장비가 필수적으로 요구됩니다.
SMBV100B(Vector Signal Generator)는 LTE와 같은 네트워크 시그널링이 아닌 GNSS 시그널링을 위한 장비입니다. 따라서 eCall의 일부 시험 항목에서는 SMBV 장비를 단독으로 이용한 시험을 진행할 수도 있지만 LTE와 같은 네트워크 시그널링이 필요한 경우 아래 사진들과 같이 CMW500 또는 CMX500 장비와 연동하여 A-GPS 기반의 시험을 진행할 수 있습니다.
작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀
이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com
출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223129334193
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